1、第一單元 電弧焊基礎(chǔ)知識(shí)能力知識(shí)點(diǎn)2 焊接電弧的導(dǎo)電特性 焊接電弧的導(dǎo)電特性是指參與電荷的運(yùn)動(dòng)并形成電流的帶電粒子在電弧中產(chǎn)生、運(yùn)動(dòng)和消失的過程。1弧柱區(qū)的導(dǎo)電特性 1、弧柱呈電中性。弧柱的溫度很高時(shí)，可使其中的大部分中性粒子電離成電子和正離子，而電子和正離子的總電荷量相等。 2、具有良好的導(dǎo)電性能。正離子和電子在電場作用下運(yùn)動(dòng)，形成了弧柱中的電流，弧柱中的電流主要由電子流構(gòu)成。 3、弧柱電場強(qiáng)度E，弧柱單位長度上的電壓降（即電位梯度） 電場強(qiáng)度E的大小與電弧的氣體介質(zhì)有關(guān)； E的大小將隨弧柱的熱損失情況而自行調(diào)整。最小電壓原理 弧柱在穩(wěn)定燃燒時(shí)，有一種使自身能量消耗最小的特性。即當(dāng)電流和電弧

2、周圍條件（如氣體介質(zhì)種類、溫度、壓力等）一定時(shí)，能量消耗最小時(shí)的電場強(qiáng)度最低，即在固定弧長上的電壓降最小，這就是最小電壓原理。 電弧截面面積大于或小于其自動(dòng)確定的截面，都會(huì)引起電場強(qiáng)度增大，使消耗的能量增多，違反最小電壓原理。因?yàn)殡娀〗孛嬖龃髸r(shí)，電弧與周圍介質(zhì)的接觸面增大，電弧向周圍介質(zhì)散失的熱量增加，要求電弧產(chǎn)生更多的能量與之相平衡，即要求增加。2陰極區(qū)的導(dǎo)電特性 （1）熱發(fā)射型 正離子沖擊陰極表面而將能量傳遞給陰極，并且正離子在陰極表面復(fù)合電子，釋放出的電離能也使陰極加熱； 電流流過陰極時(shí)產(chǎn)生的電阻熱使陰極加熱。通過上述能量補(bǔ)充，可使陰極維持較高的溫度，保證持續(xù)的熱發(fā)射。（2）電場發(fā)射型）

3、電場發(fā)射型 場致電離產(chǎn)生的電子與陰極發(fā)射出來的電子合在一起構(gòu)成弧柱所需的電子流，場致電離產(chǎn)生的正離子與弧柱來的正離子，在電場作用下一起奔向陰極，使得陰極區(qū)保持正離子過剩，出現(xiàn)正電性，維持場致發(fā)射。 另外，當(dāng)這些正離子到達(dá)陰極時(shí)，將其動(dòng)能轉(zhuǎn)換為熱能，對陰極的加熱作用增強(qiáng)，使陰極的熱發(fā)射作用增大，呈現(xiàn)熱一場致發(fā)射，為弧柱提供足夠的電子流。 這種形式的導(dǎo)電中，為了提高陰極區(qū)的電場強(qiáng)度，按照最小電壓原理，陰極區(qū)將自動(dòng)收縮截面，以提高正離子流即正電荷的密度，維持陰極的電子發(fā)射能力。在小電流鎢極氬弧焊和熔化極電弧焊時(shí)，這種場致發(fā)射型導(dǎo)電起主要作用。3陽極區(qū)的導(dǎo)電特性 （1）陽極斑點(diǎn) 在陽極表面也可看到微小

4、、爍亮的區(qū)域，這個(gè)區(qū)域稱為陽極斑點(diǎn)。 （2）陽極區(qū)導(dǎo)電形式 陽極不能發(fā)射正離子，弧柱所需要的正離子流是由陽極區(qū)的電離提供的。由于條件不同，陽極區(qū)的導(dǎo)電形式有兩種：1）陽極區(qū)的場致電離。2）陽極區(qū)的熱電離。能力知識(shí)點(diǎn)能力知識(shí)點(diǎn)3 焊接電弧的工藝特性焊接電弧的工藝特性 焊接電弧與熱能及機(jī)械能有關(guān)的工藝特性，主要包括： 電弧的熱能特性 電弧的力學(xué)特性 電弧的穩(wěn)定性 1電弧的熱能特性 （）電弧熱的形成機(jī)構(gòu) 電弧可以看作是一個(gè)把電能轉(zhuǎn)換成熱能的柔性導(dǎo)體。 ）弧柱的產(chǎn)熱。從電源吸取電能轉(zhuǎn)換為熱能的作用幾乎完全由電子來承擔(dān)，在弧柱中外加電能大部分將轉(zhuǎn)換為熱能。 ）陰極區(qū)的產(chǎn)熱 Pk=IUk-IUw-IUT

5、）陽極區(qū)的產(chǎn)熱特性 Pa=IUa+IUw+IUT （2）電弧的溫度分布 電弧各部分的溫度分布受電弧產(chǎn)熱特性的影響，電弧組成的三個(gè)區(qū)域產(chǎn)熱特性不同，溫度分布也有較大區(qū)別。電弧溫度的分布特點(diǎn)可從軸向和徑向兩個(gè)方面比較：圖1-3 陰極、陽極的溫度則根據(jù)焊接方法的不同有所差別，見表1-3。 表1-3 常用焊接方法陰極與陽極的溫度比較焊接方法酸性焊條電弧焊鎢極氬弧焊堿性焊條電弧焊熔化極氬弧焊C02氣體保護(hù)焊埋弧焊溫度比較陽極溫度陰極溫度陰極溫度陽極溫度2）徑向。電弧徑向溫度分布的特點(diǎn)是：弧柱軸線溫度最高，沿徑向由中心至周圍溫度逐漸降低，如圖1-4所示。圖1-4（3） 焊接電弧的熱效率及能量密度 電弧焊的

6、熱能由電能轉(zhuǎn)換而來，因此電弧的功率可由下式表示 AA式中：Q電弧的電功率； A電弧電壓， ACa用于加熱、熔化填充材料及工件的電弧熱功率稱為有效熱功率，表示為 表- 常用焊接方法的熱效率系數(shù)焊接方法焊接方法焊條電弧焊埋弧焊C02氣體保護(hù)焊0.65 0.850.80 0.900.75 0.90熔化極氬弧焊鎢極氬弧焊0.70 0.800.65 0.702電弧的力學(xué)特性 在焊接過程中，電弧的機(jī)械能是以電弧力的形式表現(xiàn)出來的，電弧力不僅直接影響工件的熔深及熔滴過渡，而且也影響到熔池的攪拌、焊縫成形及金屬飛濺等，因此，對電弧力的利用和控制將直接影響焊縫質(zhì)量。電弧力主要包括： 電磁收縮力 等離子流力 斑點(diǎn)

7、力 （）電弧力及其作用（）電弧力及其作用 1）電磁收縮力。這個(gè)力是由電磁場產(chǎn)生的，因而稱為電磁力。它的大小與導(dǎo)線中流過的電流大小成正比，與兩導(dǎo)線間的距離成反比。如圖1-5所示。形成由小直徑端（電極端）指向大直徑端（工件端）的電弧軸向推力（見圖1-6中的Ft）。而且電流越大，形成的推力越大。電弧軸向推力在工件上表現(xiàn)為對熔池形成的壓力，稱為電磁靜壓力。 圖1-6電磁收縮力的作用 由電弧自身磁場引起的電磁收縮力，在焊接過程中具有重要的工藝性能。它不僅使熔池下凹，同時(shí)也對熔池產(chǎn)生攪拌作用，有利于細(xì)化晶粒，排出氣體及夾渣，使焊縫的質(zhì)量得到改善。另外，電磁收縮力形成的軸向推力可在熔化極電弧焊中促使熔滴過渡

8、，并可束縛弧柱的擴(kuò)展，使弧柱能量更集中，電弧更具挺直性。2）等離子流力 在軸向推力作用下，將把靠近電極處的高溫氣體推向工件方向流動(dòng)。高溫氣體流動(dòng)時(shí)要求從電極上方補(bǔ)充新的氣體，形成有一定速度的連續(xù)氣流進(jìn)入電弧區(qū)。新加入的氣體被加熱和部分電離后，受軸向推力作用繼續(xù)沖向工件，對熔池形成附加的壓力。熔池這部分附加壓力是由高溫氣流（等離子氣流）的高速運(yùn)動(dòng)引起的，所以稱為等離子流力，也稱為電弧的電磁動(dòng)壓力。圖1-8 電弧的電磁靜壓力形成如圖1-7a所示的碗狀熔深焊縫形狀；電弧的電磁動(dòng)壓力則形成如圖1-7b所示的指狀熔深焊縫形狀。 3）斑點(diǎn)力。電極上斑點(diǎn)處受到帶電粒子的撞擊或金屬蒸發(fā)的反作用而對斑點(diǎn)產(chǎn)生的壓

9、力，稱為斑點(diǎn)壓力或斑點(diǎn)力。熔化極氣體保護(hù)焊采用直流反接，可以減小熔滴過渡的阻礙作用，減少飛濺。圖1-9 （2）電弧力的主要影響因素1）焊接電流和電弧電壓 2）焊絲直徑 3）電極（焊條、焊絲）的極性 4）氣體介質(zhì)3焊接電弧的穩(wěn)定性焊接電弧的穩(wěn)定性是指電弧保持穩(wěn)定燃燒（不產(chǎn)生斷弧、飄移和偏吹等）的程度。電弧不穩(wěn)定的原因除操作人員技術(shù)熟練程度外，還與下列因素有關(guān)。 （1）焊接電源 （2）焊條藥皮或焊劑 （3）焊接電流 焊接電流越大，電弧燃燒越穩(wěn)定。 （4）磁偏吹 電弧在其自身磁場作用下具有一定的挺直性，使電弧盡量保持在焊絲（條）的軸線方向上，如圖1-13所示。但在實(shí)際焊接中，由于多種因素的影響，電弧周圍磁力線均勻分布的狀況被破壞，使電弧偏離焊絲（條）軸線方向，這種現(xiàn)象稱為磁偏吹，如圖1-14所示。一旦產(chǎn)生磁偏吹，電弧軸線就難以對準(zhǔn)焊縫中心，導(dǎo)致焊縫成形不規(guī)則，影響焊接質(zhì)量。圖1-14 引起磁偏吹的根本原因是電弧周圍磁場分布不均勻，致使電弧兩側(cè)產(chǎn)生的電磁力不同。焊接時(shí)引起磁力線分布