《电弧焊基础》(杨春丽)复习题&答案

1、电弧中带电粒子有哪几种产生方式？它们的机理是什么？

答：电弧中带电粒子有2种产生方式：

①电源通过电极（阴极）向气隙空间发射电子；

机理：阴极中的电子脱离阴极材料的束缚，逸出电极表面进入电弧空间。阴极电子发射机制有：热电子发射、场致发射、光发射、碰撞发射，它们为电子脱离阴极表面提供能量（逸出功）。

②气隙中的中性粒子被电离产生电子和离子。

机理：电离——中性粒子存在于电弧空间（气隙中），当处于高能量状态时，其电子轨道上的电子脱离约束，分离成电子和离子。激励——原子中的电子接受外部能量，从较低能级跃迁到较高能级。中性粒子的电离种类有碰撞电离、热电离、场致电离和光电离。

2、电弧导电机构及其特点。

答：弧柱区：温度高、电中性、电子流主导、低压降、热电离为主、处于热平衡状态；阴极区：分为热发射型、场发射型和等离子型；阳极区：长度短、非电中性、小电流时以场致电离为主、大电流时热电离为主；阴极斑点、阳极斑点：具有黏着性、跳动性。

3、电弧中有哪几种力及其特点。

答：电弧中有5种力：

①电磁收缩力：平行导线同向的电流相互吸引，在分布上是中心轴上的压力高于周边的压力。

②等离子流力：焊接电弧呈非等截面的近锥体，电磁收缩力在其内部各处分布不均匀，不同截面上存在压力梯度，将引起高温粒子的流动的力。

③斑点压力：于电极斑点上导电和导热的特点，将在斑点上产生斑点力，表现形式分为带电粒子对电极的冲击力、电磁收缩力、电极材料蒸发的反作用力。

④爆破力：在熔滴短路过渡时，因短路电流很大，在短路液柱中的电磁收缩力使液柱中部变细，产生颈缩，电阻热使金属液柱小桥温度急剧升高，使液柱汽化爆断。

⑤溶滴冲击力：射流过渡焊接时，焊丝前端熔化金属形成连续细滴沿焊丝轴线方向射向熔池，这些细滴带有很大的动能，对焰他金属形成强烈的冲击．并可能使焊缝形成指状熔深。

4、交流电弧的燃烧特点。

答：交流电弧有2大燃烧特点：

①需要对交流电弧采取稳弧或再引燃措施。原因：交流电弧每半个周波极性反转一次，当产生极性转换时，存在电流过零问题，此时电弧瞬时熄灭，造成电弧不稳定。

②需要采取措施消除直流分量，限制焊机暂载率。原因：当电弧两个电极材料不同时，由于电子发射能力的不同，电弧两种极性状态时将流过不同的电流值，出现直流分量，对焊机变压器构成不良影响。

5、电弧静特性曲线有哪几种典型特征及其机理。

答：电弧静特性曲线主要分为3个变化区段：

①下降特性区

在小电流区，电弧电压随电流的增大而减小，呈现负阻特性。

电流较小时，电弧温度低，电离度低，需要较高电场推动点和运

动，同时电极温度低，热电子发射能力低，需要场发射，因此形

成高电弧电压；当电流增加时，提高了电弧温度和电极温度，高

电离度且导电性增强，阴极温度升高且热电子发射能力增强，电

弧电压降低。

②平特性区

当电流继续增大，电弧等离子气流增强，除电弧表面积增加造成散热损失之外，等离子气流的流动对电弧会产生附加的冷却作用，因此在一定的电流区间，电弧电压可维持一定的数值。

③上升特性区

在大电流区，等离子气流更为强烈，电弧的冷却作用增强，而且由于电弧自身的磁场作用，电弧截面不能随电流同步增加，导致电导率减小，要保证较大电流通过较小的截面积，需要更高的电场，导致弧压增大。

6、焊接电弧的动特性。

答：电弧动特性是指焊接电流随时间以一定形式变化时电弧电压的表现，反映的是电弧导电性能对电流变化的响应能力。包括直流电弧动特性和交流电弧动特性。

①直流电弧动特性：电流-电压非单值对应关系，是由于电弧等离子体的热惯性效果在发挥作用；低频电流时，表现出回线特性，是由于电弧等离子体不能对电流的变化马上做出反应；高频电流时，表现出近电阻特性，是由于等离子体形成、消失的时间跟不上电流的变化。

②交变电弧的动特性：在电弧的正负半波，表现出回线特征；电弧极性转化时需要高电压引燃电弧。

7、简述阴极清理作用、机理和应用。

答：清理作用：惰性气体中的电弧在以金属板（丝）作为阴极的情况下，阴极斑点在金属板（丝）上扫动，除去金属表面上的氧化膜，使其露出清洁金属面，称作电弧的阴极清理作用或氧化膜破碎作用。

机理：阴极压降高，正离子冲击；氧化膜功函数低。

应用：铝合金的交流TIG焊接。

8、简述直流电弧(包括正接与反接)与交流电弧的产热特性。

答：直流电弧产热主要是弧柱区、阳极区、阴极区产热。

①弧柱区的产热：产热量由弧柱压降U P决定，电流密度小，温度高，能量主要由粒子碰撞产生，热能损失严重。

②阴极区（反接）的产热：电流密度大，温度低，能量主要用来对阴极加热和阴极区的散热损失，还可用来加热填充材料或焊件。

③阳极区（正接）的产热：电流密度大，温度低，能量主要用于对阳极的加热和散失，也可用来加热填充材料或焊件。

交流电弧的产热：居于直流正接与直流反接两者之间，电极的产热有特殊点。对钨极电极而言，其作为阳极时的热输入量要大于阴极时的热输入量，当钨极作为阳极，即电极为正时，钨电极很容易熔化。

9、什么是最小电压原理，如何理解最小电压原理。

答：最小电压原理的含义是：在给定电流与周围条件一定的情况下，电弧稳定燃烧时，其导电区的半径（或温度），应使电弧电场强度具有最小的数值。就是说，电弧具有保持最小能量消耗的特性。

理解：弧柱区电场强度E的大小意味着电弧导电的难易。电导率与弧柱电离度及温度有关，所以E 也是弧柱温度的函数。当电流、周围条件一定时，弧柱的断面只能在保证E为最小的前提下来确定。如果电弧断面大于或小于其自动确定的断面，都会引起E的增加，即散失能量要增大，这就违背了最小电压原理。因为电弧直径变大，电弧与周围介质的接触面积增加，电弧向周围介质散失的热量增加，则要求电弧产生更多的热量与之平衡，因而要求IE增加，电流一定，只有E值增加。相反，若电弧断面小于其自动确定的断面。，则电流密度要增加，在较小断面里通过相同数量的带电粒子，电阻率增加，