电弧焊基础

1最小能量（电压）原理——在给定的电流及周边条件情况下，

电弧稳定燃烧时，其导电区截面

能自动调节使电场强度达到最低

值（即电弧电压取最低值），以

维持最低的能量消耗。

最低能量（电压）原理描述了一定电流及周边条件下电弧

自我保持最低能量消耗的自然属性。

Ⅰ值一定，以E 为最小确定其导电截面，这时若外界因

素使导电截面增大或缩小，都会导致E 的增大。

2影响温度分布的因素：

电弧电流；

电极斑点；

电弧长度；

电极材料及尺寸；

保护气成分及环境条件

P41

阴极清理作用的机理是正离子受阴极电场加速以很高的速度冲击阴极表面．使阴极表面上的氧化膜破碎并消失；另外在通常情况下，氧化物的功函数比纯金属低，阴极斑点会不断地移动寻找新的氧化膜，形成新的阴极斑点，从而将电弧覆盖区内的氧化膜扫除。

阴极斑点的清理作用是来自电弧空间正离子对阴极表面的碰撞所造成的，所以使用氩气比使用氦气的清理效果要好，因为氩气的原子质量较大。

P42电弧的挺直性(arc stiffness)

电弧挺直性是指电弧作为柔性导体具有抵抗外界干扰、力

求保持焊接电流沿电极轴线方向流动的性能。

电弧挺直性是由自身磁收缩力、等离子流力等赋予的，也

是流过电极棒中的电流在电弧空间形成的磁力线与电弧电流之

间产生的电磁力作用的结果。它能保持弧柱轴线与工件成一定

倾角。

电弧的挺直性随电流值的增大而增大。电流越大，电弧

自身磁场强度越大，电弧越受拘束，电弧的挺直性也就越大。

此外，电弧的等离子气流、保护气气流、周围气流的冷却作

用，也有助于电弧挺直性的提高。

保护气种类影响电弧的挺直性．如CO2、H2、He等气氛均

有利于提高电弧挺直性。

利用电弧挺直性这一特性，在高速焊和全位置焊时，电极

倾斜，电弧亦随之倾斜，可以得到所希望的焊缝成形，这在实

际中已有广泛应用。

产生的机理可能包括以下几方面。

熔池中心区与周边区的温度差所造成的表面张力流；

熔池内部电流密度差产生的磁力流；

等离子气流引发的吹力流等

：熔滴上的作用力及其特点

重力（促进或阻碍熔滴过渡）

表面张力（促进或阻碍熔滴过渡）

电磁收缩力（促进或阻碍熔滴过渡）

等离子流力（促进熔滴过渡）

气体吹送力（促进熔滴过渡）

金属蒸气的反作用力（阻碍熔滴过渡）

斑点压力（阻碍熔滴过渡）

爆破力（造成飞溅）

在不同的焊接条件下，力的种类、大小不同，

形成了不同的熔滴过渡形式

熔化极电弧焊中都存在熔滴过渡问题。

对于MIG/MAG（实心焊丝），当保护气体确定后，通常焊

接电流和焊接电压决定着熔滴过渡形态。

然而，过渡形态转变时的电流、电压值及其影响因素？

保护气成份及焊丝中的合金元素，

药芯焊丝的成分等对熔滴过渡的影响？

等等不明确的问题目前还有许多。尤其是后一个问题，

不仅涉及熔化金属的粘性及表面张力改变问题，而且还涉及

电弧等离子体的导电性及热传导率改变问题。

这些问题单纯从熔滴过渡角度来进行研究是不能解决的。

（1）滴状过渡熔滴在重力作用下经电弧空间落入熔池；

这类过渡出现在小电流密度、弧长大的情况，熔滴与焊

丝之间不能形成缩颈，难以爆断，而且电磁推力小、斑点压

力大（弧根直径小于熔滴直径），直到熔滴长大至重力大于

其它总的向上力时脱落。

熔滴直径一般大于焊丝直径，熔滴摆动、电弧飘荡、焊缝表面粗糙甚至呈断续状。出现场合：在小电流、弧长大的Ar气保护焊；CO2气保焊工

况下出现（正极性接法时更显著

（2）喷射过渡

在Ar气保护（或富氩气保护）、电流密度较大且弧长也

较大的情况下出现。熔深大、熔敷效率高，适用于中、厚板

平位置的填充、盖面焊。可细分为以下几种形态：

a）射滴过渡

熔滴脱离焊丝沿轴向射入熔池；熔滴直径接近焊丝直

径，加速度大于重力加速度。

熔滴大部分或全部被弧根包围，电磁收缩力大、斑点压

力小，大大促进熔滴脱离焊丝端部

b）射流过渡

细小熔滴从焊丝端部接连不断射向熔池的过渡方式（比

射滴过渡的熔滴小、速度快，等离子流力的作用使其加速度

达重力加速度的几十倍）。

在其它因素相同的条件下，发生射流过渡的电流较射滴

过渡的大，从射滴转换为射流的最小电流称为射流过渡的临

界电流，其值同样与焊丝材质、直径、极性、干伸长，保护气成份等有关，但变化范围很窄。喷射过渡的电弧稳定（电流、电压波动小），飞

溅很小，焊缝成形好，气流保护均匀，电弧热流集中、穿透

力强，熔池呈T 形。比较适合于3mm以上的厚板焊接。

C）亚射流过渡

这是一种介于短路过渡与射滴过渡之间的过渡形式，在铝合金焊丝的MIG 焊中出现。在短弧长情况下，熔滴形成缩颈即将以射滴形式脱离时已与熔池接触短路，较大的电磁收缩力即刻使缩颈断开而完成过渡。它比正常的“短路过渡”短路时间少、短路电流小（电流来不及上升已脱开）。

这种过渡方式下的电流、电压变化不剧烈、电弧稳定、

焊缝成形美观，在Al 合金MIG 焊中广泛采用，弧长在

2～8mm内均可实现这种过渡形式，且电弧具有较强的自调节能力，即使使用“恒流电源”，也能进行等速送丝MIG焊。

焊条手工焊（SMA W）：

酸性焊条：渣壁过渡＋细颗粒滴状过渡；

碱性焊条：粗滴过渡（Globular transfer & Drop transfer ），

短路过渡（Short circuiting transfer）；

CO2焊：滴状过渡（粗丝）；

短路过渡，表面张力过渡（STT）（细丝）

MIG焊：射滴、射流（焊铝）过渡，亚射流过渡；

MAG焊：熔滴过渡形式最多、最灵活，可以有短路过渡、

射滴过渡、射流过渡等多种形式；

随着电流的增加，熔滴过渡的体积减小、频率加快。

第三章

TIG焊的特点

（1）焊接过程中电极不熔化，弧长基本不变，电弧稳定；

（2）保护效果好，焊缝及热影响区性能易得到保证；

（3）可填丝，也可不填丝，视焊件厚度、接头型式而定；

优点：工艺可靠性高；接头质量好（焊缝纯净、

成形好、热影响区小）；适于薄板及打底／全位

置焊；

缺点：焊接效率低、成本高；对焊前清理要求严格；

弧光强烈、臭氧浓度高；抗风能力差。

阴极清理作用（阴极雾化作用）的机理

流反接时带电粒子的运动如图：工件为阴极，正离子向工件运动。因阴极区有很高的电压降，在电场作用下正离子高速撞击工件（上的氧化膜），使氧化膜破碎、分解而被清理掉。又由于阴极斑点总是优先在氧化膜处形成（那里电子逸出功低），阴极斑点又在邻近氧化膜上发射电子，继而氧化膜又被清除