§6—2焊接电弧的构造及静特性
一焊接电弧的构造及温度
焊接电弧的构造可划分三个区域：阴极区，阳极区，弧株。
电弧焊是利电弧的热能来达到连接金属的目的，电弧的热能是由上述各个区域的电过程作用下产生的，由于各个区域的电过程特点不同，因此各区域所放出的能量及温度的分布也是不相同的。
1阴极区
电弧紧靠负电极的区域称为阴极区。
阴极区很窄，约为10～10cm。在阴极区的阴极表面有一个明显的光的斑点，它是电弧放电时，负电极表面上集中发射的微小区域，称为阴极斑点。
阴极区的温度一般达到2130～3230℃，放出的热量占36%左右》阴极温度的高低主要取决于阴极的电极材料而且阴极的温度一般都低于阴极金属材料的沸点。（见图表）
此外，如果增加电极中的电流密度，那么阴极区的温度也可相应提高。
阴极区和阳极去的温度
电极材料材料沸腾℃阴极区温度℃阳极区温度℃
碳4367 3227 3827
铁2998 2130 2330
铜2307 1927 2177
2900 2097 2177
钨5927 2727 3927
注（1）电弧中气体介质为空气。（2）阴极和阳极为同种材料
2阳极区
电弧紧靠正极的区域称为阳极区。阳极区较阴极区宽，越为10～10cm在阳极区的阳极表面也有光亮的斑点，它是电弧放电时，正电极表面上集中的接收电子的位区域，称为阳极斑点。
阳极不发射电子，消耗能量少，因此在阴极材料相同时，阳极去的温度略高于阴极。阳极区的温度一般达2330～3930℃放出热量占43%左右，一般手工电弧焊时，阳极的温度比阴极的温度高些。
3弧柱
电弧阴极区和阳极区的部分称为弧柱。由于阴极区和阳极区都很窄，因此弧柱的长度基本上等于电弧长度。弧柱中所进行的电过程较复杂，而且它的温度不受材料沸点的限制，因此弧柱中心温度可达到5730～7730℃放出的热量占21%左右（手工电弧焊）。弧柱的温度与弧柱中气体介质和焊接电流大小等因素有关；焊接电流越大，弧柱中电离程度也越大，弧柱温度也越高。（图1）
以上是直流电弧的热量和温度分布情况，而交流电弧由于电源的极性是周期性地改变的（50HZ）所以两个电极区的温度趋于一致（近似于他们的平均值）。
4电弧电压
电弧两端（两电极）之间的电压降称为电弧电压。当弧长一定时，电弧电压分布如图2所示
电弧电压用下失表示：
U弧=U阴+U阳+U柱=U阴+U阳+BL弧
式中
U弧——电弧电压，V；
U阴——阴极压降，V；
U阳——阳极压降，V；
U柱——弧柱压降，V；
B——单位长度的弧柱压降，一般为20～40V/cm
L弧——电弧长度cm
二电弧的静特性
在电极材料，气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流与电弧电压变化的关系称为电弧静特性。一般也称伏一特性。
表示它们关系的曲线叫做电弧的静特性曲线。图3所示。
1电弧静特性曲线
电弧静特性曲线U形（图3）它有三个不同的区域，当电流较小时（ab区）区，电弧静特性是属下降特性区，即随着电流增加电压减小，当电流稍大时（bc区）电弧静特性属平特性区，即电流大小变化，而电压几乎不变，当电流较大时（cd区）电弧静特性属上升特性区，电压随着电流的增加而升高。
2焊接方法不同时的电弧静特性曲线
不同的电弧焊接方法，在一定的条件下，其静特性只是曲线的某一区域。
（1）手工电弧焊：手弧焊时，由于使用电流受到限制（手弧焊设备的额定电流值不大于500A）故其静特性曲线无上升特性区。
（2）埋弧自动焊—在正常电流密度下焊接时，其静特性为平特性区，采用大电流密度焊接时，其静特性区为上升特性区。
（3）钨极氩弧焊—一般在小电流区间焊接时，其静特性为下降特性区，在大电流区间焊接时，静特性为平特性区。
（4）细死熔化极气体保护焊—由于电流密度较大，所以其静特性曲线为上升特性区。
在一般的情况下，电弧电压总是和电弧长度成正比地变化，当电弧长度增加时，电弧电压升高，其静特性曲线的位置也随着曲线的位置也随之上升。
图4：不同电弧长度的电弧静特性曲线。
§6—2焊接电弧的构造及静特性 一焊接电弧的构造及温度 焊接电弧的构造可划分三个区域：阴极区，阳极区，弧株。 电弧焊是利电弧的热能来达到连接金属的目的，电弧的热能是由上述各个区域的电过程作用下产生的，由于各个区域的电过程特点不同，因此各区域所放出的能量及温度的分布也是不相同的。 1阴极区 电弧紧靠负电极的区域称为阴极区。 阴极区很窄，约为10～10cm。在阴极区的阴极表面有一个明显的光的斑点，它是电弧放电时，负电极表面上集中发射的微小区域，称为阴极斑点。 阴极区的温度一般达到2130～3230℃，放出的热量占36%左右》阴极温度的高低主要取决于阴极的电极材料而且阴极的温度一般都低于阴极金属材料的沸点。（见图表） 此外，如果增加电极中的电流密度，那么阴极区的温度也可相应提高。
阴极区和阳极去的温度 注（1）电弧中气体介质为空气。（2）阴极和阳极为同种材料 2阳极区 电弧紧靠正极的区域称为阳极区。阳极区较阴极区宽，越为10～10cm在阳极区的阳极表面也有光亮的斑点，它是电弧放电时，正电极表面上集中的接收电子的位区域，称为阳极斑点。 阳极不发射电子，消耗能量少，因此在阴极材料相同时，阳极去的温度略高于阴极。阳极区的温度一般达2330～3930℃放出热量占43%左右，一般手工电弧焊时，阳极的温度比阴极的温度高些。 3弧柱 电弧阴极区和阳极区的部分称为弧柱。由于阴极区和阳极区都很窄，因此弧柱的长度基本上等于电弧长度。弧柱中所进行的电过程较复杂，而且它的温度不受材料沸点的限制，因此弧柱中心温度可达到5730～7730℃放出的热量占21%左右（手工电弧焊）。弧柱的温度与弧柱中气体介质和焊接电流大小等因素有关；焊接电流越大，弧柱中电离程度也越大，弧柱温度也越高。（图1）
电弧的静特性： 在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时焊接电流和电弧电压变化的关系称为电弧的静特性。电弧静特性曲线呈U形，它有三个不同的区域（I、II、III）。当电流在I区较小时，电弧静特性属于下降特性区，随着电流的增加，电弧电压减小；当电流在II时，电弧特性属于水平特性区，当电流变化是而电弧电压几乎不变；当电流在III区内增大时，电弧特性属于上升特性区，电弧电压随电流的增大而升高。 不同的电弧焊接方法，其电弧在正常的使用范围内只工作于静特性曲线中的某一段或两段上。如焊条电弧焊的电弧主要工作于I和II区，当弧长变化时静特性曲线上下平移，弧长越长静特性曲线向上移动量越大，弧长过长时断弧。工作在II区的有埋弧焊、不熔化极气体保护焊和微束等离子弧焊等弧焊方法。工作在III区的有细丝熔化极气体保护焊、等离子弧焊和水下焊等弧焊方法。 焊条电弧焊的电弧对电源的要求： 电弧焊机是为电话提供电能的装置，为了保证电弧稳定工作的要求，弧焊电源在工艺性能和结构方面应该达到引弧容易；保证电弧稳定燃烧；保证焊接电流、电弧电压等工艺参数稳定；可以方便调节焊接工艺参数，以适应焊接不同性质和厚度不同的钢板；电源节能环保、质量轻、结构简单、制造成本低；安全可靠、工作性能良好、维修简单方便等。 为了达到以上要求弧焊电源应该具备以下性能。 弧焊电源具有下降的外特性曲线：在电弧稳定燃烧时，焊接电源输出稳定电流和电源输出稳定电压间的关系称为电源的外特性。电弧焊时，弧焊电源供电，电弧是电源用电的负载，电源与电弧构成完整的供电系统，为保证该系统的稳定性电源外特性曲线的形状和电弧静特性曲线的形状必须适当配合。 弧焊电源的外特性包括下降特性、平特性和上升特性。下降的外特性曲线是随着弧焊电源输出电流的增大，电源的输出电压下降。对于焊条电弧焊电源一般要求为陡降的外特性曲线。 电弧的静特性曲线与电源的外特性曲线的交点就是电弧燃烧的工作点，焊条电弧焊采用的下降特性曲线与电弧的静特性曲线交点有两点。 电弧电源具有适当的空载电压：外特性曲线上，焊接电流为0时的输出电压称为空载电压，它与电弧的引弧性能、电弧的稳定性有关。空载电压太低使引弧困难，电弧燃烧不稳定。过高则生产成本高，焊工的安全性差。 适当的短路电流:焊条电弧焊电弧的产生是通过电极与焊件进行短路后，提起焊条产生的，短路时电弧电压为0，如果短路电流过大，不但会因过载引起焊机过热以致烧坏，同时还会使焊条过热引起药皮脱落，液态金属飞溅增多；相反，短路电流太小，会使引弧和熔滴过渡发生困难。 弧焊电源能方便的调节焊接电流。焊条电弧焊接不同厚度的焊件，不同位置的焊缝，采用不同的焊条直径和适应不同的接头形式都是通过调节焊接电流来实现的。为此要求弧焊电源应该能在一定的范围内，对焊接电流灵活、均匀地进行调整。电流的调节是通过改变电源外特性来实现的。 弧焊电源具有良好的动态特性。为了适应电弧长短变化和经常短路的需要，要求弧焊电源供给的电压和电流能够随着负载的改变而迅速改变。所以动态品质是用来表示弧焊电源对负载瞬时变化的反应能力。它对电弧的燃烧稳定性、熔滴过渡、金属飞溅、焊缝成形等有
气体保护焊电弧特性 （一） 1.1 什么是焊接电弧? 电弧是一种气体放电现象，它能把电能有效而简便地转化为热能、机械能和光能。 定义：有焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间或电极与母材间，在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象称为焊接电弧。 1.2 焊接电弧的基本特点是什么？ 焊接电弧的基本特点为： 1）维持电弧稳定燃烧的电弧电压很低，只有10～50V。 2）在电弧中能通过很大电流，可从几安～几千安。 3）电弧具有很高的温度，弧柱温度是不均匀的，中心温度最高，可达到5000～30000K，而远离中心则温度降低。 4）电弧能发出很强的光。电弧的光辐射波长为（1.7～50）×10-7m。它包括红外线，可见光和紫外线3个部分。 1.3 电弧由哪几部分组成？其特点是什么？ 电弧是由3部分组成，即弧柱区、阴极区和阳极区，如图1所示。 1、弧柱区 弧柱区呈电中性，它是由分子、原子、受激的原子、正离子、负离子及电子所组成，其中带正电荷的离子与带负电荷的离子几乎相等，所以又称为等离子体。带电的粒子在等离子体定向移动，基本上不消耗能量，所以才能够在低电压条件下，传输大电流。传输电流的主要带电粒子是电子，大约占带电粒子总数的99.9%，其余为正离子。 因为阴极区和阳极区的长度极短，所以可以认为弧柱区长度为电弧长度。弧柱区的电场强度较低，通常只有5～10V/cm。
2、阴极区 阴极被认为是电子之源。它向弧柱提供99.9%的带电粒子（电子）。阴极发射电子的能力，对电弧稳定性影响极大。阴极区的长度为10-5～10-6cm，如果阴极压降为10V，则阴极区的电场强度为106～107V/cm。 3、阳极区 阳极区主要是接受电子，但还应向弧柱提供0.1%的带电粒子（正离子）。通常阳极区的长度为10-2～10-3cm，则阳极区的电场强度为103～104V/cm。由于阳极材料和焊接电流对阳极区压降影响很大，它可以在0～10V之间变化。例如当电流密度较大，阳极温度很高，使阳极材料发生蒸发时，阳极压降将降低，甚至到0V。 1.4 试述短路引弧法的原理及提高引弧成功率的方法。 熔化极气体保护电弧焊都是利用短路引弧法进行引弧，钨极氩弧焊大都采用非接触引弧法，但也有采用短路引弧法。下面以熔化极气体保护焊为例说明短路引弧法的原理。 熔化极气体保护电弧焊引弧时首先送进焊丝，并逐渐接近母材，如图2所示。一旦与母材接触，电源将提供较大的短路电流，利用在A点附近的焊丝爆断，进行引弧。如果在B点爆断，则引弧失败。所以在A点爆断是引弧成功的必要条件。 在A点还是在B点爆断主要是由于焊丝在该点附近产生电阻热的大小，也就是其接触电阻的大小。A、B两点的接触电阻如图3所示。B点为焊丝与导电嘴的接触处，其接触电阻R B 随时间变化很小，基本上不变。在A点却不同，A点为焊丝端头与母材的接触点。R A为接触电阻，在焊丝与母材接触瞬间R A为无穷大；随着短路电流的增加，A点迅速软化，使接触面积增加，于是R A急剧减小。可见，为确保引弧成功，希望短路电流增长速度di S/dt越大越好，R A衰减速度越慢越好。也就是在R A很大时，短路电流i S增加到较高的值，使得在A点发生爆断。
电弧焊基础知识 第一节焊接电弧 目的与要求：了解电弧的实质、获得的途径、电弧各区域及其导电机构的特点、能量与温度的分布规律；掌握电弧偏吹的概念及影响因素、解决措施。 一、焊接电弧的物理基础 （一）电弧及其电场强度分布 电弧的实质：气体放电（导电） 电弧的特点：低电压、大电流、温度高、亮度大 （二）电弧中带电粒子的产生 获得电弧的途径：气体电离+电子发射 1、电离的种类： 热电离场致电离光电离 电离能及其与引弧的关系 2、（阴极）电子发射 热发射场致发射光发射粒子碰撞发射 逸出功及其与引弧的关系 1、电离的种类： 热电离场致电离光电离 电离能及其与引弧的关系 2、（阴极）电子发射
热发射场致发射光发射粒子碰撞发射 逸出功及其与引弧的关系 二、焊接电弧的导电特性 电弧的三个区域：阴极区弧柱区阳极区 （一）弧柱区的导电特性 最小电压原理（难点，通过水珠的形状与能量的关系辅以解释说明） （二）阴极区的导电特性 1、热发射型 2、电场发射型阴极斑点 （三）阳极区的导电特 1、阳极斑点 2、阳极区导电形式 三、焊接电弧的工艺特性 电弧的工艺特性主要包括：热能特性、力学特性、电弧稳定性等。 （一）电弧的热能特性 1、电弧热的形成机构 电弧的弧柱、阴极区、阳极区的产热特性各不相同。 ⑴弧柱的产热 ⑵阴极区的产热特性 ⑶阳极区的产热特性
2、电弧的温度分布 ⑴轴向－两极区低弧柱区高 ⑵径向－中心高四周低 3、焊接电弧的热效率及能量密度 电弧产热的一部分热量会通过对流、传导、辐射等形式散失，所以会存在热效率问题。 能量密度分布：轴向－两极区大弧柱区小径向－中心大四周小 （二）、电弧的力学特性 1、电弧力类型及作用（重点） 电磁（收缩）力——使电弧获得刚直性，促进熔滴过渡 等离子流力——促进熔滴过渡 斑点（压）力——阴极＞阳极／阻碍熔滴过渡 电极材料蒸发的反作用力——阴极＞阳极／阻碍熔滴过渡 熔滴(droplet)冲击力——对熔池造成冲击 短路爆破力——短路时产生，导致飞溅 2、电弧力的主要影响因素 气体介质、焊接电流和电压、焊丝（条）直径、极性和电极端部形状等。 四、焊接电弧的稳定性 电弧稳定性的概念（P19） 影响电弧稳定性的因素：电源、外界因素、药皮（芯）（焊剂）、
焊接结构作业1 1. 简述焊接结构的特点（优势与不足）。 2. 简述构件焊接性的含义，哪些因素影响构件焊接性？ 3. 比较电弧焊（MIG ）与电阻焊（点焊）过程中产热机构、散热机构和热量传递方式方面 的差异。 4. 哪些因素会影响MIG 过程产热及散热？ 焊接结构作业2 1. 举例说明焊接结构过程中涉及到几种热量传递方式。 2. 比较交流TIG 焊与电阻焊的有效热功率的差异。 3. 什么是焊接热循环？描述焊接热循环的参数有哪些？ 4. 请在典型焊接热循环曲线上标出各热循环参数并解释其意义。 5. 比较长段多层焊与短段多层焊的特点和使用范围。 焊接结构作业3 1. 什么是内应力?有什么特点? 2. 内应力的分类（作用范围划分）、温度应力产生原因。 3. 什么是自由变形、内部变形、外观变形？之间有什么关系？ 4. 画出低碳钢的屈服极限随温度的变化曲线。 5. 简述长板条中心加热条件下的变形及应力产生分布情况。 6. 长板条中心加热—冷却后残余应力的产生机理（过程） 焊接结构作业4 1. 长板条一侧加热—冷却后，残余应力的产生及分布情况。 2. 长板条一侧加热时变形及应力的演变过程。 3. 以低碳钢平板条中心焊接为例说明焊接温度场与对应高温时的应力分布情况。 4. 说明受拘束体在热循环中应力与变形的演变过程。（以低碳钢为例）分三种情况 焊接结构作业5 1. 某种钢材（（T s=960MPa的杆两端完全拘束的条件下温升多少才屈服？（注： E=210GPa, -6 a =1.2 X 10 ）。
2. 某种钢材（（T s=300MPa的杆两端完全拘束，环境温度为30C，问在均匀的加热的
第二章 焊接材料的组成及作用 1、焊条的工艺性能包括哪些方面？焊条的工艺性能对焊条及焊接质量有什么意义？ 1）焊条的工艺性能包括： ①焊接电弧的稳定性 ②焊缝成形 ③各种位置焊接的适应性 ④飞溅⑤脱渣性 ⑥焊条溶化速度 ⑦焊条药皮发红 ⑧焊接烟尘 2) 焊条的工艺性能： 是指在焊接操作中的性能，是衡量焊接质量的重要指标之一，可以降低电弧气氛的电离电位，因而能提高电弧的稳定性;焊缝表面成形不仅影响美观，更重要的是影响焊接接头的力学性能如果熔渣的凝固温度过高，就会产生压铁水的现象，严重影响焊缝成形，甚至产生气孔，良好的焊条能适应全位置焊接脱渣性差的不仅造成清渣的困难，降低焊接生产率，而且在多层焊施工时，还往往产生夹渣的缺陷。 2、综合分析碱性焊条药皮中2CaF 的作用及对焊缝性能的影响。 它的主要作用是脱氧，在焊条药皮中加入2CaF 发生的焊接冶金反应生成HF 气体，HF 是比较稳定的气体，高温时不易发生分解，也不溶于液体金属中，而是与焊接烟尘一起挥发了，所以减低熔池金属中的H 含量，提高了焊缝金属的冲击韧性和抗裂性能。 3、配置22CaF TiO SiO CaO ---渣系焊条，经初步试验发现药皮套筒过长，电弧不稳，此时应该如何调整该焊条的药皮配方？ 药皮套筒过长，是因为药皮熔点过高，溶化速度过慢，则可以通过减少药皮中CaO ，而适当加入些3232N CO a CO K 或，电弧不稳是因为焊条药皮中含2CaF 生成HF 气体的缘故，可适当降低2CaF 含量。 4、试分析低氢型碱性焊条降低发尘量及毒性的主要途径。 低氢型碳钢焊条的焊接烟尘量高于钛钙型焊条，烟尘中危害最大的是KF ，NaF ，而钠钾主要存在于水玻璃中，故可用树脂来降低水玻璃的粘性作用。
1、试述电弧中带电粒子的产生方式：电弧中的带电粒子主要是指电子正离子和负离子，这些 带电粒子主要依靠电弧气体空间的电离和电极的电子发射两个物理过程所产生，同时伴随着解离、激励、扩散、复合、负离子的产生等一些其他过程。产生电弧的两个基本条件是有带电粒子和电极之间有一定的电场强度。产生方式有解离、电离（热电离电场作用电离光电离）激励（碰撞传递光辐射传递）电子发射（热发射电场发射光发射粒子碰撞发射）。 1、最小电压原理： 在给定电流和周围条件一定的情况下，电弧稳定燃烧时其导电区的半径或温度应使电弧电场强度具有最小的数值，就是说电弧具有保持最小能量消耗的特性。 2、什么是焊接静特性：是指稳定状态下（弧长一定，稳定的保护气流量和电极）焊接电弧的 焊接电流和电弧电压特性。 3、什么是焊接动特性，为什么交流电弧和直流变动的直流电弧的动特性呈回线特性？ 是指的那个电弧的长度一定，电弧电流发生连续快速变化时，电弧电压与焊接电流瞬时值之间的关系。它反映了电弧的导电性对电流变化的响应能力。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，因此表现出电弧电压有某种程度的增加；在电流下降过程中，由于电弧先前已处于较高温度状态，电弧等离子体的热惯性不能马上对电流降低做出反应，电弧中仍然有较多的游离带电粒子，电弧导电性仍然很强，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。 4、试述焊接电弧的产热机构以及焊接电流T分布：焊接电流是一个能量输出很强的导体，其 能量通过电弧转换，由于弧柱、阴极区、阳极区组成，因此焊接电弧总的能量来自这三个部分。（1）阴极区的产热本质是产生电子（消耗能量）、接收正离子的过程有能量变化，这些能量的平衡结果就是产热。产热产热量是PK=I*(UK-Uw-UT),作用是用于加热阴极。（2）阳极区的产热本质是接收电子、产生A、过程中伴随能量的转换。产热量是PA=I*(UA-UK-Tt),用于加热阳极。（3）弧柱的产热机构本质是A+、e在电场下被加速，使其动能增大表现为温度升高。产热量为Pc=Ia*Ua,I及Ua的因素。 弧柱温度较高，两电极温度较低，焊接电弧径向温度分布，中间高四周低，靠近电极电弧直径小的一端，电流和能量密度高，电弧温度也高。 5、焊接电弧能产生哪几种电弧力？说明他们的产生原因以及影响焊接电弧力的因素。 焊接电弧作用力包括电弧静压力（电磁收缩力）、等离子流力（电弧电磁动压力）、斑点力、爆破力、细熔滴的冲击力。电磁收缩力：这个力的形成是由于一个导体中的电流在另一个导体周围空间形成磁场，磁场间相互作用，使导体受到电磁力。等离子流力：连续不断的气流，到达工件表面时形成附加的一种压力形成等离子流力，等离子流力是高温粒子高速流动形成的。斑点力：当电极上形成斑点时，由于斑点上导电和导热的特点，在斑点上将产生斑点力。爆破力：熔滴短路电弧瞬时熄灭，因短路时电流很大，短路金属液柱中电流密度很高，在金属液柱内产生很大的电磁收缩力，使缩颈变细，电阻热使金属液柱小桥温度急剧升高，使液柱汽化爆断。细熔滴的冲击力：熔滴在等离子流作用下以很高的加速度冲向熔池产生的，受电磁力和等离子流力的作用。影响焊接电弧力的因素有电弧电流及电弧电压、焊丝直径、电极的极性、气体介质、电流的脉动、钨极端部几何形状。 7.试述影响焊接电弧稳定性的因素 焊接电源、焊接电流和电压、电流的种类和极性、焊剂和焊条药皮、磁偏吹、及铁锈、水、油污、风等其他因素 1、熔化极电弧焊中，焊丝熔化的热源有哪些？熔化极电弧焊中，焊丝的加热熔化主要靠阴极区(电流正接时)或阳极区（电流反接时）所产生的热量及焊丝自身的电阻热，弧柱区产生的热量对焊丝熔化居次要地位。热源主要包括焊丝的电弧热和电阻热。 2、影响焊丝融化速度因素有哪些？是如何影响的？ （1）焊接电流对熔化速度的影响。焊丝的电弧热与焊接电流成正比，电阻热与电流平方成正比，同一电流中，焊丝直径越细，伸出长度越长，熔化速度越快。 （2）电弧电压对熔化速度的影响。电弧电压较高时电弧电压基本上对焊丝熔化速度影响不大。电弧电压较低时，当电弧长度减小时，要熔化一定数量的焊丝所需要的电流减小，弧压变小，反而使焊丝熔化速度增加。 （3）焊丝直径对熔化速度的影响。电流一定时，焊丝直径越细，电流密度也越大，使焊丝熔化速度增大。
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-5-6-3-4，而cm10～10，阳极区的长度也只有cm10～10有． 弧柱区则占据电弧的主要长度。在电弧电压的分布上，阴，10-30V)～20v，弧柱区的压降(U为)极区的压降(U为10CK 2～3V。)而阳极区的压降(U为A
1-1 电弧压降分布图）电弧中温度及能量的分布：根据焊接电弧的结构2（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。
一.分析电弧调节系统静特性、调节原理、调节精度、调节灵敏度（调节效应）和使用范围。 答：熔化极自动电弧焊的自动调节系统分为两种：等速送丝电弧自身调节系统和电弧电压反馈调节系统。 1）、等速送丝自身调节系统 ①静特性 焊丝以设定速度v f恒速送入电弧，当弧长稳定燃烧时必有：v f = v m, v m—焊丝熔化速度，与焊接电流I a、电弧电压U a关系为： v m=k i I a – k u U a ，式中k i为熔化速度随电流变化的系数，k u为熔化速度随电压变化的系数。由上两式解得：I a = v f/ k i + （k u/ k i）U a。此式称为等速送丝熔化极电弧等熔化曲线或自身调节系统静特性方程。 ②调节原理 如果电弧变短，弧压降低，所需电流减小，但是实际电流并没有减小，所以熔化速度必然加快，电弧必然变长，弧压增大，电弧恢复原始状态。 ③调节精度 调节精度是指系统调节过程结束后，静特性误差的大小。 电弧受三种因素影响：送丝速度的瞬时波动（弧长变化）、焊枪与工件的相对高度变化（弧长变化）、电网电压波动。 送丝速度变化时，电弧靠自身熔化化速度可以调节，且调节后回到工作点。 焊枪与工件高度变化, 焊枪高度变化引起弧长变化调整结束后，焊丝伸出长度将发生变化，系统将有静态误差。误差的大小与电源外特性有关。如电弧突然遇到一个坑，焊枪相对高度变大时：焊丝伸出长度必然变长。 网络电压波动长弧焊将产生明显的电弧电压静态误差，短弧焊则产生明显电流静态误差。如果长弧焊采用缓降外特性电源，短弧焊采用陡降外特性电源，上诉误差都将减小。 ④灵敏度 调节灵敏度是指调节过程的速度，速度愈快。所需调节时间愈短，系统的调节效果愈好。 Δv m = k iΔI a - k uΔU a（短弧焊时）或Δv m = k iΔI a 可见k i 和ΔI a 是影响调节灵敏度的主要因素。 ⑤使用范围: 平电弧静特性配缓降外特性电源，然而平电弧静特性一半是埋弧焊和粗丝MIG 焊，实际上这些焊接方法中焊丝的直径大，电流密度比较低，电弧自身调节作用较弱，一般需采用电弧反馈调节。 上升静特性配微升外特性电源。虽然微升外特性电源的自身调节作用较强，但是会引起较大飞溅，一般不采用，所以上升静特性电弧一般配平特性电源，而且一般平特性电源都略有下降，约5－7V/100V。 2）、弧压反馈调节系统 ①静特性 该系统稳定工作时可得：U a = k U c′/（k+ k u）+ k i I a/( k+ k u), U c′为给定弧压，此式称为熔化极电弧焊电压反馈调节静特性方程。焊接条件一定时k、k i、k u为常数。
§1.2 焊接电弧特性 电弧特性是指电弧在导电行为方面表现出的一些特征，其中的电弧电特性与电弧热平衡、电弧稳定性等有很深的联系，是很重要的事项。 焊接电弧静特性 焊接电弧动特性 阴极斑点和阳极斑点 电弧的阴极清理作用 最小电压原理 电弧的挺直性与磁偏吹
1. 焊接电弧静特性 1）电弧静特性曲线变化特征（与金属电阻对应理解） 电弧的电流·电压特性 左图概念性示出稳定状态下焊接电弧的电流·电压特性，称作电弧静特性曲线。静特性曲线是在①某一电弧长度数值下，在②稳定的保护气流量和③电极条件下（还应包括其他稳定条件），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。 呈现3个区段的变化特点下降特性区（负阻特性区）平特性区上升特性区
3个特性区域的特点是由于电弧自身性质所确定的，主要和电弧自身形态、所处环境、电弧产热与散热平衡等有关 在小电流区：电弧电压随电流的增大而减小，呈现负阻特性。原因如下： 电流小时，电弧热量低，导电性差，需要较高的电场推导电荷运动； 电弧极区（特别是阴极区），温度低，提供电子能力差，会形成较强的极区电场； 电流增大：电弧中产生和运动等量的电荷不再需要更高的电场； 电弧自身性质具有保持热量动态平衡的能力 当电流稍大时：焊条金属将产生金属蒸气的发射和粒子流。 消耗能量，故E不用降低 当电流进一步增大时，金属蒸气的发射和等离子流的冷却作用进一步增强，同时由于电磁收缩力的作用，电弧断面不能随电流的增加而成比例的增加，电弧电压降升高，电弧静特性呈正特性。
埋弧焊电弧静特性曲线埋弧焊电弧的散热损失小，且电弧中基本没有GTA、GMA那样的等离子流存在，采用粗焊丝大电流，电弧特性呈下降趋势。 电弧特性反应了电弧的导电性能和变化特征，电弧种发生的许多现象都与静特性有关，也可以用于对比解释各种电弧焊方法的差别
焊接电弧特性 焊接电弧的电特性包括焊接电弧的静态伏安特性（静特性）和动态伏安特性（动特性）。 一、电弧静特性曲线 图1-1普通电阻静特性与电弧静特性曲线 1—普通电阻静特性曲线2—电弧静特性曲线 一定长度的电弧在稳定燃烧状态下，电弧电压与电弧电流之间的关系称为焊接电弧的静态伏安特性，简称伏安特性或静特性，也称为U曲线。 1）电弧静特性曲线。焊接电弧是焊接回路中的负载，它与普通电路中的普通电阻不同，普通电阻的电阻值是常数，电阻两端的电压与通过的电流成正比（U=IR），遵循欧姆定律，这种特性称为电阻静特性，为一条直线，如图1-1中的曲线1所示。 焊接电弧也相当于一个电阻性负载，但其电阻值不是常数。电弧两端的电压与通过的焊接电流不成正比关系，而呈U形曲线关系，如图1-1中的曲线2所示。 电弧静特性曲线分为三个不同的区域，当电流较小时（图1-1中的ab区），电弧静特性属下降特性区，即随着电流增加电压减小;当电流稍大时（图1-1中的bc区），电弧静特性属平特性区，即电流变化时，而电压几乎不变;当电流较大时（图1-1中的cd区），电弧静特性属上升特性区，电压随电流的增加而升高。 2）电弧静特性曲线的应用。由于不同的焊接方法，其焊接中所取的电流范围有限，因此对于特定焊接方法，根据其电流适用范围，其电弧静特性曲线只是整个U曲线的某一部分。 焊条电弧焊、埋弧焊一般工作在静特性的平特性区，即电弧电压只随弧长而变化，与焊接电流关系很小。 ◆焊条电弧焊、埋弧焊多半工作在静特性水平段。 ◆一般的钨极氩弧焊、等离子弧焊的焊接电弧也工作在水平段， ◆当电流很小时，如微束等离子弧焊、微束TIG焊工作在下降段 ◆细丝熔化极气体保护焊基本上工作在上升段。
手工电弧焊焊接工艺 本工艺适用于低碳钢和低合金高强度各种大型钢结构工程制造重要结构的焊接。 一、焊前准备 1 ?根据施焊结构钢材的强度等级，各种接头形式选择相等强度等级牌号和合适焊条直径。 2?当施工环境温度低于0°C,或钢材的碳当量大于0.41% 及结构刚性过大，构件较厚时应采用焊前预热措施，预热温度为80°C?100°C,预热范围为板厚的5倍，但不小于lOOmmo 3?工件厚度大于6 mm对接焊时，为确保焊透强度，在板材的对接边沿开切V形或X形坡口，坡口角度Q为60。，钝边p二mm，装配间隙b = 0~l mm,如图1。当板厚差24 mm时，应对较厚板材的对接边缘进行削斜处理，如图2。
4?焊条烘焙：酸性药皮类型焊条焊前烘焙150°CX2保温2 小时；碱性药皮类焊条焊前必须进行300?350°CX2烘 焙，并保温2小时才能使用。 5?焊前接头清洁要求，在坡口或焊接处两侧30 mm 范围内 影响焊缝质量的毛刺、油污、水、铁锈等脏物及氧化皮， 必须清除干净。 6?在板缝两端如余量小于50 mm 时，焊前两端应加引弧、 熄弧板，其规格不小于50X50 mm 。 二、焊接材料的选用 1.首先考虑母材强度等级与焊条等级相匹配和不同药皮类 型焊条的使用特性。 2?考虑物件的工作条件，凡承受动载荷、高应力或形状复 杂，刚性较大，应选用抗裂性能和冲击韧性号的低氢型焊 L 图2
3.在满足使用性能和操作性能的前提下，应适当选用规格大效率高的铁粉焊条，以提高焊接生产效率。 三、焊接规范 1 ?应根据板厚选择焊条直径，确定焊接电流，如表。 该电流为平焊位置焊接，立、横、仰焊时焊接电流应降低10~15%； >16 mm板厚焊接底层选"3.2 mni焊条，角焊焊接电流应比对接焊焊接电流稍大。 2?为使对接焊缝焊透，其底层焊接应选用比其他层焊接的焊条直径较小。 3?厚件焊接，应严格控制层间温度，各层焊缝不宜过宽，应考虑多道多层焊接。 4?对接焊缝正面焊接厚，反而使用碳气刨扣槽，并进行封底焊接。 四、焊接程序 1 ?焊接板缝：有纵横交叉的焊缝，应先焊端接缝后焊边接
第二章焊接电弧的基本知识第一节焊接电弧的产生和组成·基本常识 配合件—动、静、过渡机（构）件联接件—机械联接、粘接 焊接件—热熔、压力、电阻 ·概念：电弧——气体介质中的放电现象 特性——高温（可达60000C）和强光 用途——除焊接外，还可用于炼钢、切 割、气刨、照明等 电弧焊接——利用焊接电弧热量熔化 焊条（焊丝）和母材形成焊缝 ·产生原理 原子结构—由带正电的原子核和围绕原子 核运动的一层或多层电子层组 成。如氧原子： 电离—通过外界的激发能量，使电子脱离
原子核的束缚，成为自由电子（负 离子）和失去电子的原子核（正 离子） 产生电离的能量源 撞击电离—带电粒子撞击中性粒子 热电离—热运动粒子相互撞击 光电离—光子能产生电离 电场电离—强电场，大电位差电离过程—电离与复合过程同时存在。能量不 足，电离中止。 ·引弧 接触引弧—先接触，后拉开（一般3-4mm） 非接触引弧—有间隙，高电压击穿（高频 高压、高压脉冲） ·电弧组成
阴极区—10-6cm,32000C,发射电子，吸收阳 离子，产热38% 弧柱区—离子和中性粒子混合区，60000C, 产热20% 阳极区—10-4cm，39000C产热42%（图2-2） 第二节焊接电弧的分类和特性·分类 1.按电流种类分：交流电弧、直流电弧、 脉冲电弧 2.按电弧状态分：自由电弧、压缩电弧 3.按电极材料分：熔化极电弧、非熔化极 电弧 ·焊接电弧的静特性 U形特性由Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三段组成（图2-3） Ⅰ段下降特性—I↑、U↓（基本不用） Ⅱ段等压特性—I↑、U不变（其他焊接） Ⅲ段上升特性—I↑、U↑（熔化极气保焊）·焊接电弧的稳定性
电弧静特性 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。（又称伏-安特性） 静特性曲线 整个静特性曲线可分为下降段、水平段和上升段三部分。 下降段：在小电流区间，因为电弧电流较小，弧柱的电流密度基本不变，弧柱断面将随电流的增加而增加，若电流增加4倍，弧柱断面也增加4倍，而弧柱周长只增加2倍，使电弧向周围空间散失热量只增加2倍。减少了散热，提高了电弧温度和电离程度，因电流密度不变，必然使电弧电场强度下降。因此，在此区段内，随着电弧电流的增加，电弧电压下降。 水平段：当电流稍大时，焊丝金属将产生金属蒸汽的发射，要消耗电弧的能量。此时电弧的能量不仅有周边上的散热损失，而且还有金属蒸汽能量的消耗。这些能量消耗将随电流的增加而增加，因此在某一电流区间可以保持电场强度不变，即电弧电压不变，使本区段基本呈水平直线。 上升段：当电流进一步增大，金属蒸汽的发射作用进一步加强。同时因电磁收缩力的作用，电弧断面不能随电流的增加成比例的增加，电弧的电导率将减小，要保证一定的电流则要求较大的电场强度。所以在大电流区间，随着电流的增加，电弧电压升高，本区段呈上升曲线。钨极氩弧焊时，在小电流区间电弧静特性为下降段；焊条电弧焊、埋弧焊和大电流钨极氩弧焊时，因电流密度不太大，电弧静特性为水平段； CO2气体保护焊、熔化极氩弧焊，因电流密度较大，电弧静特性为上升段。 电弧静特性曲线的形状，决定了它对焊接电源的要求。
外特性是指在规定范围内，弧焊电源的稳态输出电流与输出电压的关系。弧焊电源与电弧构成供电、用电系统。为了保证焊接电弧稳定燃烧和焊接参数稳定，系统必须有一个稳定工作点，见图所示。工作点是电源外特性曲线(曲线1)与电弧静特性曲线(曲线2)的交点。图中电源外特性与电弧静特性相交于A0、A1。如果弧长偶尔由l增加到l1，则工作点将由A0、A,移到A'o、A'1，一旦弧长恢复到原来的长度l，原来在A'0点的电源电压高于电弧电压，因此焊接电流将增加，而电源电压将下降，一直恢复到A0点为止。在A'1点，当弧长恢复到原来弧长l后，电源电压高于电弧电压，焊接电流将增加，工作点不可能回到A1点 而是移到A0点。因此说A0点是稳定工作点，A1点是不稳定工作点。
实验七电弧静特性的测定 一、实验目的 1、掌握测定电弧静特性的方法及原理。 2、了解电弧静特性曲线的形状及意义。 3、了解弧长对电弧电压的影响。 4、认识直流弧焊机的构造及调节方法。 二、实验设备 ZX7－400逆变式直流弧焊机。 三、实验原理 1电弧静特性的概念 在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流与电弧电压变化的关系，称为焊接电弧的静态伏安特性，简称为电弧的静特性。 2电弧静特性曲线的组成及物理意义 整个静特性曲线可分为下降段、水平段和上升段由三部分组成。由图1所示。 下降段：在小电流区间，因为电弧电 流较小，弧柱的电流密度基本不变，弧柱 断面将随电流的增加而增加，若电流增加 4倍，弧柱断面也增加4倍，而孤柱周长 只增加2倍，使电弧向周围空间散失热量 只增加2倍。减少了散热，提高了电弧温 度和电离程度，因电流密度不变，必然使 电弧电场强度下降。因此，在此区段内， 随着电弧电流的增加，电弧电压下降。 结论：电弧电压在本区内随着电流的增加而下降。 水平段：当电流稍大时，焊丝金属将产生金属蒸汽的发射，要消耗电弧的能量。此时电弧的能量不仅有周边上的散热损失，而且还有金属蒸汽能量的消耗。这些能量消耗将随电流的增加而增加，因此在某一电流区间可以保持电场强度不变，即电弧电压不变，使本区段基本呈水平直线。 结论：电弧电压在本区内随着电流的增加而不变，即呈水平特性。 上升段：当电流进一步增大，金属蒸汽的发射作用进一步加强。同时因电磁收缩力的作用，电弧断面不能随电流的增加成比例的增加，电弧的电导率将减小，要保证一定的电流则要求较大的电场强度。所以在大电流区间，随着电流的增加，电弧电压升高，本区段呈上升曲线。钨极氩弧焊时，在小电流区间电弧静特性为下降段；焊条电弧焊、埋弧焊和大电流钨极氩弧焊时，因电流密度不太大，电弧静特性为水平段；CO2气体保护焊、熔化极氩弧焊，因电流密度较大，电弧静特性为上升段。 结论：电弧电压在本区内随着电流的增加而增加，即呈上升的静特性。 电弧静特性曲线的形状，决定了它对焊接电源的要求，被广泛应用与实际之中。 四、实验内容 测定不同弧长下的电弧静特性曲线。 五、实验方法及步骤 实验原理如图2所示。
焊接电弧的构造及静特 性 Document serial number【KKGB-LBS98YT-BS8CB-BSUT-BST108】
§6—2焊接电弧的构造及静特性 一焊接电弧的构造及温度 焊接电弧的构造可划分三个区域：阴极区，阳极区，弧株。 电弧焊是利电弧的热能来达到连接金属的目的，电弧的热能是由上述各个区域的电过程作用下产生的，由于各个区域的电过程特点不同，因此各区域所放出的能量及温度的分布也是不相同的。 1阴极区 电弧紧靠负电极的区域称为阴极区。 阴极区很窄，约为10～10cm。在阴极区的阴极表面有一个明显的光的斑点，它是电弧放电时，负电极表面上集中发射的微小区域，称为阴极斑点。 阴极区的温度一般达到2130～3230℃，放出的热量占36%左右》阴极温度的高低主要取决于阴极的电极材料而且阴极的温度一般都低于阴极金属材料的沸点。（见图表）
此外，如果增加电极中的电流密度，那么阴极区的温度也可相应提高。 阴极区和阳极去的温度 电极材料材料沸 腾℃阴极区温 度℃ 阳极区温 度℃ 碳436732273827 铁299821302330 铜230719272177 290020972177 钨592727273927 注（1）电弧中气体介质为空气。（2）阴极和阳极为同种材料 2阳极区 电弧紧靠正极的区域称为阳极区。阳极区较阴极区宽，越为10～10cm在阳极区的阳极表面也有光亮的斑点，它是电弧放电时，正电极表面上集中的接收电子的位区域，称为阳极斑点。 阳极不发射电子，消耗能量少，因此在阴极材料相同时，阳极去的温度略高于阴极。阳极区的温度一般达2330～3930℃放
手工电弧焊焊接工艺和流程 工艺适用于低碳钢，低合金高强度钢，及各种大型钢结构工程制造的焊接，确保焊接生产施工质量，特制订本工艺。 一、焊前准备 1、根据施焊结构钢材的强度等级，各种接头型式选择相应强度等级牌号焊条和合适焊条直径。 2、当施工环境温度低于零度，或钢材的含碳量大于0.41%及结构刚性过大，构件较厚时应采用焊前预热措施，预热温度为80℃-100℃，预热范围为板厚的5倍，但不小于100毫米。 3、工件厚度大于6毫米对接焊时，为确保焊透强度，在板材的对接边沿应开切V型或X型坡口，坡口角为60度，钝边P=0-1毫米，装配间隙为0-1毫米，当板厚差≥4毫米时，应对较厚板材的对接边缘进行削斜处理。 4、焊条烘焙：酸性药皮类型焊条焊前烘焙150℃*2保温2小时，碱性药皮类焊条焊前必做进行300℃-350*2烘焙，并保温2小时才能使用。 5、焊前接头清洁要求：在坡口或焊前两侧30毫米范围内，应将影响质量的毛刺，油污，水，锈脏物，氧化皮等必须清洁干净。 6、在板缝二端如余量小于50毫米时，焊缝二端应加引弧，熄弧板，其规格不小于50*50毫米。 二、焊接材料的选用 1、首先应考虑，母材强度等级与焊条强度等级相匹配和不同药皮类型焊条的使用特性。 2、考虑物件工作环境条件，承受动、静载荷的极限，高应力或形状复杂，刚性较大，应选用抗裂性能和冲击韧性好的低氢型焊条。 3、在满足使用性能和操作性能的前提下，应适当选用规格大效率高的铁粉焊条，以提高焊接生产效率。 三、焊接规范 1、应根据板厚选择焊条直径，确定焊接电流（如表）。 板厚（mm）焊条直径（Φ：mm）焊接电流（A：安倍）备注 3 2.5 80-90 不开坡口 8 3.2 110-150 开V型坡口 16 4.0 160-180 开X型坡口 20 4.0 180-200 开X型坡口 该电流为平焊位置焊接，立、横、仰焊时焊接电流应降低10-15%，大于16毫米板厚焊接底层选Φ3.2mm焊条，角焊焊接电流应比对接焊焊接电
模块一焊条电弧焊 项目1.2 板对接单面平焊双面成形 焊接电弧的分类和特性 一、焊接电弧的分类 焊接电弧的性质与弧焊电源种类、焊接电弧状态、电极材料以及电弧周围的介质等有关。焊接电弧按弧焊电源种类不同可分为交流电弧、直流电弧和脉冲电弧(含高频脉冲电弧)；按电弧状态可分为自由电弧和压缩电弧；按电极材料可分为熔化极电弧和非熔化极电弧。二、焊接电弧的静特性 以一定电弧长度稳定燃烧的电弧，其电弧电压U f与电弧电流I f之间的关系，称为焊接电弧的静态伏安特性，简称焊接电弧的静特性。表示它们关系的曲线U f=f(I f)，称为焊接电弧的静特性曲线，见图1所示。 焊接电弧作为焊接回路中的负载是非线性负载，即电弧电压与电弧电流之间不成正比例关系。当电弧电流从小到大在很大范围内变化时，焊接电弧的静特性近似呈U形曲线，故也称为U形特性。 U形静特性曲线可看成由三段(I、II、III)组成。 在小电流的I段，电弧电压随电流的增加而下降，是下 降特性段；在正常焊接的II段，呈等压特性，即电弧电 压不随电流而变化，而取决于电弧的长度，电弧的长度 愈长则电弧电压愈大，是平特性段；在大电流的Ⅲ段，图1焊接电弧的静特性曲线电弧电压随电流增加而上升，是上升特性段。 对于不同的弧焊方法，由于采用的电极材料、气体介质以及电弧燃烧条件和焊接电流的使用范围不同，因而它们的焊接电弧静特性曲线也有所不同，而且在其正常使用范围内，并不包括电弧静特性曲线的所有段，仅工作在U形特性的某一段。如焊条电弧焊多半工作在静特性的水平段，即电弧电压只随弧长而变化，与焊接电流关系很小。静特性的下降段由于电弧燃烧不稳定而很少采用。 三、焊接电弧的稳定性
电弧焊基础 兰州理工大学焊接系 本科生学习整理 第一章焊接电弧 1. 焊接方法分类 焊接方法分为熔焊、钎焊、和压焊三大类 熔焊：熔焊是在不施加压力的情况下，将待焊处的母材加热熔化以形成焊缝的焊接方法。焊接时母材熔化而不施加压力是其基本特征。 压焊：压焊是焊接过程中必须对焊件施加压力（加热或不加热）才能完成焊接的方法。焊接施加压力是其基本特征。 钎焊：钎焊是焊接事采用比母材熔点低的钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点但是低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材相互扩散而是心爱那个连接的一种方法力气特 征是焊接时母材不发生熔化，仅钎料发生熔化。 2. 焊接电弧中气体电离的种类 热电离——气体粒子受热的作用而产生的电离称为热电离。其实质是气体粒子由于受热而产生高速运动和相互之间激烈碰撞而产生的一种电离。 场致电离——当气体中有电场作用时，气体中的带电粒子被加速，电能被转换为带电粒子的动能，当其动能增加到一定程度时，能与中性粒子产生非弹性碰撞，使之电离，这种电离称为场致电离。 光电离——中性粒子接受光辐射的作用而产生的电离现象称为光电离。不是所有的光辐射都可以引发电离，气体都存在一个能产生光电离的临界波长，气体的电离电压不同，其临界波长也不同，只有当接受的光辐射波长小于临界波长时，中性气体粒子才可能被直接电离。 3. 焊接电弧中气体的发射有几种 热发射——金属表面承受热作用而产生电子发射的现象称为热发射。 场致发射——当阴极表面空间有强电场存在时，金属电极内的电子在电场静电库仑力的作用下，从电极表面飞出的现象称为场致发射。 光发射——当金属电极表面接受光辐射时，电极表面的自由电子能量增加，当电子的能量达到一定值时能飞出电极的表面，这种现象称为光发射。
焊接件的结构工艺性 在焊接结构的生产制造中，除考虑使用性能之外，还应考虑制造时焊接工艺的特点及要求，才能保证在较高的生产率和较低的成本下，获得符合设计要求的产品质量。 焊接件的结构工艺性应考虑到各条焊缝的可焊到性、焊缝质量的保证，焊接工作量、焊接变形的控制、材料的合理应用、焊后热处理等因素，具体主要表现在焊缝的布置、焊接接头和坡口形式等几个方面。 一、焊缝布置 焊缝位置对焊接接头的质量、焊接应力和变形以及焊接生产率均有较大影响，因此在布置焊缝时，应考虑以下几个方面。 1．焊缝位置应便于施焊，有利于保证焊缝质量 焊缝可分为平焊缝、横焊缝、立焊缝和仰焊缝四种型式，如图1所示。其中施焊操作最方便、焊接质量最容易保证的是平焊缝，因此在布置焊缝时应尽量使焊缝能在水平位置进行焊接。 图1 焊缝的空间位置 a)平焊 b)横焊 c)立焊 d)仰焊 除焊缝空间位置外，还应考虑各种焊接方法所需要的施焊操作空间。图2所示为考虑手工电弧焊施焊空间时，对焊缝的布置要求；图3所示为考虑点焊或缝焊施焊空间（电极位置）时的焊缝布置要求。 图2手工电弧焊对操作空间的要求 a）合理 b）不合理 图3 电阻点焊和缝焊时的焊缝布置 a）合理 b）不合理 另外，还应注意焊接过程中对熔化金属的保护情况。气体保护焊时，要考虑气体的保护作用，如图4所示。埋弧焊时，要考虑接头处有利于熔渣形成封闭空间，如图5所示。 图4 气体保护电弧焊时的焊缝布置 a）合理 b）不合理 图5 埋弧焊时的焊缝布置 a）合理 b）不合理 2．焊缝布置应有利于减少焊接应力和变形 通过合理布置焊缝来减小焊接应力和变形主要有以下途径： （1）尽量减少焊缝数量采用型材、管材、冲压件、锻件和铸钢件等作为被焊材料。这样不仅能减小焊接应力和变形，还能减少焊接材料消耗，提高生产率。如图6所示箱体构件，如采用型材或冲压件（图6b）焊接，可较板材（图6a）减少两条焊缝。 图6 减少焊缝数量 （2）尽可能分散布置焊缝如图7所示。焊缝集中分布容易使接头过热，材料的力学性能降低。两条焊缝的间距一般要求大于三倍或五倍的板厚。？ 图7分散布置焊缝 a）不合理 b）合理 （3）尽可能对称分布焊缝如图8所示。焊缝的对称布置可以使各条焊缝的焊接变形相抵销，对减小梁柱结构的焊接变形有明显的效果。 图8 对称分布焊缝