焊接电弧及其特性

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。

二、焊接电弧的动特性在一定的弧长下，当电弧电流以很快速度连续变化时，电弧电压与电流瞬时值之间的关系称为电弧动态伏安特性，简称为电弧动特性。

直角坐标系中的电弧动特性曲线是一闭合曲线，称为电弧动特性闭合曲线。

电弧的动特性：“热惯性”现象1）电流快速减小时，由于电弧电离度较高，电弧电压低于静态值，V-A 特性曲线低于静特性曲线。

焊接电弧的动特性名词解释一、引言焊接电弧是一种在焊接过程中产生的强烈光辐射和高温的等离子体现象，其动特性是指电弧在焊接中所表现出的各种物理和化学特性。

理解电弧的动特性对于掌握焊接工艺和提高焊接质量具有重要意义。

二、电弧长度电弧长度是指焊接电弧的摆动范围，通常以电弧焊接过程中两电极之间的距离衡量。

电弧长度的控制对于焊接过程的稳定性和熔深的控制至关重要。

较大的电弧长度可使焊缝充满，提高焊接质量，但同时也会降低焊接速度。

较小的电弧长度可以加快焊接速度，但有时会导致焊缝不充分的问题。

三、电弧功率密度电弧功率密度是指单位面积上电弧所输出的功率。

它的大小决定了焊接热量的分布和焊接效果。

较高的电弧功率密度可产生较高的焊接温度，有助于更好地熔化焊材和基材，但同时也会带来较大的熔散和气孔的形成。

适当控制电弧功率密度是保证焊接质量的关键。

四、电弧稳定性电弧稳定性是指电弧在焊接过程中的稳定性能。

稳定的电弧有利于焊缝的均匀成形和气孔的排除，其输出的热量也会更加均匀。

电弧的稳定性受到多种因素的影响，如电弧长度、电弧电流和焊接材料的性质等。

良好的焊接参数的选择和提高焊工的操作技术都可以提高电弧的稳定性。

五、电弧形态电弧形态是指焊接电弧在形态上的表现。

电弧形态可以通过感知电弧辉光的形状、颜色和闪烁频率等进行判断。

不同的电弧形态对焊接过程有着不同的影响。

一般来说，稳定的直流等离子体电弧形态有利于均匀的熔化焊材和基材，而闪烁频率高、形态不稳定的电弧则可能导致焊接质量问题。

六、电弧电流电弧电流是指焊接电弧传递的电流大小。

电弧电流的选择直接影响着焊接的热量和熔深。

过大的电弧电流会导致焊接过程中热量过大，容易产生焊缝熔穿等问题，而过小的电弧电流则可能导致焊缝不充分的现象。

合理选择电弧电流是协调熔化和焊接速度的关键。

七、电弧温度电弧温度是指焊接电弧的温度高低。

电弧温度的升高会导致更高的焊接温度，有助于焊接金属的熔化，但同时也可能对金属的组织产生不利影响。

§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③电极条件非熔化电极情况下，电极成分对电弧电压会有一定程度的影响④母材情况母材热导率影响所形成的熔池大小以及母材热输入量中散失热量的快慢，对电流产生间接的冷却作用。

焊接电弧的名词解释焊接电弧是一种通过高电压和电流产生的气体放电现象，通常用于焊接过程中加热和熔化金属。

在焊接中，焊极和焊件之间产生的电弧能量被用于使焊件表面升高到足够的温度以实现材料熔化和连接。

1. 电弧的形成焊接电弧的形成是通过在电极和焊件之间建立电流通路，利用电流经过气体空气中的阻抗，产生高温和高能量的现象。

当电流通过电极，并遇到空气中的阻抗时，电子的能量会从电流中释放出来，形成电弧。

2. 电弧的特性焊接电弧具有多种特性，其中包括：2.1 高温：焊接电弧的温度可以达到数千度，使得金属能够熔化并形成连接。

2.2 高能量密度：焊接电弧能够提供高能量密度，将焊件的表面加热到足够的温度。

2.3 高亮度：焊接电弧本身是明亮且具有强光的。

2.4 强风：焊接电弧产生的气流可以对周围的环境产生干扰，需要注意安全和舒适度。

3. 焊接电弧的应用焊接电弧是现代工业中广泛应用的一种技术。

其主要应用有：3.1 金属焊接：通过焊接电弧，可以将金属件进行连接，如钢铁结构、汽车制造和航空航天部件的制造等领域。

3.2 焊接修复：焊接电弧广泛应用于金属修复领域，能够修复和加固破损的金属件。

3.3 电弧切割：焊接电弧可以用于金属切割，通过在金属表面生成高温电弧，将金属融化并切割。

3.4 表面处理：焊接电弧也可以用于改变金属表面的特性，如表面硬化和改变金属结构等。

4. 焊接电弧的不同类型焊接电弧可以根据其形成的方式和材料使用进行分类。

以下是一些常见的焊接电弧类型：4.1 气体保护焊电弧：在焊接过程中，通过向电弧周围提供气体保护，以避免氧化和污染现象。

4.2 电弧焊接：传统的电弧焊接使用焊条或焊丝作为电极，并通过电弧加热和熔化焊件的表面。

4.3 电弧气体化学焊接：通过在电弧中引入反应性气体，实现金属熔化和连接。

4.4 感应电弧焊接：利用电磁感应的原理，在工件中产生电流并生成电弧。

5. 焊接电弧的安全注意事项在使用焊接电弧过程中，必须注意以下安全事项：5.1 穿戴个人防护设备，如护目镜、手套和耳塞。

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、焊接电弧的稳定性如前所述，焊接电弧的稳定性就是电弧不产生断弧、飘移、偏吹而保持稳定燃烧的程度，电弧燃烧稳定与否，对焊接的质量影响很大，从而也影响产品质量。

影响电弧稳定性的因素有以下几方面：1.焊接电源焊接电源种类和极性都会影响电弧的稳定性。

直流电焊接的电弧要比交流电的电弧稳定；空载电压较高的焊接电源其电弧燃烧比空载电压低的稳定；有良好动特性的焊机容易保证电弧稳定燃烧。

第1章焊接电弧及其电特性1 气体原子的电离使电子完全脱离原子核的束缚，形成离子和自由电子的过程为电离。

由原子形成正离子所需的能量称为电离能。

2 电离的形式在焊接电弧中，根据引起电离的能量来源，有如下三种电离形式：(1) 撞击电离； (2) 热电离； (3) 光电离。

2 电子发射在阴极表面的原子或分子，接受外界的能量而释放出自由电子的现象称为电子发射。

电子发射是引弧和维持电弧稳定燃烧的一个很重要的因素。

按其能量来源的不同，可分为热发射，光电发射，重粒子碰撞发射和强电场作用下的自发射等3 焊接电弧的引燃 1 接触引弧即是在弧焊电源接通后，电极（焊条或焊丝）与工件直接短路接触，随后拉开，从而把电弧引燃起来。

这2 非接触引弧它是指在电极与工件之间存在一定间隙，施以高电压击穿间隙，使电弧引燃。

4 交流电弧的特点；电弧周期性地熄灭和引燃交流电流每当经过零点并改变极性时，电弧熄灭、电弧空间温度下降。

电弧电压和电流波形发生畸变。

热惯性作用较为明显。

5影响交流电弧稳定燃烧的因素z 空载电压z 引燃电压z 电路参数z 电弧电流--z 电源频率 fz 电极的热物理性能和尺寸6 提高交流电弧稳定性的施z 为了提高交流电弧的稳定性，在焊接电源方面除了焊接回路要有足够大的电感量之外，还可以采用如下措施：（1）提高弧焊电源频率；（2）提高电源的空载电压；但不应该太高（3）改善电弧电流的波形；如改为矩形波（4）叠加高压电。

7交流电弧的分类（1）按电流种类可分为：交流电弧、直流电弧和脉冲电弧(包括高频脉冲电弧)。

（2）按电弧状态可分为：自由电弧和压缩电弧。

（3）按电极材料可分为：熔化极电弧和不熔化极电弧。

第2章对弧焊电源的基本要求1弧焊工艺对弧焊电源的要求（1）保证引弧容易；（2）保证电弧稳定；（3）保证焊接规范稳定；（4）具有足够宽的焊接规范调节范围。

2 “电源一电弧”系统的稳定性（1）系统在无外界因素干扰时，能在给定电弧电压和电流下，维持长时间的连续电弧放电，保持静态平衡。

§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 21772900 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。