第四章 焊接电弧现象

逸出功，单位为“电子伏特”（eV）。不同金属具 有不同的逸出功，电子发射能力也不同，逸出功越 高，需要供给的能量也越大，越不易发射电子（如 碳、铁、钨等）。反之，逸出功越低，需要供给的 能量也越少，越易发射电子（如钾、钠等）。
发射电子的能力与金属的熔点（铁为1537℃，钨 为3380℃）和沸点有关，尤其是沸点，不同的沸点 发射电子的能力也不同，例如：铁和钨两种金属， 虽有相近的逸出功（铁为4.48eV，钨为4.54eV），
心线上（如图2—7a）。当用直流电源施焊时，发生 弧柱轴线偏离电极轴线，向某一方向摇摆，这种现 象是由于磁场分布不均所致（见图2—7b），改变接 线部位便可消弱磁偏吹现象（见图2—7c）。
（a）
（b）
图2—7 电弧的磁偏吹
（c）
除上述因素外，焊接工艺规范不当，电极材料 性能不良，焊条药皮厚薄不匀，松散，脱落，被焊 工件带有磁性等都会影响电弧稳定燃烧。
1
1200
2
3 1000
4
800 5
600
400
200
-10 0
10
12Mn δ=20min 150mm/lnin 170A 25V
45 3 2 1
20 30 40 50
号 温度（℃）
位
距离（mm）
1
1350 0.3
2
1200 0.5
3
1000 1.8
4
800 3
5
600 4.5
tcs
图2—8 焊接热循环
压越高，输入焊缝（焊池）中热量越多；焊接速度 越快，单位时间内所焊焊缝长度越长，输入焊缝中 的热量越少。
谢谢！
改变，而是按U型曲线进行（见图2—6），该曲线 称为电弧的静特性曲线。通常分为如下三个区段。

§4-2 焊条电弧焊设备及工具
三、常用焊条电弧焊电源
1．弧焊变压器 （1）BX3-300 型弧焊变压器 BX3-300 型弧焊变压器属于动
圈式，是生产中应用最广泛的一种 交流弧焊机，其外形如图所示。
21 第 四 章 焊 条 电 弧 焊
BX3-300 型弧焊变压器
§4-2 焊条电弧焊设备及工具
1．弧焊变压器
15 第 四 章 焊 条 电 弧 焊
§4-2 焊条电弧焊设备及工具
5．对弧焊电源动特性的要求 弧焊电源动特性是指弧焊电源对焊接电弧的动态负载所输出的电流、
电压对时间的关系，它表示弧焊电源对动态负载瞬间变化的反应能力。 弧焊电源动特性合适时，引弧容易，电弧稳定，飞溅小，焊缝成形良好。 弧焊电源动特性是衡量弧焊电源质量的一个重要指标。
它是依靠一次绕组、二 次绕组间漏磁获得陡降外特 性的，其结构如图所示。
22 第 四 章 焊 条 电 弧 焊
BX3-300 型弧焊变压器的结构 1—手柄 2—调节丝杆 3—铁心
§4-2 焊条电弧焊设备及工具
1．弧焊变压器
（2）BX1-315 型弧焊变压器 BX1-315 是动铁心式弧焊变 压器，它由一个口字形固定铁心 （Ⅰ）和一个梯形活动铁心（Ⅱ） 组成，活动铁心构成了一个磁分路， 以增强漏磁，使电焊机获得陡降外 特性。BX1-315 型弧焊变压器的外 形及电路结构如图所示。
§4-2 焊条电弧焊设备及工具
3．对弧焊电源稳态短路电流的要求 弧焊电源稳态短路电流是弧焊电源所能稳定提供的最大电流，即输
出端短路时的电流。若稳态短路电流太大，焊条过热，易引起药皮脱落， 并增加熔滴过渡时的飞溅；若稳态短路电流太小，则会使引弧和焊条熔 滴过渡产生困难。因此，对于下降外特性的弧焊电源，一般要求稳态短 路电流为焊接电流的1.25～2.0倍。

诚洁勤敏
⑵电场作用下的电离（场致电离）：带电粒子从电场 中获得能量，通过碰撞而产生电离过程称为电场作用 下的电离。
带电粒子一边与气体粒子碰撞，一边沿电场方向作加速运动。 两次碰撞之间的路长度为粒子的自由行程。其平均值称为平 均自由行程。 在相同条件下电子的平均自由程比离子大4倍而电子质量比离 子小得多。在电场作用下电子获得4倍于离子的动能与中性粒 子发生非弹性碰撞产生电离，故电场作用下的电离主要是电 子与中性粒子的非弹性碰撞引起的。这种电离是有链锁反应 性质，但并不是无限的。电弧中除电离外，还存在着带电粒 子复合成中性粒子的消电离过程。 弧柱中场强较弱（10 V/cm左右），电子获得动能较小。此时 热电离是主要形式，场致电离是次要的，阳、阴极区场强较 高（105-107V/cm）才产生显著场致电离。
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由于外加能量形式不同，电子发射机构可分为热发射、 电场发射、光发射和粒子碰撞发射四种类型： 1．热发射： 由于金属表面受热作用，使其内部的自由电子热运动加剧，当 自由电子的动能大于逸出功时，则飞出金属表面参加电弧的导 电过程。电子从金属表面逸出时要带走热量，对金属表面产生 冷却作用，当其被金属表面接收时，会释放能量，使金属表面 加热，带走和释放的能量在数值上均为IUw（其中I为发射的总 电子流，Uw逸出电压）。如热态引弧较容易。
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⑵光辐射传递： 一般焊接电弧中，以光辐射传递方式产生带 电粒子与碰撞传递相比，是次要的。 中性气体粒子接受外界光量子形式能量，内 能提高结构改变，产生激励或电离。
3.电离种类： 电弧中气体粒子的电离因外加能量和种类的不同可分 为三类：热电离、电场作用下的电离和光电离。 ⑴热电离：高温下，气体粒子受热的作用相互碰撞而 产生的电离。
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焊接电弧原理一、焊接电弧的物理本质和引燃电弧是所有电弧焊接方法的能源，电弧能有效而简便的把电能转变成焊接过程所需的机械能及热能。

电弧并不是一般的燃烧现象。

实质上，电弧是在一定条件下电荷通过两电极间气体空间的一种导电现象。

或者说是一种气体放电现象。

借助这种特殊的气体放电过程，电能转变成光能；热能和机械能。

焊接就是要利用其热能和机械能达到金属连接的目地。

1、气体放电的基本概念不论固体、液体还是气体，能否呈现导电性，都取决于在电场作用下是否拥有可自由移动的带电粒子。

金属本身拥有大量自由电子，所以在金属导体两端只要加上电压，自由电子便产生定向运动，形成电流。

但是正常状态下的气体不含带电粒子，是由中性分子或原子组成的。

它们虽然可以自由移动，但不会受电场作用而产生定向运动，所以是不导电的。

因此，要使正常状态的气体导电，必须先产生带电粒子，然后才能呈现导电性能。

2、带电粒子的扩散和复合现象电弧的导电是靠电弧空间带电粒子的运动来实现的，电弧的稳定燃烧是带电粒子产生、运动与消失的动平衡过程。

带电粒子产生后，一部分承担了导电任务，另一部分则在电弧空间消失了，带电粒子在电弧空间的消失过程主要有扩散与复合两种形式。

(1)扩散:带电粒子和一般气体分子和原子一样，如果分布密度不同，则带电粒子将从密度高的地方向密度低的地方移动而趋向密度均匀，这种现象称为带电粒子的扩散现象。

(2)复合:电弧空间的正负带电粒子(正离子、负离子、电子)，在一定条件下相遇而互相结合成中性粒子的过程称为复合。

3.焊接电弧的引燃焊接电弧引燃有两种方式:接触引弧和非接触引弧(1)接触引弧:电极(焊条或焊丝)与工件直接短路接触，随后拉开，从而把电弧引燃。

手弧焊和熔化极保护焊都采用这种引弧方式。

(2)非接触引弧:指在电极与工件之间存在一定间隙，施以高压击穿间隙，使电弧引燃。

钨极赢弧焊和等离子弧焊采用这种方式。

二、电弧区域的组成及压降分布当两电极之间产生电弧放电时，在电弧长度方向的电场强度并不是均匀的，实际测量得到沿弧长方向电压分布如图。