第二章焊接電弧及其電特性

焊接電弧的實質：氣體放電2.1焊接電弧及其引燃圖2-1電弧放電示意圖產生氣體放電的方式：

氣體電離

電子發射1編輯ppt電極的電子發射（1）熱發射（2）電場發射（3）光發射（4）粒子碰撞發射氣體的不斷電離與電極不斷的電子發射是形成電弧的前提條件2.1.1氣體的電離與電子發射氣體的電離：（1）熱電離（2）場致電離（3）光電離2.1.2焊接電弧的引燃

接觸引弧

非接觸引弧2編輯ppt接觸引弧圖2-2電弧引燃過程示意圖a)接觸b)拉開c)燃弧接觸電阻熱金屬熔化、蒸發熱發射熱電離場致發射電弧引燃拉開1e-4cm(數量級)以上溫度光、熱電離弧焊電源電能電弧燃燒電能3編輯ppt非接觸引弧a)b)圖2-3非接觸引弧的電壓波形a)高頻高壓引弧電壓波形b)高壓脈沖引弧波形場致發射電弧引燃不接觸、高電壓拉開1e-4cm(數量級)以上弧焊電源電能電弧燃燒電能4編輯ppt2.2焊接電弧的結構和伏安特性其中，UC——弧柱壓降，單位為V；If——電弧電流，單位為A；RC——弧柱電阻，單位為Ω；lc——弧柱長度，單位為mm；SC

——弧柱截面積，單位為mm2；γC——弧柱的電導率，單位為S?mm/mm2；JC——弧柱的電流密度，單位為A/mm2；2.2.1焊接電弧的結構與電弧電壓焊接電弧最小電壓原理

-------能耗最小的趨勢圖2-4電弧結構及壓降分布長度和壓降基本固定

5編輯ppt2.2.2焊接電弧的靜特性

一定長度的電弧在穩定狀態下，電弧電壓Uf與電弧電流If之間的關系，稱為焊接電弧的靜態伏安特性，簡稱伏安特性或靜特性。可用下式表示：焊接電弧靜特性曲線形狀分析-------U形曲線圖2-5金屬電阻的伏安特性曲線圖2-6電弧的靜特性曲線圖2-7電弧各區域壓降與電流的關系6編輯ppt對于不同的焊接方法，在其正常使用范圍內，并不包括電弧“U”形靜特性曲線的所有部分。

手工電弧焊、埋弧焊等焊接電弧基本工作在電弧靜特性的水平段。

TIG焊、微束等離子弧焊、等離子弧焊的焊接電弧也基本工作在電弧靜特性的水平段

熔化極氣體保護焊（氬弧焊和CO2焊等）和水下焊接等焊接電弧基本上工作在電弧靜特性的上升段。

焊接電弧靜特性曲線的影響因素

電弧長度的影響電極直徑的影響電極直徑改變時，主要影響SK和SC的變化。易產生錯誤認識之處CO2/MIG/MAG焊在上升段埋弧焊在水平段CO2/MIG/MAG焊的焊接電流大于埋弧焊嗎？7編輯pptCO2/MIG/MAG焊在上升段埋弧焊在水平段不同的焊接電弧有不同的電弧靜特性曲線在U-I坐標上的上下左右位置不同8編輯ppt2.2.3焊接電弧的動特性一定弧長的電弧，當電弧電流以很快速度連續變化時，電弧電壓瞬時值與電流瞬時值之間的關系稱為電弧動態伏安特性，簡稱為電弧動特性。可用下列函數表示：圖2-9交流電弧的電壓—電流波形與動特性曲線a)電壓—電流波形b)動特性曲線XXYYZZ單向電流電弧呢？9編輯ppt2.3焊接電弧負載的特點焊接電弧是非線性負載焊接電弧負載變化大，有的頻繁地短路與開路焊接電弧負載特性不僅與電弧的電流特性有關，而且與焊接方法、電弧的狀態、電弧周圍的介質以及電極材料等有關直流電弧、交流電弧和脈沖電弧；

自由電弧和壓縮電弧；

熔化極電弧和非熔化極電弧；2.3.1交流電弧圖2-11電阻性電路交流電弧電壓電流波形圖2-12電感性電路交流電弧電壓電流波形10編輯ppt通過研究表明，采用工頻正弦波交流電弧焊接，為使電弧電流連續，應滿足下列條件：（2-5）式中U0——弧焊電源的空載電壓，單位為V；Uf——交流電弧電壓（交流電壓的有效值），單位為V；Ur——再引弧電壓，單位為V。對于手工焊條的交流電弧焊，m=1.3~1.5。提高交流電弧穩定性的措施：（1）提高弧焊電源頻率（2）提高電源的空載電壓（3）改善電弧電流的波形（矩形波）（4）疊加高壓電11編輯ppt2.3.2脈沖電弧圖2-13直流矩形波脈沖電弧電流波形由維持電弧和脈沖電弧兩部分組成。也可看作直流分量+交流分量維持電弧（或稱基本電弧）主要保證電弧的連續燃燒，脈沖電弧主要用于加熱熔化工件和焊絲，并使熔滴從焊絲脫落和向工件過渡。為了滿足焊接電弧的穩定及焊接工藝的需要，在脈沖峰值和脈沖基值時往往需要采用不同的弧焊電源外特性。12編輯ppt2.3.3非熔化極焊接電弧非熔化極電弧焊接，通常都采用惰性氣體（如氬氣、氦氣等）保護，電極本身在焊接過程中不熔化，沒有金屬熔滴過渡。由于沒有熔滴過渡和飛濺問題，只要求能夠維持電弧穩定燃燒即可。弧長和弧壓波動很少，穩定焊接電流是關鍵，常采用恒流外特性的電源。2.3.4熔化極焊接電弧熔化極電弧焊是指在焊接電弧燃燒過程中，作為電弧一極的焊絲（條）不斷熔化并過渡到焊接熔池中去的焊接方法。與非熔化極電弧相比，由于存在電極熔化，弧長和弧壓都會發生波動。因此要保證電弧穩定，弧焊電源外特性要和送絲系統相匹配。熔化極焊接電弧是一個變化極快的動負載，熔滴短路