§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）
1 / 7 第一章 电弧焊基础知识
一、教学目的：
能正确认识焊接电弧中带电粒子的产生原理
了解焊接电弧的工艺特性及电弧力的种类
了解阴极斑点及阳极斑点的定义
了解熔滴上的作用力
掌握熔滴过渡的主要形式及其特点
能正确认识焊缝形成过程
了解焊接工艺参数对焊缝成形的影响
了解焊缝成形缺陷的产生及防止
二、教学重点：
焊接电弧中带电粒子的产生原理
熔滴过渡的主要形式及其特点
焊接工艺参数对焊缝成形的影响
三、教学难点：
电离和激励
极斑点及阳极斑点
最小电压原理
焊缝成形缺陷的产生及防止
四、参考学时数：
4～6学时
五、主要教学内容：
第一节 焊接电弧
一、焊接电弧的物理基础
（一）电弧及其电场强度分布
电弧是一种气体放电现象，它是带电粒子通过两电极之间气体空间的一种导电过程。
电弧有三个部分构成：阴极区、阳极区、弧柱区。
（二）电弧中带电粒子的产生
1、气体的电离
在外加能量作用下，使中性的气体分子或原子分离成电子和正离子的过程称为气体电离。
其本质是中性气体粒子吸收足够的能量，使电子脱离原子核的束缚而成为自由电子和正离子的过程。
电离种类：
（1）热电离
气体粒子受热的作用而产生电离的过程称为热电离。其本质为粒子热运动激烈，相互碰2 / 7 撞产生的电离。
（2）场致电离
带电粒子在电场中加速，和其中的中性粒子发生非弹性膨胀而产生的电离。
电离程度：
电离度：单位体积内电离的粒子数浴气体电离前粒子总数的比值称为电离度。
（3）光电离
中性气体粒子受到光辐射的作用而产生的电离过程称为光电离。
2、阴极电子发射
（1）电子发射：阴极中的自由电子受到外加能量时从阴极表面逸出的过程称为电子发射。其发射能力的大小用逸出功Aw表示。
（2）阴极斑点
阴极表面光亮的区域称为阴极斑点。
阴极斑点具有“阴极清理”（“阴极破碎”）作用，原因：由于氧化物的逸出功比纯金属低，因为阴极斑点会移向有氧化物的地方，将该氧化物清除。
激光—电弧复合焊接头根部特性分析
徐 良1,2， 雷 振1， 杨海锋2， 郑 红1， 崔 辉2
(1. 哈尔滨焊接研究院有限公司，哈尔滨 150028；2. 哈尔滨现代焊接技术有限公司，哈尔滨 150080)
摘 要： 对厚板HQ785T1低合金高强钢填充HS-70焊丝激光—电弧复合焊接头根部化学成分分析及元素线扫描
分析，结果表明，焊缝部位主要元素的含量介于母材和焊丝之间，焊缝从上部到根部，随着深度的增加，焊缝元素组
成越接近母材，根部焊缝组成以母材成分为主，焊丝成分所占比例较小；焊缝根部冲击韧性低于焊缝上部, 增大坡
口钝边，焊缝根部的冲击韧性降低；金相显示根部焊缝中心组织为粒状贝氏体组织，随着钝边尺寸的增加，碳化物
析出量减少，组织略显粗大，组织脆性增加.
关键词： 低合金高强钢；复合焊；接头根部；元素分布
中图分类号：TG 456.7 文献标识码：A doi：10.12073/j.hjxb.2019400075
0 序 言
低合金高强钢具有比强度高、韧性好等特点，
且综合性能优于碳素结构钢，使其在许多重要工
程结构中得以大量应用[1]. 低合金高强钢焊接难
点在于热影响区易出现软化及脆化现象，甚至焊
缝出现冷裂纹. 工程生产中，为了防止软化、脆化
以及焊接冷裂纹现象，焊接方法选择时，激光焊接
或激光—电弧复合焊接成为一种较为理想焊接方
式[2-3]. 激光焊接具有高精度、高速度、大穿透比及
小焊接变形等优点在结构件的焊接中应用越来越
广泛[4-6]. 低合金高强钢激光—电弧复合焊的研究
表明，该技术可以实现低合金高强钢的无预热或
低温预热条件下优质高效的焊接[7-8]. 然而，中等
厚度板材激光—电弧复合焊接对接坡口一般采用
大钝边、小角度、无间隙形式，与传统坡口形式存
在较大差别，所形成的接头断面形状也与常规弧
焊存在较大差异，钝边部位形成的接头根部位置
的化学成分、组织状态及力学性能等对焊接接头
质量影响较大，但在此方面的研究较少，缺乏较系
§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到达连接金属的目的，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。在阴极区的阴极外表有一个明显的光的斑点，它是电弧放电时，负电极外表上集中发射的微小区域，称为阴极斑点。
阴极区的温度一般到达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在阳极区的阳极外表也有光亮的斑点，它是电弧放电时，正电极外表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到达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〕
