焊接电弧的基础知识

焊接电弧的基础知识

电弧是一切电弧焊焊接方法的能源，电弧是一种气体放电现象。

1. 电弧的物理特性

焊接电弧是由焊接电源供电的、具有一定电压的两电极间或电极与焊件间气体介质产生的强烈而持久的放电现象。通常情况下，气体的分子和原子呈中性，气体中没有带电粒子，即使在电场作用下，也不会产生气体导电现象，电弧不能自发产生。要使电弧引弧并稳定地燃烧，就必须使两电极间的气体电离产生导电粒子。

2. 焊接电弧的结构

（1）电弧结构：焊接电弧在长度方向上，由于其气体导体粒子的特性变化，电弧的阻抗也发生变化。通常将电弧分成三个区域，靠近阴、阳极分别为阴极区和阳极区，中间的部分为弧柱区（图1-1）。阴极区的长度非常小，只有10-5～10-6 cm，阳极区的长度也只有10-3～10-4 cm，而

弧柱区则占据电弧的主要长度。在电弧电压的分布上，阴极区的压降(U K)为10～20v，弧柱区的压降(U C)为10-30V，而阳极区的压降(U A)为2～3V。

图1-1 电弧压降分布

（2）电弧中温度及能量的分布：根据焊接电弧的结构特点，焊接电弧中各区域温度及能量分布也不均匀。焊接电弧的溫度结构特点，电极材料、气体种类、焊接电流大小、焊接方法不同而不同。—般情况下，弧柱区的温度较高，两电极温度较低，这主要是由于电极温度受到电极的材料种类、焊接性能以及熔点和沸点的限制，而弧柱区则

没有。

（3）电弧周围的磁场：电弧实际上是一种气态导体，从宏观上看呈中性，而在其内部，正、负电荷分离并以一定的方向运动形成电流，就像一根通电的导体。与流过电流的导体一样，电弧周围也产生自身的磁场。电流与磁场的方向由右手定则确定（图1-2）。这种自身磁场能产生一定的电磁收缩力，促使熔滴向熔池过渡，保证熔化深度，并使电弧具有一定刚度，即电弧抵抗外界干扰，力求保持沿焊条（丝）轴向流动的能力。

在焊接过程中，由于种种原因，电弧自身所产生的磁场均匀性的分布可能遭到破坏，使电弧偏离焊条（丝）的轴线方向，即产生磁偏吹现象，如图1-3所示。电流不仅在焊条与电弧的空间产生磁场，而且在流过焊件的方向产生磁场，结果使电弧偏离了焊条（丝）轴线。磁偏吹的产生还可能由于焊件上的剩磁以及焊件周围其他的磁场所引起。

图1-2 电弧周围磁场图1-3 电弧的磁偏吹现象电弧磁偏吹使焊接电弧飘移和不稳定，甚至会使电弧熄灭。电弧的不稳定燃烧，使加在熔池上的作用力也不稳定。熔滴过渡不规则，导致了焊缝成形不规则，从而引起未焊透、气孔、夹渣等缺陷。要清除磁偏吹的影响，首先要分析磁偏吹的产生原因，采取调整电弧两侧空间的大小、小电流短弧焊的措施，外加反向磁场或消磁等方法来消除磁偏吹对焊接的影响。

（4）电弧的静特性：在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定地燃烧时，焊接电流与电弧电压变

化的关系称为焊接电弧的静特性。电弧电压将随弧长增大而增高，在电弧电压一定时，过分地增大弧长将会导致断弧。

弧长一定时，电弧静特性都呈U形（见图1-4）。在ab 段，电流较小（焊条电弧焊约100A以下，埋弧焊约400A 以下），要求电源提供较高电压，一般要比正常电弧电压高0.5-1倍才能保证顺利引弧；随着电流的增大，弧柱温度和电离程度都增加，弧柱压降减小，曲线呈下降形状。在bc段，为中等电流（焊条电弧焊约100～200A，埋弧焊约400 ---800A），由于弧柱已充分电离，随着电流的增加电弧电压基本不变，曲线呈水平形状。在cd段，电流密度很大，由于弧柱截面受电极截面限制难以增大，电弧电压随着电流的增加而增高。曲线呈上升形状，实际生产中，因ab段电流小，电弧不稳，很少应用；主要应用bc 段；只有在气体保护焊、水下电弧焊、等离子（压缩电弧）弧焊或切割时，才用上升的cd段电弧特性。