§ 焊接电弧的引燃

§2-1 焊接电弧的引燃
（3）燃弧
经过接触和拉开两个阶段的物理过程， 两电极之间带电粒子的数量、密度和整个系 统的能量已达到相当高的水平，处于发生突 变前的临界状态。随着发射和电离过程的剧 烈进行，当焊条或焊丝被提升到一定高度时 ，则两极间的空间倾刻发生突变，发出强烈 的光和热，同时还能体现出声和力的存在， 这表明电弧已经引燃，即完成了焊接电弧引 燃的全过程。
电子从阴极金属表面逸出所需要的能量称为电子 逸出功，其大小与阴极的成分有关。
§2-1 焊接电弧的引燃
根据外加能量的形式不同，阴极发射电子可分为以下几种： （1）热发射
焊接时，阴极表面温度很高，阴极中的电子运动速度很快 ，当电子的动能大于阴极内部正电荷的吸引力时，电子即冲出 阴极表面，产生热发射。温度越高，热发射作用越强烈。 （2） 电场发射
气体的温度越高，则气体粒子的运动速度 越大，动能也就越大。
在相同温度下，气体粒子的质量越小，则 它的运动速度越快。
§2-1 焊接电弧的引燃
（2）电场电离 带电粒子在电场的作用下，各自作定
向高速运动，产生较大的动能，当不断与 中性粒子相碰撞时，则不断地产生电离。 如两电极间的电压越高，电场作用越大， 则电离作用越强烈。 （3） 光电离
以上几种电子发射作常常是同时存在、相互促进的，但在 不同的条件下，它们所起的作用稍有差异。
§2-1 焊接电弧的引燃
1.3 焊接电弧的引燃过程 焊接电弧从无到有的引燃过程在时间
上是短暂的，物理过程却是异常激烈和复 杂的，经历着导电粒子的产生、扩散、复 合、负离子形成等一系列物质形态与性能 的变化。
焊接电弧的引燃可划分为接触、拉开 和燃弧三个阶段
接受从弧柱过来的正离子流，以组成总电流满 足弧柱需要，从而维持电弧稳定放电。
阴极温度一般达2130－3230 ℃，放出的 热量占36%左右，取决于阴极金属材料的沸点
阴极斑点：集中发射电子的微小区域。
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（2）阳极区 电弧紧靠正电极的区域为阳极区。阳
极区较阴极区宽，约为10－4－10－3cm.阳极 斑点是集中接收电子的微小区域。
阳极与阴极材料相同时，阳极区温度 略于阴极。一般为2330－3930℃，放出的 热量占43%左右。一般手工电弧焊时，阳极 的温度比阴极温度高。
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（3）弧柱区
弧柱区是介于阴极区和阳极区之间的区 域，占据了电弧长度上的绝大部分.
弧柱区温度较高。根据气体种类、电流 大小和弧柱所受到的压缩程度不同，弧柱温 度一般为6000－8000 ℃ 。放出的热量占21% 左右。
性，以获得较大的熔深。焊接薄板时采用直流反极性， 防止烧穿。
碱性焊条的选择原则：碱性低氢钠型焊条，必须 采用直流反极性，可减少飞溅和气孔的产生，并能使 电弧稳定燃烧。
药皮的影响 直流正接飞溅较大 直流反接可减少氢气孔的产生
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3.3 电弧燃烧的稳定性
焊接电弧的稳定性是指在电弧燃烧过程中，电弧 能维持一定的长度、不偏吹、不摇摆、不熄灭，电弧 电压和电流保持一定。
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影响电弧稳定性的因素： 焊接电流强度的大小、电弧中电离物质、电源
空载电压大小及其特性、电源的动特性等。
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2. 焊接电弧的构造及静特性
2.1 焊接电弧的构造及温度
§2-1 焊接电弧的引燃
（1）阴极区 阴极区是阴极端都附近区域，该区沿弧
长方向的尺寸很小，约为10-5－10-6㎝。 阴极区的作用是向弧柱区提供电子流，
在强电场的作用下，由于电场对阴极表面电子的吸引力， 电子可以获得中够的动能，从阴极表面发射出来。两电极间的 电压越高，金属的逸出功越小，则电场发射作用越大。 （3） 撞击发射
当运动速度较高、能量较大的正离子撞击阴极表面时，将 能量传递给阴极而产生电子发射现象，叫做撞击发射。电场强 度越大，在电场的作用下正离子的运动速度也越快，则产生的 撞击发射作用也越强烈。
§2-1 焊接电弧的引燃
在一般情况下，电 弧电压总是和电弧长 度成正比地变化，当 电弧长度增加时，电 弧电压升高，其静特 性曲线的位置也随之 上升。
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3. 焊接电源的极性、应用及电弧的稳定性 3.1 焊接电源的极性
§2-1 焊接电弧的引燃
3.2 焊接电源极性的应用 主要应根据焊条的性质和焊件所需的热量来决定。 酸性焊条的选择原则：焊接厚板时采用直流正极
§2-1 焊接电弧的引燃
接触点处的温度骤然升高，使部分金属熔化 和蒸发，焊条药皮中的易分解或沸点较低的物质 （钾、钠等元素）变成蒸气，接触点附近小空间 开始具有了高温气体介质，粒子的热运动加剧， 少量电离也开始发生；
同时由于阴极的小面积受电阻热的作用，自 由电子获得能量，阴极表面有少量电子发射。
这很小范围内的热电离和电子发射已为即将 发生的整个电弧空间的燃弧提供了一定的物质和 能量条件。
特性区。
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不同的源自文库弧焊方法，在一定的条件下，其静特性 只是曲线的某一区域： 手工电弧焊：平特性区（无上升特性区） 埋弧自动焊：正常电流密度焊接时为平特性区 ，大 电流密度焊接时为上升特性区。 钨极氩弧焊：小电流焊接时为下降特性区，大电流焊 接时为平特性区。 细丝熔化极气体保护焊：由于电流密度较大，所以其 静特性曲线为上升特性区。
§2-1 焊接电弧的引燃
(2)拉开
焊条与工件接触后迅速拉开，在刚刚拉开而 电弧尚未形成的一瞬间，两极之间的导电粒子还 很少，导电性微弱，可认为电流接近于零，这短 暂的一瞬间可看作是引弧的拉开阶段。
焊接电源的空载电压通常为60 － 80V，当 焊条端部刚离开工件表面3－4mm时，在这一极短 的区间由空载电压建立的电场具有足够大的电场 强度，在如此强的电场作用下，电极开始强烈地 发射电子，电子又受到电场作用而被加速，快速 运动的电子与中性粒子碰撞又将发生电离，如此 连锁式反应使产生的带电粒子数目急剧增加。
正常焊接时，焊接电弧的轴线与焊条的轴线基本 上在同一条中心线上。但在焊接过程中，有时也发现 电弧偏离焊条中心线而向某一方向偏吹。电弧偏吹会 影响电弧的稳定性，焊工难以控制电弧对熔池的集中 加热，并会影响电弧对熔池金属的保护作用，侵入有 害气体，结果使焊缝产生气孔、未焊透、焊偏和成形 不良等缺陷，降低焊接质量。严重的电弧偏吹还会使 电弧熄灭，无法进行焊接。因此，在焊接过程中，必 须注意防止产生电弧偏吹。
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第2章 焊条电弧焊
§2-1 焊接电弧的引燃
1、焊接电弧的概念
由焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间或电 极与焊件间，在气体介质中产生的强烈而持久的放电现 象称为焊接电弧。
焊接电弧的静特性曲 线是类似于“U”形的， 因此可形象地称之为 “ U形曲线”。
§2-1 焊接电弧的引燃
可将U形曲线分为A、B、C三个不同的区域，如 右图所示，当电流较小时（A区），随着电流的增加 电压减小，电弧静特性属下降特性区； 当电流增大时（B区） 电压几乎不变，电弧 静特性属平特性区； 当电流较大时（C区）， 电压随电流的增加而升 高，电弧静特性属上升
具有：电压最低 电流最大 温度最高 发光最强
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1.1 气体电离
中性的气体分子或原子释放电子形成正 离子的过程。
§2-1 焊接电弧的引燃
电弧中气体粒子的电离因外加能量的种类 不同，通常分为热电离、场致电离和光电离三 种类型。 （1）热电离
气体粒子因受到热的作用而发生的电离称 为热电离。
弧柱区的温度高，电流 密度和能量密度低
从轴向来看，两极温度 低弧柱温度高。从弧柱径向 温度来看，在弧柱中轴线上 温度高，沿径向则温度逐渐 降低。
§2-1 焊接电弧的引燃
§2-1 焊接电弧的引燃
2.2 电弧的静特性 2.2.1.电弧的静特性及静特性曲线
在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，焊 接电弧稳定燃烧时,电弧电流与电弧电压变化的关系 称为电弧的静特性， 即电弧的静态伏安特性。
§2-1 焊接电弧的引燃
3.3 3.3.1
3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5
影响电弧燃烧的稳定性的因素 焊接电源的影响
焊接电源的特性 焊接电流的种类 焊接电源的空载电压 焊接电流的影响 焊条药皮的影响 电弧长度的影响 其他因素的影响
中性粒子在光辐射的作用下产生的电 离，称为光电离。
§2-1 焊接电弧的引燃
1.2 阴极电子发射 阴极的金属表面连续地向外发射出电子的现象称
为阴极电子发射。
金属电极中的自由电子在外加能量的作用下，克 服电极金属内部正电荷对它的静电引力，冲破电极表 面的约束而逸出到电弧空间。
所加的能量越大，促使阴极产生电子发射的作用 就越强烈。
§2-1 焊接电弧的引燃
§2-1 焊接电弧的引燃
（1）接触
当焊条芯端部与工件表面相碰，即正、负两极 发生了接触（亦即短路）。由于焊芯端面和工件表 面都不可能是绝对平整光洁的，再加上操作时也不 可能使焊条与工件表面完全垂直，所以它们之间只 能是个别地方的点接触，电流也就从接触点流过。
在接触的一瞬间，由于接触点的面积很小，电 流密度很大（短路电流约是正常焊接电流的2－2.5 倍，而接触小点上的电流密度要比焊芯截面上平均 的电流密度大得多），同时又具有一定的接触电阻 ，所以此处产生大量的电阻热。
其温度与弧柱中气发体介质和焊接电流 等因素有关，焊 接电流越大，弧柱中电离程 度也越大，弧柱温度也越高。
§2-1 焊接电弧的引燃
（4）电弧电压
电弧两端之间 的电压降称为 电弧电压。与 电弧长度成正 比。
§2-1 焊接电弧的引燃
（5）电弧的温度分布
阳极、阴极和弧柱三部 分的受热材质及物理性能等 存在差异，因而各部分的温 度也不一样。