1電弧焊基礎(chǔ)知識(shí)

本文格式為Word版，下載可任意編輯——1電弧焊基礎(chǔ)知識(shí)電?。菏且环N氣體放電現(xiàn)象，是指兩電極存在電位差時(shí)，電荷通過兩電極之間的氣體空間的一種導(dǎo)電現(xiàn)象。

電弧極性：直流焊接時(shí)電弧的兩極與電源的連接方式稱為電弧的極性。焊接電弧的導(dǎo)電特性:電弧的伏安特性

電弧放電：電流最大、電壓最低、溫度最高、發(fā)光最強(qiáng)

電弧放電區(qū)伏安特性：1、電弧的靜特性曲線2、電弧成負(fù)阻特性3、電弧成平特性4、電弧成上升特性

2.帶電粒子的產(chǎn)生：氣體電離、電極發(fā)射電子、形成負(fù)離子（1）氣體電離：

電離：中性氣體分子或原子分開成電子和正離子的現(xiàn)象。

電離電壓：電離能用電壓來表示，電離電壓低說明氣體的電離比較簡(jiǎn)單，電弧比較穩(wěn)定。氣體電離的形式:

1、熱電離：是弧柱區(qū)產(chǎn)生帶電粒子的主要途徑。

2、電場(chǎng)作用下的電離：陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)的電場(chǎng)強(qiáng)度十分高，高達(dá)105~107V/cm，氣體電離以電場(chǎng)作用下的電離為主。

3、光電離：次要途徑。4、碰撞電離（2）電子發(fā)射

電子發(fā)射：電極表面受到外加能量的作用，使其內(nèi)部的電子沖破電極表面的束縛飛到電弧空間的現(xiàn)象稱為電子發(fā)射。

逸出功：使一個(gè)電子從金屬表面飛出所需的能量稱為逸出功。尋常用逸出電壓表示。有氧化物時(shí)逸出功比較低，所以電子簡(jiǎn)單從氧化膜出逸出，形成陰極斑點(diǎn)。陰極斑點(diǎn)：陰極表面經(jīng)?？梢钥吹桨l(fā)出閃爍的區(qū)域，這個(gè)區(qū)域稱為陰極斑點(diǎn)。電子發(fā)射最集中的區(qū)域、電流最集中流過的區(qū)域熱陰極：斑點(diǎn)固定WC

冷陰極：斑點(diǎn)不規(guī)則移動(dòng)CuFeAl

在焊有色金屬及其合金時(shí)常用到電弧的陰極清理作用，就是源于陰極斑點(diǎn)的特性。電子發(fā)射機(jī)制分類：熱發(fā)射、電場(chǎng)發(fā)射、光發(fā)射、粒子碰撞發(fā)射實(shí)際焊接中往往是多種電子發(fā)射機(jī)構(gòu)共同完成電子發(fā)射的任務(wù)。（3）熱發(fā)射：

金屬表面受熱的作用，內(nèi)部的自由電子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，當(dāng)自由電子的動(dòng)能大于逸出功時(shí)，電子飛出金屬表面參與電弧，參與電弧的導(dǎo)電過程。（對(duì)電極有冷卻作用）

熱發(fā)射強(qiáng)弱受到陰極材料沸點(diǎn)的影響，沸點(diǎn)高的鎢或碳做陰極時(shí)，電極可以被加熱到比較高的溫度，通過熱發(fā)射可以提供足夠多的電子。（4）電場(chǎng)發(fā)射：

當(dāng)金屬表面存在一定強(qiáng)度的正電場(chǎng)時(shí)，金屬內(nèi)部的電子會(huì)受到電場(chǎng)力的作用，假使電場(chǎng)力足夠大，電子飛出金屬表面，這種現(xiàn)象稱為電場(chǎng)發(fā)射。冷陰極主要是這種發(fā)射電子的機(jī)理

（5）光發(fā)射：金屬表面受光能照射，使內(nèi)部的自由電子沖破表面約束而產(chǎn)生的電子發(fā)射稱為光發(fā)射。（6）粒子碰撞發(fā)射：焊接電弧中正離子撞擊陰極表面，將其動(dòng)能傳給陰極內(nèi)部的電子，使其逸出金屬表面的發(fā)射過程稱為碰撞發(fā)射。

熱陰極：當(dāng)使用沸點(diǎn)高的材料W或C作電極時(shí)，陰極區(qū)的帶電粒子主要靠熱發(fā)射提供，這種陰極稱為熱陰極。

冷陰極：鋼、銅、鋁、鎂等材料作陰極時(shí)，由于它們沸點(diǎn)很低，電極加熱溫度受沸點(diǎn)的限制不可能很高，熱發(fā)射不能提供足夠的帶電粒子，此時(shí)電場(chǎng)發(fā)射起主要作用，這種電極稱為冷陰極。

負(fù)離子形成主要是由中性氣體粒子（原子或分子）吸附一個(gè)電子形成的，負(fù)離子所帶電量與電子一致，但是質(zhì)量大，不能有效參與電弧導(dǎo)電過程造成電弧不穩(wěn)。不希望電弧中存在大量的負(fù)離子

大多數(shù)粒子親和能比較小，不易形成負(fù)離子

F、Cl、O2、OH、NO等離子親和能比較大，易于形成負(fù)離子。焊接電弧由陰極區(qū)、陽(yáng)極區(qū)、弧柱區(qū)構(gòu)成。Ua=UA+UC+UK

弧柱區(qū)長(zhǎng)度為電弧長(zhǎng)度。分子、原子將產(chǎn)生熱電離，形成等離子體?；≈鶇^(qū)呈電中性。帶電的粒子在等離子體中定向移動(dòng)，基本上不受空間電場(chǎng)的作用，所以能夠在低電壓條件下，傳輸大電流。傳輸電流的主要帶電粒子是電子，大約占帶電粒子總數(shù)的99.9%，其余為正離子。

陰極區(qū)電子之源：向弧柱提供99.9%的電子。陰極發(fā)射電子的能力，對(duì)電弧穩(wěn)定性影響極大。陽(yáng)極區(qū)接受電子，提供0.1%的正離子

電弧的靜特性

在A區(qū)：電流較小，電弧熱量較低，電離度低，電弧的導(dǎo)電性較差，需要有較高的電場(chǎng)推動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)；電弧陰極區(qū)，由于電極溫度低，電子提供能力較差，不能實(shí)現(xiàn)大量的電子發(fā)射，會(huì)形成比較強(qiáng)的陰極電壓降。所以電流越小電壓越高。

弧柱區(qū)在小電流范圍內(nèi)電流密度基本不變，弧柱截面隨電流的增加按比例增加，但弧柱周長(zhǎng)增加的少，產(chǎn)熱多，散熱少，電弧溫度提高，電離程度提高，電弧電場(chǎng)強(qiáng)度降低，弧壓降低，所以電弧成負(fù)阻特性。TIG焊小電流成負(fù)阻特性。平特性

在B區(qū)：電流稍大，電極溫度提高，陰極熱發(fā)射能力加強(qiáng)，陰極電壓降低；陽(yáng)極蒸發(fā)加劇，陽(yáng)極電壓降低。也就是說電弧中產(chǎn)生和運(yùn)動(dòng)等量的電荷不需要更強(qiáng)的電場(chǎng)。

對(duì)于弧柱區(qū)，電弧等離子氣流加強(qiáng)，除電弧表面積增加造成的熱損失外，等離子氣流的滾動(dòng)對(duì)電弧產(chǎn)生附加的冷卻作用，因此在一定的電弧區(qū)間內(nèi)，電弧電壓自動(dòng)的維持一定的數(shù)值，保證產(chǎn)熱和散熱的平衡。成平特性。

一般埋弧焊、手工焊、大電流TIG焊等都工作在平特性段。上升特性

在C區(qū)：電流更大時(shí)，金屬蒸汽的發(fā)射及等離子流的冷卻作用進(jìn)一步加強(qiáng)，同時(shí)由于電磁力的作用，電弧截面不能成比例增加電弧的電導(dǎo)率減小，要保證較大的電流通過相對(duì)比較小的截面，需要更高的電場(chǎng)。MIG焊的電弧一般工作在上升段。焊接電弧的能量特性：

弧柱區(qū)的能量特性：一般電弧焊中，弧柱的熱量?jī)H有少部分通過輻射傳給了焊絲或工件，而是通過弧柱散熱損失了；等離子弧焊接中焊絲或工件的加熱熔化主要靠弧柱的熱量。弧柱區(qū)能夠產(chǎn)生的能量主要是弧柱中正離子和電子的動(dòng)能。

陰極區(qū)產(chǎn)生的能量可以直接用來加熱焊絲和工件。陽(yáng)極區(qū)產(chǎn)生的能量也可以直接用來加熱焊絲和工件。焊接電弧的電磁特性：

磁收縮力：相互吸引力，大小與流過的電流大小成正比，與兩根導(dǎo)線之間的距離成反比，導(dǎo)體斷面有收縮的傾向。

電磁收縮力浮現(xiàn)上大下小的狀態(tài)，軸向?qū)a(chǎn)生壓力差，從而產(chǎn)生一個(gè)由電極指向工件的推力，這就是電磁靜壓力。

等離子流力（電磁動(dòng)壓力）電弧靜壓力作用高溫氣體推向焊件電極上方氣體補(bǔ)充新進(jìn)入氣體電離

斑點(diǎn)力：斑點(diǎn)受到帶電粒子的撞擊，或金屬蒸汽的反作用而對(duì)斑點(diǎn)產(chǎn)生的壓力，稱為斑點(diǎn)力，或斑點(diǎn)壓力。

陰極斑點(diǎn)力大于陽(yáng)極斑點(diǎn)力

電弧與磁場(chǎng)的作用-電弧的剛直性（挺直性、挺度）：電弧抗?fàn)幫饨绺蓴_，力求保持焊接電流沿電極軸向滾動(dòng)的性能。

電磁力是產(chǎn)生電弧剛直性的主要原因。

磁偏吹：電弧在外加磁場(chǎng)的作用下偏離焊絲或焊條的軸線方向的現(xiàn)象稱為磁偏吹。

磁偏吹可以造成電弧熄滅、熔滴過渡不規(guī)則、焊縫成形不良、引起未焊透、夾渣等缺陷。磁偏吹產(chǎn)生原因：導(dǎo)線連接位置；電弧附近電磁鐵；磁性回路；焊接位置；

異種金屬焊接時(shí)磁特性不同。減少磁偏吹的措施：

可能時(shí)采用交流電源代替直流電源；盡量采用短弧進(jìn)行焊接；

對(duì)于長(zhǎng)和大的工件采用兩端接地的方法；假使工件有剩磁，焊接前應(yīng)消除；避免周邊鐵磁性物質(zhì)的影響；用厚藥皮焊條代替薄藥皮焊條。

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、剩磁引起的磁偏吹

焊絲的作用有兩個(gè)：電極導(dǎo)電、填充金屬（熔化和過渡的特性會(huì)對(duì)焊縫的質(zhì)量產(chǎn)生影響）

焊絲熔化的熱量來源

熔化極（陰極或陽(yáng)極）電弧焊：陰極區(qū)產(chǎn)生的電弧熱、焊絲伸出長(zhǎng)度上的電阻熱、陽(yáng)極區(qū)產(chǎn)生的電弧熱、焊絲伸出長(zhǎng)度上的電阻熱、

另外弧柱區(qū)的熱量作用比較小非熔化極電弧焊：弧柱區(qū)產(chǎn)熱熔化焊絲電弧熱

陽(yáng)極區(qū)：PA?I(UA?UW?UT)?IUW陰極區(qū)：PK?I(UA?UW?UT)?I(UK?UW)UK陰極壓降、UA陽(yáng)極壓降、UW逸出電壓、UT弧柱溫度等效電壓

焊絲接負(fù)時(shí)：焊絲加熱與熔化取決于(UK?UW)。好多因素影響陰極電子發(fā)射，即影響的UK大小。如電流、溫度、材料等。

焊絲接正時(shí)：主要取決于材料逸出功和電流的大小。當(dāng)電流一定時(shí)，由于逸出功為常數(shù)，此時(shí)，焊絲熔化系數(shù)為定值。

熔化極氣體保護(hù)焊時(shí)，UK>>UW，Pk>PA

所以，同種材料，在一致的電流的作用下，焊絲作為陰極的產(chǎn)熱將比焊絲作為陽(yáng)極時(shí)產(chǎn)熱多。由于散熱條件相近，所以焊絲接負(fù)時(shí)比焊絲接正時(shí)熔化快。

影響產(chǎn)熱的因素：焊絲材料、有無(wú)氧化膜、焊絲熔點(diǎn)、焊絲直徑、焊絲伸出長(zhǎng)度、焊絲電阻率

影響焊絲熔化速度vm（kg/h）的因素熔化系數(shù)?m(g/A`1·h`1)電流：電流↑→熔化速度↑

電壓：較長(zhǎng)弧長(zhǎng)范圍內(nèi)，電壓變化不影響焊絲的熔化較短弧長(zhǎng)范圍內(nèi)，電壓↓→熔化系數(shù)↑自調(diào)理作用更短弧長(zhǎng)范圍內(nèi)，電壓↓→熔化系數(shù)↓電流極性：焊絲為陰極時(shí)，熔化速度大，

氣體介質(zhì)：反接時(shí)介質(zhì)的影響不大，正接時(shí)介質(zhì)的影響比較繁雜，無(wú)明顯規(guī)律伸出長(zhǎng)度：Ls↑→熔化速度↑

焊絲直徑：d↑→熔化速度↓，電流和熔化速度關(guān)系直線的斜率越小熔滴上的作用力1.重力及表面張力2.電弧力3.爆破力

電弧對(duì)熔滴和熔池的機(jī)械作用力包括：電磁收縮力、等離子流力、斑點(diǎn)力、

電弧力只有在焊接電流較大的時(shí)候，才對(duì)熔滴過渡起主要作用；電流小時(shí)，重力表面張力起主要作用。1、電磁力2、等離子流力3、斑點(diǎn)力熔滴過渡分類：

顆粒過渡：電弧電壓高，電流小。粗滴過渡、細(xì)滴過渡、排斥過渡。

粗滴過渡：高弧壓，小電流；重力戰(zhàn)勝表面張力作用；電弧穩(wěn)定性和焊縫質(zhì)量都比較差。高電壓小電流MIG焊。

排斥過渡：弧根??；電流較大，斑點(diǎn)壓力大；直流正接時(shí)，斑點(diǎn)壓力很大，CO2、MIG都有明顯的大顆粒排斥過渡

高電壓較大電流CO2氣體保護(hù)焊；

細(xì)滴過渡：高弧壓，更大電流；電流比較大，電磁收縮力增大，表面張力減??；

熔滴存在的時(shí)間短，熔滴細(xì)化，過渡頻率增加；電弧穩(wěn)定性比較高，飛濺少，焊縫質(zhì)量高；CO2細(xì)絲較大電流噴射過渡

富氬或氬氣保護(hù)焊，可分為：射滴過渡、射流過渡、旋轉(zhuǎn)射流過渡、亞射流過渡射滴過渡：斑點(diǎn)力和重力促進(jìn)熔滴過渡；表面張力阻礙熔滴過渡；

飛濺小，成型好；電流有臨界值，且電流區(qū)間窄，難調(diào)；電弧成鐘罩型。射流過渡：鋼焊絲MIG焊中，電流必需達(dá)到一定的臨界值（產(chǎn)生跳弧的最小電流）。

接觸過渡:焊絲（或焊條）端部的熔滴與熔池表面通過接觸而過渡的方式?？煞譃椋憾搪愤^渡、搭橋過渡

短路過渡：焊絲導(dǎo)電，小滴；磁收縮力大于表面張力搭橋過渡：焊絲不導(dǎo)電，大滴；電磁收縮力小于表面張力

熔滴過渡的控制

目的：改善過渡品質(zhì)、提高焊接質(zhì)量。

常用技術(shù)：脈沖電流控制法、脈動(dòng)送絲控制法、射流－短路過渡控制法、波形控制法、脈動(dòng)送絲－電流波形控制結(jié)合

脈沖電流控制法：熔化極氬弧焊

①一個(gè)脈沖一個(gè)熔滴、②一個(gè)脈沖多個(gè)熔滴、③多脈沖一個(gè)熔滴波形控制法：CO2氣體焊

熔池及焊縫的形成：在電弧熱及電阻熱的作用下，焊絲與母材被熔化，在電弧力、重力、表面張力作用

下，在焊件上形成一個(gè)具有一定形狀和尺寸的液態(tài)熔池。隨著熔熱源的移動(dòng)熔