电弧焊基础

电弧焊基础

1.电弧焊方法的分类:⑴焊条电弧焊(SMAW焊)(2) 气体保护非熔化极电弧焊：①钨极氩弧焊(GTAW

或TIG焊)②等离子弧焊接(PAW焊);分类: 母材为阳极的等离子电弧方式(转移弧方式) ；喷嘴为阳极的等离子焰流方式(非转移弧方式)。(4) 气体保护熔化极电弧焊(GMA焊) ：①熔化极氩弧焊（MIG焊）

②混合气体保护熔化极电弧焊（MAG焊）③熔化极等离子焊(5) 埋弧焊方法（SAW焊接法) (6) 自保

护电弧焊方法（比如药芯焊丝焊接）(7) 螺柱焊方法

2.焊接电弧机理:⑴气体放电：电弧的本质是气体放电，气体放电是指气体电离。在（电场和热场）外加能量

作用下，使中性的气体分子或原子分离成电子和正离子的过程。气体电离后所处的空间由带电粒子（阳离子及电子）、中性粒子（原子及分子）构成。气体放电分为非自持放电和自持放电。

3.阴极电子发射的种类：⑴热电子发射：当温度升高时，金属内部的自由电子克服引力逸出到金属表面，

电子发射是一种金属表面的电子汽化现象。⑵电场（场致）发射(Field Emision)：当阴极表面空间存在一定强度的正电场时，封闭自由电子的电势壁垒就会减薄，当电子将受到电场力达到一定程度时电子便会逸出阴极表面。⑶碰撞发射：电弧中高速运动的粒子（正离子或电子）碰撞阴极时，把能量传递给阴极表面的电子，使电子能量增加而逸出阴极表面，也称为二次电子发射。⑷光发射：当阴极表面受到光辐射作用时，阴极内的自由电子能量达到一定程度而逸出阴极表面的现象。

4.气体的电离的方式：⑴场致电离：在两电极间的电场作用下，气体中的带电粒子的运动被加速，与中性

粒子碰撞产生电离。⑵光电离：光量子具有能量；中性粒子受到光辐射的作用而产生的电离。

5.维持电弧放电的条件：⑴放电气隙内带电粒子的生成；⑵保持阴极、阳极与电弧间的电的连续性。

6.电弧的构造和电弧电压：阴极：阳离子构成正空间电荷，阴极压降；阳极：电子构成负空间电荷，阳极压

降；弧柱区：平缓的线性压降。

7.电弧各区域的导电特点：①阴极区的导电特点：热阴极：对于钨、碳等高熔点的阴极，大电流＞103A/cm2，

热发射起主导地位，向弧柱区提供电子。等离子体阴极：钨极，小电流，热发射减少，弧柱加速过来的阳离子对阴极区产生碰撞发射；对中性粒子的碰撞热电离加剧，正离子堆积又将促进电场发射和碰撞发射，在阴极面前形成高亮度空间，放电在该空间以热电离形式。冷阴极：对于Fe、Cu等低熔点的阴极，热发射不足，阴极区形成正离子堆积，形成强电场，导致场致发射；产生阴极斑点。阴极斑点：电弧导电通道将主要集中在一个较小的区域，该区域电流密度、温度、发光强度远高于其他区域，称作阴极斑点。②弧柱区的导电特点：弧柱区的温度处于5000-30000K之间，处于热平衡状态。弧柱中的全部或大部分双原子气体分子分解为原子，其中较大比率的原子又进一步分解为电子和阳离子。其空间密度是相当的，弧柱空间呈现为电中性。弧柱电流就是由上述带电粒子的移动形成，电子流占99.9%，粒子流占0.1%。

以热电离为主。③阳极区的导电特点：弧柱的高温气体没有接触到阳极，阳极本身不发射（产生）阳离子，形成电子堆积；阳极区域（压降）使电子加速，与中性粒子发生碰撞电离，产生阳离子供给弧柱区；

阳极区将近99.9%的电子进入到阳极；加热阳极，大电流时，阳极熔化。

8.电弧压力与等离子气流（名词解释）：⑴电弧静压力（电磁收缩力）：当电流在一个导体中通过，整个电

流可以看作由许多平行电流线组成，这些电流线将产生相互吸引力，使导体截面产生收缩倾向。固体导体不能改变外形，但对于液态或气态导体，其截面将产生收缩。产生的力为电磁收缩力。⑵电弧动压力（等离子流力）：电磁收缩力呈现上大下小的状态，轴向将产生压力差，从而产生一个由电极指向工件的推力，这就是电弧静压力。⑶斑点力：斑点受到带电粒子的撞击，或金属蒸汽的反作用而对斑点产生的压力，称为斑点力。⑷爆破力：电弧短路焊接，熔滴与熔池发生短路，瞬时电流很大，电磁收缩力使液柱中部变细，电阻热促使金属液柱小桥温度骤升，液柱汽化爆裂，造成金属飞溅。⑸熔滴冲击力：熔化极富氩保护射流过渡焊接时，焊丝前端熔化金属熔滴沿轴线方向射向熔池，单个熔滴只有数毫克，在等离子气流的驱动下，到达熔池的速度可达每秒几百米，对金属熔池形成强烈冲击，焊缝形成指状熔深。

9.电弧力的影响因素：①气体介质：Ar混入He，密度降低，Ar+He电弧力↓；Ar混入H，H导热性强，

对电弧冷却作用大，Ar+H电弧力↑。②电流和电压（弧长）：电流↑，电弧力↑↑；电压↑，电弧力↓。③电极（焊丝）直径：焊丝越细，电流密度↑，电磁力↑，电弧锥形明显，等离子流力↑，电弧总压力↑。

④电极（焊丝）极性：钨极氩弧焊，钨极接负，允许通过电流大，电弧力大；反之，电弧力较小。熔

化极气体保护电弧焊，焊丝接正，斑点力小，容易形成细熔滴，较大的电磁力和等离子流力，电弧力较大。

反之，电弧力较小。⑤钨极端部几何形状：钨极端部角度45°时，具有最大的电磁力。⑥脉动电流的影响：TIG焊时交流电弧压力低于直流正接，高于直流反接。低频脉冲焊接，电弧压力变化滞后于电流的变化；高频脉冲焊接，高频电磁效应增强，电弧压力比直流电弧有较大增强。

10.焊接电弧静特性：静特性曲线是在某一电弧长度数值下，在稳定的保护气流量和电极条件下(还应包括其

它稳定条件) ，改变电弧电流数值，在电弧达到稳定燃烧状态时所对应的电弧电压曲线。

11.影响电弧静特性及电弧电压的因素：⑴电弧长度：一般当电弧长度增加或减小时，电孤静特性曲线随之

上移或下移。⑵保护气成分：不同的保护气，即使弧长相等，电弧电压也会有显著差异，是由于保护气种类对电位梯度(电场强度)构成影响。⑶电极条件：如纯钨电极、加入稀土元素后，电极电子发射能力增强，电弧电压降低。此外，钨电极形状、电极直径、熔化电极的材料、电极接法都会影响电弧电压:⑷母材情况：母材热导率影响形成的熔池大小及从母材散失热量的快慢，对电弧产生间接的冷却作用:⑸保护气流量、环境温度、焊接电流形式等。

12.焊接电弧动特性：电孤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。

13.直流电弧的动特性：恒定直流电弧没有动特性问题。在焊接电流的上升过程中，由于电弧先前处于相对低

温状态，电流的增加需要有较高的电场进行驱动，因此表现出电弧电压有某种程度的增加；在电流下降的过程中，由于电弧先前已处于较高温度状态，电弧等离离子体的热惯性不能马上对电流的降低做出反应，电弧中仍然有较多的游离带电粒子，电孤导电性仍然很强，使电弧电压处于相对较低的水平，从而形成回线状的电弧动特性表现。

14.交流电弧的动特性：交流电弧情况下，电弧的状态亦即等离子体的温度、导电率、阴极压降区的状态等时

刻在变化着，在极性转换时，电弧电流一旦达到零值，必须使转换前的阳极表面迅速形成阴极，在极性转换时需要加以高电压。

15.阴极斑点和阳极斑点：⑴阴极斑点：阴极表面经常可以看到发出闪烁的区域，这个区域称为阴极斑点。⑵

当电弧燃烧不能在阳极覆盖表面形成均匀的电流通道时，在阳极上的某一局部区域形成主要的电流通道，大部分电子经过该通道进入阳极，即是阳极斑点区。

16.电弧的阴极清理作用：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，称作电孤的阴极清理作用或氧化膜破碎作用。17.当电弧长度也是定值的时候，电场强度的大小即代表了电弧产热量的大小，因此，能量消耗最小的时候电

场强度最低，即在固定弧长上的电压降最小，这就是最小电压原理。

18.电弧的挺直性：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。

19.电弧的磁偏吹：由于某种原因使磁力线分布的均匀性受到破坏，电弧中的电荷受力不均匀，就会使电弧偏

向一侧，这种现象称作电弧磁偏吹。分为：⑴导线接线位置引起的磁偏吹⑵电弧附近的铁磁性物质引起的磁偏吹⑶电弧处于工件端部时产生的磁偏吹⑷平行电弧间的磁偏吹

20.电弧焊中的保护气的作用：一是向电弧空间提供气体介质；二是起到保护作用，保护电弧、电极、被焊

件(焊接区整体) ，避免受到大气的侵蚀。