第一章電弧物理

1、C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n一、焊接電弧物理基礎(chǔ)Chapter 1: Welding Arc PhysicsArc Welding MethodsC o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n一、電弧的本質(zhì)一、電弧的本質(zhì)氣體放

2、電氣體放電（常見(jiàn)衣物靜電放電、照明燈）放電分類(lèi)：電流超過(guò)10-810-10A后，自持放電電弧放電是氣體放電的最終形式，在所有放電形態(tài)中電壓最低、電流最大、溫度最高的特征通常伴隨有熔化和蒸發(fā)現(xiàn)象。最大的電弧是什么？電弧空間的氣體被電離，由陽(yáng)離子及電子這樣的帶電粒子、原子及分子這樣的中性粒子所構(gòu)成，與通常狀態(tài)下的氣體所不同的性質(zhì)，被稱(chēng)作等離子體(Plasma)。等離子體總體上呈現(xiàn)電中性，是繼固體、液體、氣體之后的物質(zhì)的第四種存在狀態(tài)，以高導(dǎo)電性為其特征。氣體放電的表現(xiàn)是電流在氣體中流動(dòng)，而電流是因電子、離子的流動(dòng)而形成。粒子和離子的差別？地球上能看到的最大的等離子體是什么？C o p y r i

3、g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n二、電弧中帶電粒子的來(lái)源二、電弧中帶電粒子的來(lái)源1. 電源通過(guò)電極（陰極）向電弧區(qū)發(fā)射電子2. 氣隙中的中性粒子被電離產(chǎn)生電子和離子C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n2.1 陰極電子發(fā)射陰極電子發(fā)射陰極電子發(fā)射

4、：陰極中的電子脫離陰極材料的束縛，逸出電極表面進(jìn)入電弧空間。電源通過(guò)陰極向電弧空間提供電子，再?gòu)年?yáng)極接收電子，從而形成電流回路。陰極電子發(fā)射是電源持續(xù)向電弧供給能量的唯一途徑，是電弧產(chǎn)熱和中性粒子電離的初始根源，電弧中的一切現(xiàn)象都與陰極電子發(fā)射有密切的聯(lián)系，但并不是電子產(chǎn)生的唯一途徑。注意：陰極所發(fā)射電子中的相當(dāng)一部分消耗在電弧中，比如復(fù)合成中性粒子，或是再次被電離，或散失到電弧以外空間。而陽(yáng)極所接收電子中的相當(dāng)一部分是由電弧中中性粒子的電離所產(chǎn)生的。陰極電子發(fā)射類(lèi)型：熱發(fā)射、場(chǎng)致發(fā)射（電場(chǎng)發(fā)射）、光發(fā)射、碰撞發(fā)射。C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L

5、 a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n熱發(fā)射：金屬中的電子是以自由電子的形態(tài)存在著，各個(gè)電子自身具有各種各樣的能量，其能量分布遵從費(fèi)米分布。與周?chē)杂煽臻g相比，金屬內(nèi)的自由電子在能量上處于更穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)在陰極金屬表面存在電勢(shì)壁壘，阻礙電子進(jìn)入自由空間。要想把金屬內(nèi)部的電子吸引到自由空間需要較大的能量（功）。把這個(gè)能量稱(chēng)為功函數(shù)(eV)，換算成電壓表示稱(chēng)為逸出電壓UW(V)。當(dāng)溫度達(dá)到足夠高（3103K）時(shí)，運(yùn)動(dòng)能量大于e(EF+UW）數(shù)值的電子數(shù)目也更多，就可以離開(kāi)金屬表面滲透到自由空

6、間，這稱(chēng)作。勢(shì)壘：跳高鯉魚(yú)跳龍門(mén)？60分碰壁C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n場(chǎng)致發(fā)射：如果對(duì)陰極表面施加電場(chǎng)，電勢(shì)壁壘就會(huì)變薄，一部分自由電子穿過(guò)電勢(shì)壁壘滲透出來(lái)（隧道現(xiàn)象），這稱(chēng)作。各個(gè)溫度下，當(dāng)提高電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，電子電流密度都會(huì)增大。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到(12)109V/m時(shí)，電子電流密度增加的傾向性有所改變。之前，電子電流密度對(duì)溫度的依賴性較為明顯，主要是電極達(dá)到高溫時(shí)，熱電子發(fā)射變得活躍起來(lái)。之后，當(dāng)電場(chǎng)

7、處于高強(qiáng)度領(lǐng)域時(shí)，電場(chǎng)發(fā)射居于主導(dǎo)地位，與溫度無(wú)關(guān)，即使在室溫下，仍然能夠得到高電流密度。在溫度及電場(chǎng)強(qiáng)度完全一致時(shí)，陰極材料的功函數(shù)越小，所得到的電流密度越大功函數(shù)為4.5eV(相當(dāng)于鎢電極)的陰極材料電場(chǎng)強(qiáng)度與發(fā)射電流密度的關(guān)系C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n光發(fā)射：是指金屬表面受到光照射后，其中的電子接受某一特定波長(zhǎng)光子的能量后提高了自身的能量所產(chǎn)生的電子逸出。通常發(fā)生在放電空間浮游的金屬塵?；蛘呶?/p>

8、粒的表面，可以忽略不計(jì)。碰撞發(fā)射：是指高速運(yùn)動(dòng)的外部粒子碰撞金屬表面后，把其自身動(dòng)能傳遞給金屬中的電子促成其逸出金屬表面，在電弧條件下表現(xiàn)為正離子對(duì)陰極的碰撞(至少達(dá)到2倍逸出功，發(fā)射出兩個(gè)電子，一個(gè)中和一個(gè)發(fā)射出去)，也稱(chēng)為二次電子發(fā)射。 思考：那種發(fā)射對(duì)陰極有冷卻作用？C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n2.2 中性粒子的電離中性粒子的電離(Ionize)電離：中性粒子存在于電弧空間中，當(dāng)處于高能量狀態(tài)時(shí)

9、，其電子軌道上的電子脫離約束，分離成電子和離子。使中性粒子產(chǎn)生電離所需要的能量亦即使電子脫離原子核束縛所需的能量稱(chēng)作電離能（eV），換算成電壓用電離電壓Ui(V)表示。電離類(lèi)型：熱電離、場(chǎng)致電離、光電離。 熱電離：高溫作用下，粒子直接電離，或高能粒子頻繁碰撞，粒子間非彈 性碰撞導(dǎo)致電離 場(chǎng)致電離：電場(chǎng)的作用下，電子加速，與其他粒子發(fā)生碰撞而使粒子電離 光電離：光量子具有能量當(dāng)能量大于電離能的時(shí)候，可能使中性粒子電離 碰撞為什么會(huì)導(dǎo)致電離？粒子之間相互碰撞，主要是電子和中性粒子的非彈性碰撞，傳遞（接受）能量，對(duì)于低溫領(lǐng)域的等離子體形成極為重要。 “電子雪崩”，但增加有極限。外加電場(chǎng)或提高溫度，會(huì)

10、增大電離。C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n了解：強(qiáng)、弱電離等離子體，衡量標(biāo)準(zhǔn)電離度（13），弱電離等離子體的電離度低，主要由電子和中性粒子支配著等離子體現(xiàn)象。強(qiáng)電離等離子體是由帶電粒子（電子和離子）支配等離子體現(xiàn)象。電弧等離子體處于標(biāo)準(zhǔn)電離度左右。焊接電弧是具有較高粒子密度的等離子體，粒子間的碰撞很激烈，粒子間能量交換也很充分，總體處于一種近于熱平衡的狀態(tài)。對(duì)其電離反應(yīng)可用Saha（薩哈）公式表征：25/

11、23/2ei2222e()exp1mzUkTzhpkTC o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n等離子體的電離度（大氣壓下） 單一氣體的電離平衡組成10,000K溫度及大氣壓條件下，氬氣等離子體的電離度是1，處于很低的數(shù)值。鐵及鋁等金屬的電離電壓較低，因此，金屬蒸氣在電弧空間更容易被電離，這對(duì)焊接電弧的電特性有著顯著影響。C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f

12、 We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n 原子 電離電壓 Ui (V) 原子 電離電壓 Ui (V) 原子 電離電壓 Ui (V) H He Li C N O F Ne Na Mg 13.60 24.59 5.39 11.26 14.53 13.62 17.42 21.56 5.14 7.65 Al Si P S Cl Ar K Ca Ti V 5.99 8.15 10.49 10.36 12.97 15.76 4.34 6.11 6.82 6.74 Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ge Se

13、Kr 6.77 7.44 7.87 7.86 7.64 7.73 9.39 7.90 9.75 14.00 原子的電離電壓，惰性氣體的Ui高，堿性金屬的Ui低（用于焊條維?。┡c氬氣相比，氦氣難電離C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n電弧空間的帶電粒子在電場(chǎng)作用下總體進(jìn)行著定向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)由于密度分布的差異也在進(jìn)行著擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，擴(kuò)散使電弧呈現(xiàn)擴(kuò)展形態(tài)。方向：密度高的區(qū)域 密度低的區(qū)域，從電弧軸線中心向外部周邊區(qū)域擴(kuò)

14、散。帶電粒子的擴(kuò)散并不會(huì)造成電弧整體電荷密度的均一分布，而處于相對(duì)穩(wěn)定的動(dòng)平衡狀態(tài)。思考：擴(kuò)散能否使電弧湮滅？復(fù)合：電子與正離子相遇后重新結(jié)合成中性粒子，同時(shí)釋放出相當(dāng)于電離能的能量復(fù)合主要出現(xiàn)在電弧溫度較低、粒子運(yùn)動(dòng)速度較慢的區(qū)域，以電弧外圍區(qū)域表現(xiàn)更為頻繁。復(fù)合后的粒子或是在電弧空間重新被電離，參與導(dǎo)電過(guò)程，或是隨氣體介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)而散失到電弧以外的空間。2.3 帶電粒子的擴(kuò)散和復(fù)合帶電粒子的擴(kuò)散和復(fù)合C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i

15、t . e d u . c n2.4 穩(wěn)定的焊接電弧中粒子密度（了解）穩(wěn)定的焊接電弧中粒子密度（了解）C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n陰極區(qū)（Cathode ）：陰極前面存在由陽(yáng)離子構(gòu)成的正空間電荷區(qū)域，產(chǎn)生的壓降稱(chēng)作陰極壓降（Cathode Voltage Drop）；陽(yáng)極區(qū)（Anode）：陽(yáng)極前面存在由電子構(gòu)成的負(fù)空間電荷區(qū)域，產(chǎn)生的壓降稱(chēng)作陽(yáng)極壓降（Anode Voltage Drop）。 兩極區(qū)的

16、區(qū)域尺寸相當(dāng)薄（不到0.5mm），在電弧長(zhǎng)度變化時(shí)幾乎不產(chǎn)生變化，但壓降值很高，在電弧總體電壓降中占有相當(dāng)比例。兩 極 區(qū) 以 外 的 部 分 稱(chēng) 作 弧 柱 區(qū) （ A r c column/arc plasma），以很平緩的形式呈現(xiàn)線形電壓降，稱(chēng)作弧柱區(qū)壓降（Positive Column Voltage Drop）。 acpaUUUU三、電弧的導(dǎo)電機(jī)制三、電弧的導(dǎo)電機(jī)制電弧構(gòu)造與電弧電壓分布C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t .

17、 e d u . c n沿電場(chǎng)方向移動(dòng)的帶電粒子的流動(dòng)就是電弧電流，流經(jīng)電弧的全電流I 是電子電流Ie與離子電流Ii之和，在弧柱區(qū)質(zhì)量小、容易運(yùn)動(dòng)的電子流占全部電流的99以上。在陰極壓降區(qū)，因電極材料的不同，電子發(fā)射能力存在差異，以Fe、Al材料作為陰極時(shí)，離子電流可能占有一定比例，離子通過(guò)碰撞陰極使陰極加熱，有利于熱電子發(fā)射。此外，弧柱區(qū)過(guò)來(lái)的正離子，提高了陰極前面的空間電位，受到此高電場(chǎng)的作用，亦能使電極發(fā)射出電子。在陽(yáng)極壓降區(qū)，受電弧電流數(shù)值的影響，電流成分會(huì)有些變化，但幾乎100是電子流。C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f W

18、e l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n3.1 陰極區(qū)陰極區(qū)對(duì)于鎢、碳等高熔點(diǎn)的熱陰極材料，大電流（103A/cm2）情況下熱發(fā)射起主導(dǎo)地位，向弧柱區(qū)提供電子。對(duì)于Fe， Cu等低熔點(diǎn)的冷陰極，熱發(fā)射不足，陰極區(qū)形成正離子（正電荷）堆積，當(dāng)空間電荷產(chǎn)生的陰極區(qū)壓降UC較大時(shí)，在陰極前面形成強(qiáng)電場(chǎng)，導(dǎo)致場(chǎng)致發(fā)射。當(dāng)陰極表面的熱電子發(fā)射量繼續(xù)減少時(shí)，如在陰極表面幾乎沒(méi)有熔化的情況下，UC進(jìn)一步增大，處于陰極壓降區(qū)中的陽(yáng)離子受其加速而飛向陰極，碰撞陰極表面后產(chǎn)生能量轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生碰撞發(fā)射。等離子體陰極：陽(yáng)離子加速飛向陰

19、極的途中，可能與所遇到的中性粒子反復(fù)碰撞使熱電離加劇，產(chǎn)生電子同時(shí)產(chǎn)生大量正離子，形成更大范圍的正離子堆積區(qū)，進(jìn)一步促進(jìn)電場(chǎng)發(fā)射和碰撞發(fā)射，起到向電弧提供電子的作用。等離子體陰極形成后，可以看到在陰極附近有球形的高亮度區(qū)。 思考：W小電流，什么發(fā)射機(jī)制？C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n陰極斑點(diǎn)某些情況下，電場(chǎng)發(fā)射很劇烈時(shí)，電弧導(dǎo)電通道將主要集中在一個(gè)較小的區(qū)域，該區(qū)域電流密度、溫度、發(fā)光強(qiáng)度遠(yuǎn)高于其它區(qū)域

20、，稱(chēng)作陰極斑點(diǎn)。成因：熱陰極、惰性氣體保護(hù)時(shí)，若電流較小或電極直徑太大、表面不平滑、存在污染物，電弧溫度不能使電極前端全面積產(chǎn)生熱電子發(fā)射，陰極及陰極區(qū)將輔助以電場(chǎng)發(fā)射向弧柱區(qū)提供電子。為減少與周?chē)h(huán)境的接觸，降低散熱損失，電子發(fā)射將集中在一個(gè)較小的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，從而形成陰極斑點(diǎn)。低熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性能好材料（Al、Mg）作為冷陰極時(shí)，即使陰極溫度達(dá)到材料的沸點(diǎn)，也不足以通過(guò)熱發(fā)射產(chǎn)生足夠電子，陰極將進(jìn)一步自動(dòng)縮小其導(dǎo)電面積，直至導(dǎo)電面積前面形成密度很大的正離子空間電荷和陰極壓降，足以產(chǎn)生很強(qiáng)的電場(chǎng)發(fā)射，補(bǔ)充熱發(fā)射的不足，向弧柱提供足夠的電子流，此時(shí)陰極將形成面積更小電流密度更大的斑點(diǎn)來(lái)導(dǎo)通電流，是謂

21、陰極斑點(diǎn)。C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n陰極斑點(diǎn)陰極斑點(diǎn)具有自動(dòng)尋找氧化物的特性：表面氧化物與純金屬相比，電子逸出功低，更具備電子發(fā)射的能力，電弧導(dǎo)電點(diǎn)更多集中在有氧化膜的地方，從而形成陰極斑點(diǎn)。陰極斑點(diǎn)對(duì)電極有“黏著”作用，常常出現(xiàn)跳躍式移動(dòng)。在電流較大時(shí)，陰極斑點(diǎn)分散多處，不斷變化位置。斑點(diǎn)壓力：正離子沖擊、金屬蒸發(fā)反作用力電弧陰極斑點(diǎn)的形成通常對(duì)焊接是不利的。C o p y r i g h t o

22、 f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n陰極霧化（陰極清理）惰性氣體中的電弧在以金屬板（絲）作為陰極的情況下，陰極斑點(diǎn)在金屬板（絲）上掃動(dòng)，除去金屬表面上的氧化膜，使其露出清潔金屬面，稱(chēng)作。清理作用只限于對(duì)陰極，并且是在不含氧化性氣氛的高純度惰性氣氛中。鋁氧化膜，致密、熔點(diǎn)高達(dá)2020，而鋁熔化溫度只有600左右，焊接不當(dāng)，氧化膜以固體形態(tài)存在并殘留下來(lái)，會(huì)造成熔合不良。鋁是典型的冷陰極材料，作為冷陰極的特征其陰極壓降UC很高，陽(yáng)離子受陰極電場(chǎng)加速以

23、很高的速度沖擊陰極表面，使陰極表面上的氧化物破碎并消失。另外，氧化物的功函數(shù)比純金屬低，陰極斑點(diǎn)不會(huì)停留在固定的位置上，而是不斷地移動(dòng)尋找新的氧化膜，不斷形成新的陰極斑點(diǎn)。在惰性氣氛中，一旦除去了氧化膜就不會(huì)在金屬面上再次生成氧化膜。對(duì)氧化物的清理將一直擴(kuò)展到熔池周?chē)墓腆w表面上。與氦氣相比，氬氣由于其自身原子質(zhì)量較大，清理效果也就更為顯著。C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c nC o p y r i g h

24、t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c nC o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n3.2 弧柱區(qū)弧柱區(qū)電弧溫度極高（500030000K），處于所謂的等離子體狀態(tài)。在弧柱中，每瞬間單位體積內(nèi)正負(fù)帶電粒子的數(shù)量幾乎相同，使得電弧整體上呈現(xiàn)電中性狀態(tài)。陽(yáng)離子數(shù)量少，但作

25、用很重要。作為電流主體的電子，在較小的電位梯度下亦可以產(chǎn)生移動(dòng)，從而能夠產(chǎn)生大電流流動(dòng)，因此弧柱是極為良好的導(dǎo)電體。此外，由于電子與陽(yáng)離子相比重量極輕，即使在很小的電場(chǎng)下就可以高速向陽(yáng)極移動(dòng)，移動(dòng)途中與陽(yáng)離子、中性分子及原子產(chǎn)生碰撞，把其動(dòng)能傳給對(duì)方，使得電弧等離子體中的粒子動(dòng)能整體增大，處于高溫狀態(tài)。而高溫粒子也會(huì)相互碰撞，引發(fā)熱電離，產(chǎn)生新的電子。另外，高溫粒子也向弧柱周邊區(qū)域擴(kuò)散造成熱量損失，該部分熱量損失由外部電源向弧柱提供能量(弧柱電壓降UP和電流的乘積)予以補(bǔ)充，從而達(dá)到一種熱量平衡?；≈仁蔷S持電弧持續(xù)放電所必須的電子和陽(yáng)離子的產(chǎn)生源，同時(shí)也是把電能有效轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿陌l(fā)熱體。C o

26、 p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n3.3 陽(yáng)極區(qū)陽(yáng)極區(qū)陽(yáng)極區(qū)接受從弧柱過(guò)來(lái)的電子，由于陽(yáng)離子不能從陽(yáng)極材料表面產(chǎn)生，使得陽(yáng)極表面具有的電子數(shù)目超過(guò)陽(yáng)離子數(shù)，就產(chǎn)生了負(fù)的空間電荷。通過(guò)這個(gè)負(fù)的空間電荷形成陽(yáng)極壓降UA，電子受其加速，與陽(yáng)極區(qū)中的中性粒子碰撞并使其電離，由此產(chǎn)生面向弧柱區(qū)運(yùn)動(dòng)的陽(yáng)離子，即陽(yáng)極壓降區(qū)起到向弧柱區(qū)提供部分陽(yáng)離子的作用。電流較大時(shí)，陽(yáng)極壓降區(qū)處于高溫下，這時(shí)即使不通過(guò)電子碰撞，而通過(guò)中性粒子

27、自身的相互碰撞也會(huì)產(chǎn)生充分的熱電離，其結(jié)果是UA近于0值。在被焊件母材作為陽(yáng)極時(shí)，特別是在較大電弧電流下，電弧高溫使母材產(chǎn)生強(qiáng)烈的蒸發(fā)，蒸發(fā)出的金屬原子比之保護(hù)氣成分具有更低的電離電壓，將先于保護(hù)氣粒子而被電離，是向電弧弧柱區(qū)提供正離子的主要途徑。C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n陽(yáng)極斑點(diǎn)陽(yáng)極材料過(guò)熱蒸發(fā)出來(lái)的金屬原子比氣體原子具有更低的電離能，更容易被電離，因此一旦陽(yáng)極產(chǎn)生金屬蒸汽，很容易在附近形成弧柱，

28、電弧集中于陽(yáng)極表面一點(diǎn)形成主要的電流通道，這就是陽(yáng)極斑點(diǎn)，大部分電子經(jīng)過(guò)該通道進(jìn)入陽(yáng)極。陽(yáng)極斑點(diǎn)具有尋找純金屬的特性。與陰極斑點(diǎn)的情況類(lèi)似，也有后拖、“黏著”、跳動(dòng)的現(xiàn)象；與陰極斑點(diǎn)不同，正常焊接時(shí)陽(yáng)極斑點(diǎn)對(duì)焊接過(guò)程 沒(méi)有大的不良影響。小電流焊接，母材作為陽(yáng)極，如果母材上不能形成連續(xù)的熔化（比如電弧功率小、母材散熱快等），將會(huì)在電弧后面形成陽(yáng)極斑點(diǎn)。大電流焊接，母材作為陽(yáng)極，雖然形成了較大的熔池，但由于熔池運(yùn)動(dòng)或表面波動(dòng)頻繁，也可能是熔池中各處蒸發(fā)情況的變遷，或由于合金元素的蒸發(fā)，將在熔池內(nèi)部形成陽(yáng)極斑點(diǎn)，并快速“掃動(dòng)”，該情況下陽(yáng)極斑點(diǎn)處的電流密度并不很高。 C o p y r i g h

29、t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n四、電弧產(chǎn)熱及對(duì)電極的熱輸入四、電弧產(chǎn)熱及對(duì)電極的熱輸入焊接電弧的熱量來(lái)自電源提供的電能，電源向電弧的弧柱區(qū)、陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)即電弧整體提供的電能： 該能量在電弧中轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽ㄖ饕?、機(jī)械能、光能、磁能。Pa=I Ua=I (UA+UC+UP)C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / /

30、w e l d . h i t . e d u . c n電弧對(duì)陽(yáng)極的熱輸入電弧對(duì)陽(yáng)極的熱輸入電弧向陽(yáng)極提供的能量主要有如下幾方面： 忽略正離子流對(duì)陽(yáng)極能量的影響（0.1%） 電子經(jīng)陽(yáng)極壓降加速而獲得的動(dòng)能Pe（主要）； 電子發(fā)射時(shí)陰極吸收的逸出功釋放給陽(yáng)極PrA； 從弧柱帶來(lái)與弧柱溫度相對(duì)應(yīng)的熱能PcA。PA=Pe+PrA+PcA=I (UA+UWA+UT) PePA 陽(yáng)極熱輸入；Ia 電弧電流；UA 陽(yáng)極區(qū)壓降(V)；UWA 陰極物質(zhì)的功函數(shù)(V)；UT 電弧等離子體中的電子所保有的能量，即等價(jià)電壓(V)；C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a

31、b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n電弧對(duì)陰極的熱輸入電弧對(duì)陰極的熱輸入忽略正離子流對(duì)陰極能量的影響 電子在陰極壓降作用下逸出陰極并獲得加速總能量為IUC ；（I約等于電子電流） 電子逸出時(shí)從陰極吸收的逸出功IUWA，相當(dāng)于對(duì)陰極冷卻 電子離開(kāi)陰極區(qū)進(jìn)入弧柱，具有與弧柱溫度相對(duì)應(yīng)的熱能IUT ，電子離開(kāi)陰極區(qū)時(shí)帶走這部分能量。PC=I (UC-UWA-UT)PC 陰極熱輸入；I 電弧電流；UC 陰極區(qū)壓降(V)；UWA 陰極物質(zhì)的功函數(shù)(V)；UT 電弧等離子體中的電子所保有的能量，即等價(jià)電

32、壓(V)；即使電子溫度達(dá)到6000-10000K， UT也小于1v，可以忽略不計(jì)。幾十安培小電流下，UA4v，電流較大時(shí)UA接近0，所以Pc、PA主要取決于UC、UWA。冷陰極：UC UWA ，熱陰極：UC UWA ，所以熔化極焊接，焊絲做陰極產(chǎn)熱量大，TIG焊正好相反，電極做陽(yáng)極產(chǎn)熱量大。C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n五、電弧溫度分布及熱效率五、電弧溫度分布及熱效率當(dāng)電弧等離子體的產(chǎn)熱與向周?chē)哪芰繐p

33、失達(dá)到平衡時(shí)就形成了相對(duì)穩(wěn)定的溫度場(chǎng)。電弧溫度測(cè)量，主要是針對(duì)電弧弧柱進(jìn)行，極區(qū)尺寸太小，無(wú)法測(cè)量。通常認(rèn)為弧柱溫度最高，而極區(qū)溫度較低（受材料熔點(diǎn)限制），且溫度具備連續(xù)性。目前認(rèn)為電弧最高溫度在點(diǎn)擊下方中心部位，可達(dá)2-3萬(wàn)度。氬氣電弧影響因素：電流、弧長(zhǎng)、保護(hù)氣、電極斑點(diǎn)、環(huán)境、陽(yáng)極材料等。例如：陽(yáng)極材料和狀態(tài)將影響陽(yáng)極表面附近的溫度值，比如使用鋼材料作為陽(yáng)極時(shí)，鐵蒸氣將部分取代氬氣而起作用，F(xiàn)e電離電壓低，陽(yáng)極表面附近溫度降低，只有6 000K左右；當(dāng)采用水冷銅陽(yáng)極時(shí)，陽(yáng)極表面附近的溫度將達(dá)到12 000K左右。C o p y r i g h t o f S t a t e k e y

34、L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n熱效率相對(duì)于電弧功率（電弧電壓電弧電流），向母材（比如GTA焊接時(shí)，母材作為陽(yáng)極）傳送的熱量（熱輸入量）所占的比例稱(chēng)作焊接電弧熱效率。在熔化極焊接中，有效功率亦包含加熱、熔化焊絲的能量，這部分能量最終也被帶入母材。焊接方法熱效率（%）埋弧焊9099MIGMAG/焊條電弧焊6685TIG焊6070等離子弧焊（熔入型）6075等離子弧焊（小孔型）4565C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We

35、 l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n六、最小電壓原理（非常重要）六、最小電壓原理（非常重要）在給定電流與周?chē)鷹l件一定的情況下，電弧穩(wěn)定燃燒時(shí)，其導(dǎo)電區(qū)的半徑（或溫度），應(yīng)使電弧電場(chǎng)強(qiáng)度具有最小的數(shù)值，即電弧具有保持最小能量消耗的特性。原理：弧柱區(qū)電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小意味著電弧導(dǎo)電的難易，電導(dǎo)率與弧柱電離度及溫度有關(guān)，所以E也是弧柱溫度的函數(shù)。當(dāng)電流、周?chē)鷹l件一定時(shí)，弧柱的斷面只能在保證E為最小的前提下來(lái)確定。如果電弧斷面大于或小于其自動(dòng)確定的斷面，都會(huì)引起E的增加。發(fā)燒，打哆嗦，縮緊身體！思考：電弧強(qiáng)制冷卻會(huì)引

36、起什么結(jié)果？C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n七、焊接電弧靜特性七、焊接電弧靜特性穩(wěn)定狀態(tài)下焊接電弧的電流-電壓特性，稱(chēng)作電弧靜特性。保證弧長(zhǎng)穩(wěn)定、保護(hù)和電極條件相同，電弧穩(wěn)定燃燒，僅改變電流，測(cè)量電壓。該曲線一般呈現(xiàn)3個(gè)區(qū)段的變化特點(diǎn)，分別稱(chēng)作下降特性區(qū)（負(fù)阻特性區(qū)）、平特性區(qū)、上升特性區(qū)。C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n

37、 g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n在小電流區(qū)，電弧電壓隨電流增大而減小，呈現(xiàn)負(fù)阻特性。原因：電流較小時(shí)，電弧溫度較低，粒子電離度低，電弧導(dǎo)電性較差，需要有較高的電場(chǎng)推動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)；在陰極區(qū)，由于溫度較低，不能實(shí)現(xiàn)大量的熱電子發(fā)射，會(huì)形成較強(qiáng)的陰極壓降（電場(chǎng)發(fā)射），這樣在小電流時(shí)表現(xiàn)出電弧有較高的電壓值。電流增加，陰極溫度提高熱發(fā)射能力增強(qiáng)，UC值降低；陽(yáng)極蒸發(fā)量增加，UA值降低。兩極區(qū)電場(chǎng)隨溫度升高而降低，使得電弧電壓降低。即在電弧溫度和電極溫度提高的情況下，電弧中產(chǎn)生和運(yùn)動(dòng)等量的電荷不再需要更高的電場(chǎng)。 弧柱區(qū)，從產(chǎn)熱和

38、散熱平衡角度考慮，在小電流區(qū)，為維持電流密度(電流/截面積)一定，如果電流增大4倍，則弧柱直徑增大2倍，弧柱向周邊區(qū)的熱量損失隨之增大2倍，而弧柱內(nèi)產(chǎn)熱量(I UP)卻是增大4倍，如果電弧電壓仍然維持原來(lái)的數(shù)值，那么產(chǎn)熱量就超過(guò)了熱損失量，而電弧自身性質(zhì)具有保持熱量動(dòng)態(tài)平衡的能力，實(shí)際上電弧的產(chǎn)熱量沒(méi)有增加4倍，弧柱壓降UP不會(huì)維持原來(lái)的數(shù)值不便，而是自動(dòng)降低，即電弧不再需要原來(lái)數(shù)值的電壓就可以維持穩(wěn)定燃燒，其以較少的產(chǎn)熱量增加就能夠平衡散熱損失的增加。C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h

39、t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n中等電流區(qū)，電弧等離子氣流增強(qiáng)，除電弧表面積增加造成散熱損失增加之外，等離子氣流的流動(dòng)對(duì)電弧產(chǎn)生附加的冷卻作用，因此在一定的電流區(qū)間，電弧電壓自動(dòng)維持一定的數(shù)值，保證產(chǎn)熱量與散熱量的平衡，在電弧靜特性曲線上出現(xiàn)一定區(qū)間內(nèi)的平特性特征。在大電流區(qū)，電弧中的等離子氣流更為強(qiáng)烈，而由于電弧自身磁場(chǎng)的作用，電弧截面不能隨電流的增加而同步增加，電弧的電導(dǎo)率減小，要保證較大的電流（更多的電荷）通過(guò)相對(duì)較小的截面積，需要有更高的極間電場(chǎng)強(qiáng)度驅(qū)動(dòng)，因此在大電流區(qū)間，電弧電壓隨電流的增加而增加，呈現(xiàn)正特性。電弧靜特性曲線3個(gè)變化區(qū)

40、段，并不是在各種電弧中都能夠表現(xiàn)出來(lái)，受電弧形態(tài)和電極條件的影響較大。GTA焊接在靜特性曲線上一般都能明顯表現(xiàn)出3個(gè)區(qū)段的特征。GMA焊接由于通常采用較細(xì)的電極焊絲，可使用的電流一般在中等數(shù)值以上，電弧形態(tài)多呈圓錐狀，等離子氣流作用強(qiáng)烈，所以靜特性曲線通常呈現(xiàn)上升特性，平特性區(qū)間較窄。SAW電弧掩埋在焊劑層下面，受焊劑層的覆蓋，電弧的散熱損失小，并且電弧中基本沒(méi)有等離子氣流存在，一般又采用較粗直徑的焊絲大電流焊接，其電弧靜特性呈現(xiàn)下降特性。C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p :

41、 / / w e l d . h i t . e d u . c nGTA焊接電弧靜特性曲線GMA焊接電弧靜特性曲線SAW焊接電弧靜特性曲線C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n焊接電弧靜特性影響因素保護(hù)氣：保護(hù)氣對(duì)電位梯度有影響，對(duì)電弧散熱影響也不同。氦原子量小，電位梯度極大，高溫狀態(tài)氣體粒子從弧柱內(nèi)部向周邊區(qū)域的擴(kuò)散速度快，帶走的熱量損失也大，為了補(bǔ)償該項(xiàng)損失，電弧將自動(dòng)提高其電位梯度。二是對(duì)于氧氣、氫氣、

42、二氧化碳?xì)獾榷嘣臃肿託怏w，其在電離之前要解離為原子，分子的解離是吸熱反應(yīng)，需要從電能上予以補(bǔ)償，從而亦使電位梯度提高。三是各種氣體（原子或分子）的電離能不同，電離能大的保護(hù)氣體從電弧中吸取的能量更多，而低電離能物質(zhì)（如金屬原子）存在于電弧氣氛中將會(huì)顯著降低電弧電壓。C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n焊接電弧靜特性影響因素弧長(zhǎng)：電弧(弧柱)長(zhǎng)度增加或減小時(shí)，電弧電壓U0+Ela (U0=UC+UA， La為

43、弧柱長(zhǎng)度)變化，電弧靜特性曲線隨之上移或下移，但在各電流數(shù)值上表現(xiàn)出的斜率變化會(huì)有所改變。理想情況下，GTA焊接弧長(zhǎng)和電壓成一定比例關(guān)系，可以用作傳感器。電極：非熔化電極情況下，電極成分對(duì)電弧電壓會(huì)有一定程度的影響。比如純鎢電極、加入稀土氧化物的合金電極，其電弧電壓會(huì)有差別，主要是電極發(fā)射電子的能力出現(xiàn)變化，稀土元素加入后，電極電子發(fā)射能力增強(qiáng)，電弧電壓降低。母材保護(hù)氣流量環(huán)境溫度C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u .

44、 c n八、電弧力八、電弧力電弧不僅是一個(gè)加熱源，同時(shí)也是一個(gè)力源。電弧力與焊接中表現(xiàn)出的熔池形態(tài)、熔深尺寸、熔滴過(guò)渡、焊縫成形等都有密切關(guān)系，同時(shí)也是形成不規(guī)則焊縫、產(chǎn)生成形缺陷、造成焊接飛濺的直接原因。電磁力等離子流力斑點(diǎn)力爆破力熔滴沖擊力C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n電磁力兩根相互平行導(dǎo)體，通過(guò)同向電流，相互吸引，反向電流，則互相排斥。對(duì)于液態(tài)或氣態(tài)導(dǎo)體，將使其產(chǎn)生截面收縮，這稱(chēng)作電磁收縮效應(yīng)，所

45、產(chǎn)生的力稱(chēng)作電磁收縮力或電磁力。202IPKK jIR小截面 大截面實(shí)際電弧是截面直徑變化的圓錐狀的氣態(tài)導(dǎo)體。因?yàn)殡姌O直徑限制了導(dǎo)電區(qū)的擴(kuò)展，而在工件上電弧可以擴(kuò)展的比較寬，直徑不同將引起壓力差，從而產(chǎn)生由電極指向工件的推力，這個(gè)力也稱(chēng)作是稱(chēng)作電弧靜壓力，中心電流密度高，所以電磁力也大于周邊。軸線上C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n等離子流力電弧靜壓力差使較小截面處的高溫粒子（中性粒子為主）向工件方向母材流

46、動(dòng)，并有更小截面處的氣體粒子補(bǔ)充到該截面上來(lái)，以及保護(hù)氣氛不斷進(jìn)入電弧空間，從而形成連續(xù)不斷的氣流，稱(chēng)作等離子氣流，到達(dá)工件表面時(shí)形成附加的一種壓力，稱(chēng)作等離子流力。由于等離子流力是高溫粒子高速流動(dòng)形成的，所以也稱(chēng)作電弧動(dòng)壓力。C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n斑點(diǎn)力斑點(diǎn)力表現(xiàn)形式：帶電粒子對(duì)電極的沖擊力：陽(yáng)極受到電子的沖擊，陰極受到正離子的沖擊。由于正離子的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電子的質(zhì)量，同時(shí)一般情況下陰極區(qū)壓降

47、大于陽(yáng)極區(qū)壓降，所以陰極斑點(diǎn)力大于陽(yáng)極斑點(diǎn)力。電磁收縮力：熔滴上出現(xiàn)斑點(diǎn)時(shí)，熔滴和電弧空間的電流線都在斑點(diǎn)處集中，由于電磁力合力的方向是由小截面指向大截面，所以在斑點(diǎn)處產(chǎn)生向上的電磁收縮力，阻礙熔滴下落。通常陰極斑點(diǎn)比陽(yáng)極斑點(diǎn)的收縮程度大，所以陰極斑點(diǎn)力也大。材料蒸發(fā)反作用力，一般表現(xiàn)為陽(yáng)極斑點(diǎn)力。C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n爆破力熔滴與熔池發(fā)生短路時(shí)，電弧瞬間熄滅，因短路時(shí)電流很大（短路電流有一個(gè)上

48、升的過(guò)程），短路液柱中電流密度很高，在金屬液柱中產(chǎn)生很大的電磁收縮力，使液柱中部變細(xì)，產(chǎn)生頸縮，電阻熱使金屬液柱小橋溫度急劇升高，使液柱汽化爆斷，此爆破力可能使液柱金屬形成飛濺。液柱爆斷后電弧重新引燃，電弧空間的氣體突然受高溫加熱而膨脹，局部壓力驟然升高，對(duì)熔池和焊絲端頭的液態(tài)金屬形成較大的沖擊力，嚴(yán)重時(shí)也會(huì)造成飛濺。C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n熔滴沖擊力熔化極富氬保護(hù)射流過(guò)渡焊接時(shí)，焊絲前端熔化金屬

49、形成連續(xù)細(xì)滴沿焊絲軸線方向射向熔池，每個(gè)熔滴的重量只有數(shù)毫克，在等離子氣流驅(qū)動(dòng)下，以很高的加速度（可達(dá)重力加速度的50倍以上）沖向熔池，到達(dá)熔池時(shí)其速度可達(dá)每秒幾百米。這些細(xì)滴帶有很大的動(dòng)能，對(duì)熔池金屬形成強(qiáng)烈的沖擊。C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n電弧力的影響因素氣體介質(zhì)：以純氬氣保護(hù)GTA電弧作為比較，當(dāng)在保護(hù)氣中混入氦氣時(shí)，電弧壓力有很大程度的降低，通常認(rèn)為這是由于He氣密度較低所致。在氬氣中混入氫

50、氣時(shí)，電弧壓力升高，這是由于氫氣的導(dǎo)熱性更強(qiáng)，并且是多原子氣體，解離對(duì)電弧的冷卻作用大，導(dǎo)致電弧收縮。 C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n電流和弧長(zhǎng)（電壓）：電流增大時(shí)電弧力顯著增加，其中電磁收縮力和等離子流力起主要作用。電弧電壓升高亦即電弧長(zhǎng)度增加，電弧力降低，是由于電弧范圍擴(kuò)展造成的。 C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n

51、g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n電極（焊絲）直徑和鎢極端部幾何形狀：焊絲直徑越細(xì)，電流密度越大，電磁力越大，同時(shí)電弧呈現(xiàn)錐形越明顯，等離子流力增大，使電弧的總壓力增加。GTA電弧在短弧長(zhǎng)時(shí)，電極直徑對(duì)電弧力的影響明顯。鎢極端部的幾何形狀與電弧作用在熔池上的力有密切的關(guān)系。通常鎢極端部角度為45時(shí)，具有最大的電弧壓力，有時(shí)為了對(duì)電弧力加以限制，可以把鎢極最前端磨出一定尺寸的平臺(tái)，減小電弧靜壓力和等離子氣流。C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n

52、g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n電極（焊絲）極性：GTA，鎢極接負(fù)時(shí)允許流過(guò)較大的電流，陰極區(qū)收縮的程度大，將形成錐度較大的錐形電弧，產(chǎn)生的軸向推力大，電弧力大。鎢極接正則形成較小的電弧壓力，一是需要使用較粗的鎢極，同時(shí)電弧在鎢極上的覆蓋面積較大，形成的電磁力和等離子流力小。 對(duì)于GMA焊，當(dāng)焊絲接負(fù)時(shí)，熔滴受到正離子的沖擊，有較大的斑點(diǎn)力作用在熔滴上，使熔滴長(zhǎng)大，不能順利過(guò)渡，也不能形成很強(qiáng)的電磁力和等離子流力，因此電弧力小。在焊絲接正時(shí)，所受到的斑點(diǎn)力小，容易形成細(xì)小的熔滴，有較大的電磁力和等離子流力，電弧壓力較大。

53、C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n脈動(dòng)電流的影響：當(dāng)電流以某一規(guī)律變化時(shí)，電弧壓力也相應(yīng)變化。TIG焊時(shí)交流電弧壓力低于直流正接，但高于直流反接。低頻脈沖焊時(shí)，電弧壓力的變化能夠跟隨電流的變化。隨脈沖頻率的增加，電弧壓力的變化逐漸滯后于電流的變化。當(dāng)脈沖頻率高于幾千赫茲以后，由于高頻自磁壓縮效應(yīng)增強(qiáng)，在平均電流值相同的情況下，電弧壓力比之直流電弧有很大增加。C o p y r i g h t o f S t

54、 a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n九、電弧的挺直性與磁偏吹九、電弧的挺直性與磁偏吹電弧挺直性(arc stiffness)是指電弧作為柔性導(dǎo)體具有抵抗外界干擾、力求保持焊接電流沿電極軸線方向流動(dòng)的性能。通常電弧是在電極與母材間最短距離間形成弧柱，然而當(dāng)電流較大時(shí)，電弧中心線沿著電極的傾斜方向伸展。電弧的挺直性隨電流值的增大而增大。電流越大，電弧自身磁場(chǎng)強(qiáng)度越大，電弧越受拘束，電弧的挺直性也就越大。同時(shí)電弧的等離子氣流、保護(hù)氣氣流、周?chē)鷼饬鞯睦鋮s作用，也有助

55、于電弧挺直性的提高。C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n磁偏吹：若電弧周?chē)拇艌?chǎng)是均勻的、磁力線分布相對(duì)電弧軸線是對(duì)稱(chēng)的，則電弧保持軸向?qū)ΨQ(chēng)。如果磁力線分布的均勻性受到破壞，電弧中的電荷受力不均勻，就會(huì)使電弧偏向一側(cè)，稱(chēng)作。磁偏吹總是表現(xiàn)為電磁力把電弧從磁力線密集的一側(cè)推向磁力線稀疏的一側(cè)。 Arc deflection during gas metal arc welding in a magnetic f

56、ield.來(lái)源: www.csiro.au/csiro/content/standard/ps1cn,.htmlC o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n磁偏吹影響因素電弧處于工件端部時(shí)產(chǎn)生的磁偏吹 導(dǎo)線接線位置引起的磁偏吹 電弧附近的鐵磁性物質(zhì)引起的磁偏吹 C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p :

57、/ / w e l d . h i t . e d u . c n磁偏吹改善措施： 采用較短弧長(zhǎng)進(jìn)行焊接，電弧越短磁偏吹越?。?對(duì)工件采取分布式接地的辦法，比如兩側(cè)接地或多點(diǎn)接地； 操作中調(diào)整焊槍或焊條角度； 避免鐵磁性物質(zhì)的影響； 考慮使用脈沖焊或高頻電弧焊； 考慮使用交流焊接等。 C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n控制=電弧穩(wěn)定器利用=磁控旋轉(zhuǎn)電弧 Controlling Heat Distributi

58、on Minimizing Undercuts Reducing Porosity Improving Penetration Stirring the Weld Puddle to Refine Grain Structure Enabling Exceptional Welds of Difficult Joints Source: www.ap- ARC STABILIZER C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u

59、. c n十、直流電弧與交流電弧十、直流電弧與交流電弧直流電弧是指電弧（電極）極性不發(fā)生變化的電弧，其最大特點(diǎn)是穩(wěn)定性好，根據(jù)電流形式的不同，可以有恒定電流下的直流電弧和變動(dòng)電流下的直流電弧。變動(dòng)電流下的直流電弧是指焊接電流隨時(shí)間以某種規(guī)律變化著，包括低頻脈沖電弧、中等頻率脈沖電弧、高頻脈沖電弧等。C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L a b o f We l d i n g , H I T h t t p : / / w e l d . h i t . e d u . c n交流電弧是指電?。姌O）極性隨時(shí)間交替變化的電弧，也就是焊接電流方向按照一定

60、的時(shí)間間隔變化。交流電弧產(chǎn)生極性轉(zhuǎn)換時(shí)，都存在電流過(guò)零問(wèn)題，此時(shí)電弧瞬時(shí)熄滅，造成電弧不穩(wěn)定。因此，焊接應(yīng)用中需要對(duì)交流電弧采取穩(wěn)弧或再引燃措施。常用工頻方波和正弦波交流。當(dāng)電弧兩個(gè)電極材料不同時(shí)，由于電子發(fā)射能力的不同，電弧兩種極性狀態(tài)時(shí)將流過(guò)不同的電流值，即正負(fù)半波電流不同的情況，正負(fù)半波電流的差值稱(chēng)作直流分量，主要出現(xiàn)在使用普通交流焊機(jī)TIG焊接時(shí)，其中以鋁合金焊接最為突出。直流分量對(duì)焊機(jī)變壓器有不良影響。在鋁合金焊接中，可使用特殊的交流電源，正半波加熱，負(fù)半波清理氧化膜保護(hù)陰極，正負(fù)半波不對(duì)稱(chēng)。變極性概念。C o p y r i g h t o f S t a t e k e y L