焊接电弧行为及控制

1、焊接电弧行为及控制焊接电弧行为及控制殷树言殷树言 教教 授授陈树君陈树君 副教授副教授2011年年2月月绪绪 论论1、等离子体、等离子体等离子体是由大量相互作用但仍处在非束缚等离子体是由大量相互作用但仍处在非束缚状态下的带电粒子组成的宏观体系，是和固状态下的带电粒子组成的宏观体系，是和固态、液态、气态同一层次的物质第四态。态、液态、气态同一层次的物质第四态。 2、等离子体物理、等离子体物理等离子体物理以这类多体体系呈现出的整体等离子体物理以这类多体体系呈现出的整体形态和集体运动规律为主要研究对象，同时形态和集体运动规律为主要研究对象，同时也研究等离子体和其它形态物质的相互作用也研究等离子体和其

2、它形态物质的相互作用过程。过程。3、等离子体物理应用领域、等离子体物理应用领域4、电弧的应用领域、电弧的应用领域焊接焊接纳米材料制备纳米材料制备手工电弧焊(SMAW)钨极氩弧焊(TIG/GTAW)等离子弧焊(PAW)熔化极气体保护焊(MIG/MAG)埋弧焊(SAW)5、焊接电弧的发展历史、焊接电弧的发展历史5、焊接电弧的发展历史、焊接电弧的发展历史6、本课程的主要内容、本课程的主要内容电电 弧弧 物物 理理1、电弧定义、电弧定义电弧是在一定条件下电荷通过两电极间气体空间的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过程，是气体放电的一种重要形式。借助一种导电过程，是气体放电的一种重要形

3、式。借助这种气体放电形式将电能转换为热能、机械能和光这种气体放电形式将电能转换为热能、机械能和光能。能。2、焊接电弧定义、焊接电弧定义由焊接电源供给能量，在具有一定电压的两电极间由焊接电源供给能量，在具有一定电压的两电极间或电极与母材间的气体介质中产生强烈而持久的放或电极与母材间的气体介质中产生强烈而持久的放电现象。电现象。 电弧示意图电弧示意图一、气体放电现象一、气体放电现象 气体放电是指气体电离气体放电是指气体电离 电离气体具有与通常状态下的气体所不同的电离气体具有与通常状态下的气体所不同的性质，被称作等离子体性质，被称作等离子体(Plasma)。 继固体、液体、气体之后的物质的第继固体、

4、液体、气体之后的物质的第4种存种存在状态，以高导电性为其特征。在状态，以高导电性为其特征。 电弧的本质是气体放电，是气体放电的一种电弧的本质是气体放电，是气体放电的一种表现形态。表现形态。 电弧具备所有放电形态中电压最低、电电弧具备所有放电形态中电压最低、电流最大、温度最高的特征流最大、温度最高的特征 一、气体放电现象一、气体放电现象 电流超过10-810-10A后，形成自持放电。 自持放电是当放电电流达到一定程度以后，取消最初的诱发措施，气体导电过程本身亦可以再次产生维持导电所需的带电粒子，与回路电流平衡，使放电持续下去。 电弧中带电粒子的产生电弧中带电粒子的产生1、气体电离、气体电离在一定

5、条件下中性气体分子或原子分离为正离子和在一定条件下中性气体分子或原子分离为正离子和电子的现象。电子的现象。 2、电极发射、电极发射电极中的自由电子，在外界能量的作用下，冲破电电极中的自由电子，在外界能量的作用下，冲破电极表面的约束而逸出到电弧空间的现象极表面的约束而逸出到电弧空间的现象1、关于气体电离、关于气体电离 中性粒子存在于电弧空间（气隙中），当处于高能量状态时，其电子轨道上的电子脱离约束，分离成电子和离子 电离能（eV）电离电压Ui(V) 1、关于气体电离、关于气体电离表 1.1 原子电离电压 原子 电离电压 Ui (V) 原子 电离电压 Ui (V) 原子 电离电压 Ui (V) H

6、 He Li C N O F Ne Na Mg 13.60 24.59 5.39 11.26 14.53 13.62 17.42 21.56 5.14 7.65 Al Si P S Cl Ar K Ca Ti V 5.99 8.15 10.49 10.36 12.97 15.76 4.34 6.11 6.82 6.74 Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ge Se Kr 6.77 7.44 7.87 7.86 7.64 7.73 9.39 7.90 9.75 14.00 1、关于气体电离、关于气体电离 （1）热电离）热电离 中性气体粒子受热的作用而产生的电离称热电离。中性气体粒子受热的

7、作用而产生的电离称热电离。 （2）场致电离）场致电离 中性气体粒子受电场作用而产生的电离称场致电离。中性气体粒子受电场作用而产生的电离称场致电离。 （3）光电离）光电离 中性气体粒子吸收了光射线的光子能而产生的电离。中性气体粒子吸收了光射线的光子能而产生的电离。有关的物理定律有关的物理定律 （1）Boyle定律定律 所谓气体的温度所谓气体的温度T，就是从整体上观察气体粒子总动能的量就是从整体上观察气体粒子总动能的量度。度。 kT232mv2kT252mv2 单原子气体单原子气体 双原子气体双原子气体m 粒子质量；T 气体绝对温度(K)；v 运动速度；k 玻尔兹曼常数 =1.38010-23(J

8、/K)；有关的物理定律有关的物理定律（2）Maxwell分布率分布率气体粒子在一定的温度和压力下，速度是互不相同的。由于气体粒子在一定的温度和压力下，速度是互不相同的。由于粒子间互相碰撞，其运动方向和速率不断变化，但气体粒子粒子间互相碰撞，其运动方向和速率不断变化，但气体粒子的运动速率呈现一定的分布状态。的运动速率呈现一定的分布状态。 n 气体离子的密度（N/V）；dn/n 某一速度下的粒子数对全部离子数的比，亦称存在几率；T 气体温度(K)；m 气体离子的质量；v 气体粒子的运动速度；k 玻尔兹曼常数 =1.38010-23(J/K)；dvkT2mvexpvkT2m4ndn2223有关的物理

9、定律有关的物理定律（3）Saha公式公式 气体的电离度随温度升高、压力减小和电离电压减小而增加。气体的电离度随温度升高、压力减小和电离电压减小而增加。x 电离度；T 气体温度(K)；Ui 电离电压；p 气体压力（mm.Hg)TeUexpT104 . 2px1xi5 . 2422 铁及铝等金属的电离电压较低，因此，金属蒸气在电弧空间更容易被电离 有关的物理定律有关的物理定律 （4）平均自由程）平均自由程 气体空间中的带电粒子，在电场作用下做定向运动的同时，气体空间中的带电粒子，在电场作用下做定向运动的同时，还不断的与其它粒子发生碰撞而改变方向，在两次碰撞之间还不断的与其它粒子发生碰撞而改变方向，

10、在两次碰撞之间所走过的路程称为粒子的自由行程。自由行程的平均值称为所走过的路程称为粒子的自由行程。自由行程的平均值称为平均自由程。平均自由程。在平均自由程内电场对带电粒子所施加的最大动能为：在平均自由程内电场对带电粒子所施加的最大动能为： eEWk 平均自由程；E 电场强度；e 电子电量；有关的物理定律有关的物理定律（5）临界波长）临界波长由于气体粒子吸收辐射的光量子而引起的气体电离成为光电由于气体粒子吸收辐射的光量子而引起的气体电离成为光电离。产生光电离的条件离。产生光电离的条件 iUeChiU1eCh 临界波长；C 光速；h 普朗克常数；Ui 电离电压e 电子电量负离子的产生负离子的产生

11、在一定条件下，有些中性原子或分子能够吸附一个在一定条件下，有些中性原子或分子能够吸附一个电子而形成负离子。吸附过程释放的能量称电子亲电子而形成负离子。吸附过程释放的能量称电子亲和能。和能。负离子主要分布在电弧周边，过多将减少电子数量，负离子主要分布在电弧周边，过多将减少电子数量，电弧不稳定。电弧不稳定。2、关于电极发射、关于电极发射阴极电子发射是电源持续向电弧供给阴极电子发射是电源持续向电弧供给能量的唯一途径。能量的唯一途径。 1、电源通过阴极向电弧空间提供电子，经过电弧空间、电源通过阴极向电弧空间提供电子，经过电弧空间的复杂行为，再从阳极接收电子，从而形成电流回路。的复杂行为，再从阳极接收电

12、子，从而形成电流回路。 2、阴极所发射电子中的相当一部分消耗在电弧中，比、阴极所发射电子中的相当一部分消耗在电弧中，比如复合成中性粒子，或是再次被电离，或散失到电弧以如复合成中性粒子，或是再次被电离，或散失到电弧以外空间。而阳极所接收电子中的相当一部分是由电弧中外空间。而阳极所接收电子中的相当一部分是由电弧中中性粒子的电离所产生的。中性粒子的电离所产生的。 3、阴极电子发射是电弧产热及中性粒子电离的初始根、阴极电子发射是电弧产热及中性粒子电离的初始根源，电弧中的一切现象都与阴极电子发射有密切的联系。源，电弧中的一切现象都与阴极电子发射有密切的联系。 2、关于电极发射、关于电极发射 （1）热发射

13、）热发射 当阴极表面承受热作用而产生电子发当阴极表面承受热作用而产生电子发射现象。射现象。（2）电场发射）电场发射 当阴极表面附近空间存在一定强度当阴极表面附近空间存在一定强度的正电场时，金属内的电子受电场力（静电库仑力）的正电场时，金属内的电子受电场力（静电库仑力）的作用，使电子逸出金属表面；的作用，使电子逸出金属表面； （3）光发射）光发射 当阴极表面接受光辐射时，也可使金当阴极表面接受光辐射时，也可使金属内的自由电子能量增加，从而冲破金属表面的束属内的自由电子能量增加，从而冲破金属表面的束缚而逸出的现象。缚而逸出的现象。（4）粒子碰撞发射）粒子碰撞发射 高速运动的粒子（电子或离子）高速运

14、动的粒子（电子或离子）碰撞电极表面时，将能量传给电极表面的电子，使碰撞电极表面时，将能量传给电极表面的电子，使其能量增加而逸出金属表面的现象。其能量增加而逸出金属表面的现象。有关的物理定律有关的物理定律 （1）逸出功）逸出功Ww（又叫功函数）又叫功函数） 使一个电子由金属表面飞出所需要的最低外加能量。使一个电子由金属表面飞出所需要的最低外加能量。 逸出功(eV) 逸出电压UW(V)要想把金属内部的电子吸引到自由空间需要较大的功（能量）。 热电子发射当金属达到3103K高温时，金属内运动能量大于e(EF+UW）数值的电子数目也更多，就可以离开金属表面渗透到自由空间。 阴极发射出的电子电流密度是阴

15、极材料温度的函数； FgWEWW有关的物理定律有关的物理定律 （2）Fermi-Dirac分布率分布率 金属中自由电子的能量分布。金属中自由电子的能量分布。 1kT/EEexp1EfFk 波尔兹曼常数；T 绝对温度；EF 费米能级；E 电子能级F(E) 费米狄拉克统计分布函数逸出电子可以从两方面着逸出电子可以从两方面着手：手：1、使电子的能量大于、使电子的能量大于Wg热发射、光发射、碰状发射热发射、光发射、碰状发射2、降低势垒高度降低势垒高度Wg场发射场发射 有关的物理定律有关的物理定律 （3）Richar 和和Dushmann公式（热发射）公式（热发射） 发射的电子流密度为：发射的电子流密度

16、为： kTWexpATjW2k 波尔兹曼常数；T 绝对温度；WW 逸出功；j 电子流密度通常通常j=102106A/cm2时，就时，就能维持电弧稳定燃烧。能维持电弧稳定燃烧。1、一般高熔点金属材料如、一般高熔点金属材料如W、C、Ta等能实现热发等能实现热发射。熔点射。熔点3500K以上：热以上：热阴极。阴极。2、而熔点低的金属如而熔点低的金属如Fe、Al、Cu等不能实现热发射，等不能实现热发射，以 场 发 射 为 主 。 熔 点以 场 发 射 为 主 。 熔 点3500K以下：冷阴极以下：冷阴极有关的物理定律有关的物理定律材料Uw熔点沸点电流密度能否热发射W4.5436505950497000

17、YesTa4.053300437322000YesTh3.10210032736000YesAl4.2593027700.5NoFe4.481800300833NoCu4.36136028681NoFe和W的逸出功相近，但发射电子的能力是不同的。由于热发射是超过费米能级的粒子，所以带走热量，冷却电极。有关的物理定律有关的物理定律 （3）Richar 和和Dushmann公式（场发射）公式（场发射） 发射的电子流密度为：发射的电子流密度为： kTeEeWexpATjW2k 波尔兹曼常数；T 绝对温度；WW 逸出功；j 电子流密度E 电场强度e 电子电量增加电场强度相当于降低增加电场强度相当于降低

18、了势垒高度了势垒高度Wg。当当E106V/cm2时，费米能时，费米能级的电子可以穿过势垒直级的电子可以穿过势垒直接逸出，所以不能带走热接逸出，所以不能带走热量，所以阴极也得不到冷量，所以阴极也得不到冷却。却。有关的物理定律有关的物理定律 （4）光发射规律）光发射规律 wUeChwU1eCh 临界波长；C 光速；h 普朗克常数；Uw 逸出电压e 电子电量有关的物理定律有关的物理定律 （5）碰撞发射规律）碰撞发射规律 eEW2WWwikWk 电离能；Wi 粒子的动能；Ww 逸出功e 电子电量E 电场强度带电粒子的运动带电粒子的运动 （1）扩散）扩散带电粒子如果分布密度不同，则带电粒子将从密度带电粒

19、子如果分布密度不同，则带电粒子将从密度高向密度低的地方移动，并趋向密度均匀化。高向密度低的地方移动，并趋向密度均匀化。 （2）复合）复合 电弧空间的正负带电粒子，在一定条件下相遇而互电弧空间的正负带电粒子，在一定条件下相遇而互相结合成中性粒子的过程。相结合成中性粒子的过程。焊接电弧的本质焊接电弧的本质焊接电弧是在电场、热、光和质点动能焊接电弧是在电场、热、光和质点动能的作用下，气体原子不断产生激发与电的作用下，气体原子不断产生激发与电离、带电粒子不断的扩散和复合以及电离、带电粒子不断的扩散和复合以及电极不断产生电子发射的结果。极不断产生电子发射的结果。二、焊接电弧导电机理二、焊接电弧导电机理区

20、域宽度（cm)区域电压（V）区域电场强度E（V/cm）阴极区10-310-41015105106阳极区10-210-3010103104弧柱区510510各区域的特点各区域的特点 （一）弧柱区的导电机理（一）弧柱区的导电机理 以热电离为主，提供一定电离度的气体导电空间；以热电离为主，提供一定电离度的气体导电空间；保持电弧为中性状态，正负离子数量每一瞬间相等；保持电弧为中性状态，正负离子数量每一瞬间相等；电子流电子流99.9%，正离子流，正离子流0.1%1、提供一个气体导电空间，该空间具有一定的电离度；、提供一个气体导电空间，该空间具有一定的电离度；2、保持弧柱为中性状态，正负电荷数在每一瞬时相

21、等。、保持弧柱为中性状态，正负电荷数在每一瞬时相等。3、最小电压原理、最小电压原理 在给定电流和周边条件一定的情况下，电弧稳定燃在给定电流和周边条件一定的情况下，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。也就是电弧具有保持最小能量消耗的特性。小的数值。也就是电弧具有保持最小能量消耗的特性。（二）阴极区的导电机理（二）阴极区的导电机理阴极区的主要功能是向弧柱提供所需的电子，接受少量阴极区的主要功能是向弧柱提供所需的电子，接受少量的正离子，分为三种类型：的正离子，分为三种类型：1、热发射型阴极（热发射）；、热发射型阴极（热发

22、射）；2、电场发射型阴极（场发射）；、电场发射型阴极（场发射）；3、热离子阴极、热离子阴极1、热发射型阴极原理、热发射型阴极原理特点：特点：1）高熔点的材料作为阴极）高熔点的材料作为阴极2）电流密度达到）电流密度达到102-104A/cm23）温度高达）温度高达3500K4）无阴极斑点无阴极斑点热量来源：热量来源：1）正离子与阴极作用产生的热量）正离子与阴极作用产生的热量2）弧柱的辐射热）弧柱的辐射热3）电极的电阻热）电极的电阻热2、场发射型阴极原理、场发射型阴极原理特点：特点：1）电极温度较低，小于）电极温度较低，小于3500K；2）电弧导电通不是均匀分布，而是集中在阴极斑点处）电弧导电通不

23、是均匀分布，而是集中在阴极斑点处3）阴极斑点不停跳动，跳动速度为）阴极斑点不停跳动，跳动速度为103104cm/s4）电弧一旦熄灭，需要新的的正离子堆积电弧一旦熄灭，需要新的的正离子堆积斑点处于：斑点处于：1）电极尖端处）电极尖端处2）电极表面杂质处）电极表面杂质处3）电极表面有氧化膜处（自动寻找氧化膜）电极表面有氧化膜处（自动寻找氧化膜）3、热离子阴极原理、热离子阴极原理机理：机理：1）阴极发射的电子不能到达弧柱，而是在阴极表面与）阴极发射的电子不能到达弧柱，而是在阴极表面与正离子中和；正离子中和；2）正离子在阴极表面与电子中和，并弹回高温区；弹）正离子在阴极表面与电子中和，并弹回高温区；弹

24、回的中性原子带来了电子能，使该区域温度急剧升高达回的中性原子带来了电子能，使该区域温度急剧升高达10000多度，使中性粒子又发生电离，呈烁亮球状。多度，使中性粒子又发生电离，呈烁亮球状。（三）阳极区的导电机理（三）阳极区的导电机理阳极区的主要功能：阳极区的主要功能：1、向弧柱补充、向弧柱补充0.1%的正离子流；的正离子流；2、接受电子流、接受电子流提供正离子的三个途径：提供正离子的三个途径：1、正离子发射、正离子发射2、电场电离提供正离子、电场电离提供正离子3、热电离产生正离子、热电离产生正离子低熔点材料做阳极，出现金属蒸汽，形成阳极斑点；低熔点材料做阳极，出现金属蒸汽，形成阳极斑点；阳极斑点

25、自动寻找纯金属。阳极斑点自动寻找纯金属。三三. .焊接电弧的产生焊接电弧的产生接触引燃电弧过程接触引燃电弧过程: 短路短路空载空载燃弧燃弧非接触引弧：高压脉冲；高频非接触引弧：高压脉冲；高频四四. .焊接电弧的静特性焊接电弧的静特性 一定长度的电弧在稳定状态下，电弧电压一定长度的电弧在稳定状态下，电弧电压U Uf f与电弧电流与电弧电流I If f之间的关系，称为焊接电弧的静态伏安特性，简称伏安特之间的关系，称为焊接电弧的静态伏安特性，简称伏安特性或静特性。性或静特性。 )I (fUff(1)(1)焊接电弧静特性曲线的形状焊接电弧静特性曲线的形状 手工焊条电弧焊手工焊条电弧焊直流埋弧焊直流埋弧

26、焊熔化极气体保护焊熔化极气体保护焊焊接电弧静特性曲线的影响因素焊接电弧静特性曲线的影响因素 : :（1 1）电弧长度的影响）电弧长度的影响 弧长增加时，电弧电弧长增加时，电弧电压增加，电弧静特性曲线的位置将提高，这压增加，电弧静特性曲线的位置将提高，这表明电弧电流一定时，电弧电压随弧长的增表明电弧电流一定时，电弧电压随弧长的增加而增加。加而增加。（2 2）电极直径的影响）电极直径的影响 电极直径减小，整个电极直径减小，整个电弧静特性曲线将向电流减小的方向移动电弧静特性曲线将向电流减小的方向移动（向左移动）；同理，如果电极直径增大，（向左移动）；同理，如果电极直径增大，电弧静特性曲线则将向电流增

27、加的方向移动电弧静特性曲线则将向电流增加的方向移动（向右移动）。（向右移动）。 气体介质种类、气体流量、气体介质压气体介质种类、气体流量、气体介质压力等对电弧静特性都会产生影响力等对电弧静特性都会产生影响 五五. .焊接电弧的动特性焊接电弧的动特性 一定弧长的电弧，当电弧电流以很快速度连续变化时，电弧电压瞬时值一定弧长的电弧，当电弧电流以很快速度连续变化时，电弧电压瞬时值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。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。 )(ffifu电弧动特性实际包含有三个变量：电弧电压、焊接电流和时间。电弧动特性实际包含有三个变量：

28、电弧电压、焊接电流和时间。直角坐标系中的电弧动特性曲线是一闭合曲线，常称其为闭合回线。直角坐标系中的电弧动特性曲线是一闭合曲线，常称其为闭合回线。 交流电弧动特性曲线交流电弧动特性曲线交流电弧交流电弧电压电压电流波形电流波形小结：焊接电弧负载的特点小结：焊接电弧负载的特点 (1)(1)焊接电弧是非线性负载；焊接电弧是非线性负载；(2)(2)低电压，大电流；低电压，大电流；(3)(3)焊接电弧负载变化大，焊接电弧负载变化大，电弧燃烧过程中经常出现电弧燃烧过程中经常出现 “ “短路短路空载空载燃弧燃弧” ” 现象；现象；焊接电弧负载是一个特殊的电源负载焊接电弧负载是一个特殊的电源负载焊接电弧负载特

29、性与电弧的电流特性、焊接方法、电弧焊接电弧负载特性与电弧的电流特性、焊接方法、电弧的状态、电弧周围的介质以及电极材料等有关。的状态、电弧周围的介质以及电极材料等有关。 六、交流电弧的特点：六、交流电弧的特点：最常见的交流电弧是工频正弦波交流电弧。最常见的交流电弧是工频正弦波交流电弧。每秒钟内电弧电流变换极性每秒钟内电弧电流变换极性5050次，次，100100次经过零点。电流经过零次经过零点。电流经过零点瞬间，电弧熄灭，过零点后电弧重新引燃。点瞬间，电弧熄灭，过零点后电弧重新引燃。再引燃电弧的过程称为再引弧，再引弧所需电压称为再引弧电压。再引燃电弧的过程称为再引弧，再引弧所需电压称为再引弧电压。

30、 为了使交流电弧稳定燃烧，必须使电弧电流能够连续，而在交流电弧电为了使交流电弧稳定燃烧，必须使电弧电流能够连续，而在交流电弧电路中有足够大的电感是保证交流电弧电流连续的有效措施之一。路中有足够大的电感是保证交流电弧电流连续的有效措施之一。 工频正弦波交流电弧连续燃烧的条件工频正弦波交流电弧连续燃烧的条件 ：421220mUUffrUUm U0 弧焊电源的空载电压弧焊电源的空载电压Uf 交流电弧电压（交流电压的有效值）交流电弧电压（交流电压的有效值）Ur 再引弧电压再引弧电压 对于手工焊条的交流电弧焊，对于手工焊条的交流电弧焊，m = 1.3 1.5。 提高交流电弧的稳定性的措施：提高交流电弧的

31、稳定性的措施：（1）提高弧焊电源频率）提高弧焊电源频率（2）提高电源的空载电压）提高电源的空载电压 （3）改善电弧电流的波形）改善电弧电流的波形 （4）叠加高压电）叠加高压电钨极氩弧焊（钨极氩弧焊（TIG或或GTAW）1 1、非熔化极焊接电弧、非熔化极焊接电弧 七、不同焊接方法焊接电弧七、不同焊接方法焊接电弧 的特点：的特点：通常都采用惰性气体（如氦气、氦气等）保护，电极本身在焊接过通常都采用惰性气体（如氦气、氦气等）保护，电极本身在焊接过程中不熔化，没有金属熔滴过渡。目前在我国应用较多的是钨极氩程中不熔化，没有金属熔滴过渡。目前在我国应用较多的是钨极氩弧焊（弧焊（TIG焊接）和等离子弧焊，电

32、极多采用钨板或铈钨极。焊接）和等离子弧焊，电极多采用钨板或铈钨极。 等离子电弧焊（等离子电弧焊（PAW） 等离子电弧是压缩电弧，它靠热收缩、磁收缩和机等离子电弧是压缩电弧，它靠热收缩、磁收缩和机械压缩效应，使弧柱截面缩小，电弧电压较高，因此，械压缩效应，使弧柱截面缩小，电弧电压较高，因此，需要较高的电源空载和工作电压。需要较高的电源空载和工作电压。非熔化极焊接电弧非熔化极焊接电弧的特点：的特点：1 1、没有金属熔滴过渡过程；、没有金属熔滴过渡过程；2 2、电弧稳定燃烧的主要影响因素是电压、电流和电、电弧稳定燃烧的主要影响因素是电压、电流和电弧长度；弧长度；3 3、一定孤长下，影响电弧稳定燃烧的

33、主要电参数是、一定孤长下，影响电弧稳定燃烧的主要电参数是电流。电流。手工电弧焊（金属极电弧焊）手工电弧焊（金属极电弧焊）MMA:MMA:2 2、熔化极电弧焊、熔化极电弧焊在焊接电弧燃烧过程中，作为电弧一极的焊丝（条）不断熔化并过渡到在焊接电弧燃烧过程中，作为电弧一极的焊丝（条）不断熔化并过渡到焊接熔池中去。焊接熔池中去。 埋弧自动焊埋弧自动焊:熔化极氩弧焊（熔化极氩弧焊（MIG或或GMAW）CO2气体保护电弧焊气体保护电弧焊活性气体保护电弧焊（活性气体保护电弧焊（MAG）熔化极气体保护弧焊熔化极气体保护弧焊脉冲电弧的基本参数有：脉冲电弧的基本参数有： Im 脉冲电流峰值（脉冲电流）脉冲电流峰值

34、（脉冲电流） Ij 基本电流基本电流t1 脉冲宽度（脉冲时间）；脉冲宽度（脉冲时间）；t2 脉冲间隙时间（脉冲休止时间）脉冲间隙时间（脉冲休止时间）T 脉冲周期脉冲周期; f 一一 脉冲频率脉冲频率K一一 脉冲宽度比，也称占空位，脉冲宽度比，也称占空位，Ip 脉冲平均电流，对于矩形波脉冲：脉冲平均电流，对于矩形波脉冲： 脉冲电流的上升率（脉冲前沿斜率）；脉冲电流的上升率（脉冲前沿斜率）； 脉冲电流的下降率（脉冲后沿斜率）。脉冲电流的下降率（脉冲后沿斜率）。 21ttTTf1TtK1dtdimdtdimUsIs AV1000102030405060200300400500600脉冲电弧短路过渡电

35、弧喷射电弧 旋转电弧熔化极焊接电弧熔化极焊接电弧的特点：的特点：由于存在由于存在金属熔滴过渡，金属熔滴过渡，电弧燃烧过程复杂；电弧燃烧过程复杂；影响电弧及焊接过程的因素：电压、电流和弧长及电极熔化率。影响电弧及焊接过程的因素：电压、电流和弧长及电极熔化率。金属熔滴过渡：熔滴形成金属熔滴过渡：熔滴形成张大张大脱落（或短路过渡）脱落（或短路过渡）在焊条电弧焊、在焊条电弧焊、COCO2 2气体保护（短弧）焊，电弧经常被熔滴短路，不仅使气体保护（短弧）焊，电弧经常被熔滴短路，不仅使弧长发生剧烈的变化，更主要的是在熔滴短路之后必然有重新引燃电弧弧长发生剧烈的变化，更主要的是在熔滴短路之后必然有重新引燃电

36、弧的问题。的问题。可见，熔化极焊接电弧是一个变化极快的动负载，熔滴短路往往使电弧可见，熔化极焊接电弧是一个变化极快的动负载，熔滴短路往往使电弧变得更加不稳定。因此需要对弧焊电源的动态特性提出更高的要求。变得更加不稳定。因此需要对弧焊电源的动态特性提出更高的要求。脉冲电弧的电流周期性变化，热惯性大脉冲电弧的电流与电压之间的关脉冲电弧的电流周期性变化，热惯性大脉冲电弧的电流与电压之间的关系往往由其动特性来决定。系往往由其动特性来决定。 脉冲峰值和脉冲基值电流的较大差异，往往需要采用不同的弧焊电源脉冲峰值和脉冲基值电流的较大差异，往往需要采用不同的弧焊电源特性。特性。脉冲焊接电弧脉冲焊接电弧的特点：的特点：八、电弧的产热机构八、电弧的产热机构1、弧柱的产热机构、弧柱的产热机构P(弧柱弧柱)=IE2、阴极区的产热机构、阴极区的产热机构P(阴极阴极)I(Uk Uw Ut)3、阳极区的产热机构、阳极区的产热机构P(阳极阳极)I(Ua Uw Ut)弧焊方法弧焊方法热效率热效率焊条电弧焊焊条电弧焊0.65-0