弧焊電源及其數(shù)字化控制第1章-焊接電弧及其電特性課件

1、1.2焊接電弧的結(jié)構(gòu)和伏安特性1.3交流電弧1.4焊接電弧的分類(lèi)及其特點(diǎn)11.1焊接電弧的物理本質(zhì)和引燃1.5焊接電弧力及其種類(lèi)和影響因素 電弧是電弧焊接的熱源，而弧焊電源則是電弧能量的供應(yīng)者?；『鸽娫措娞匦缘暮脡模苯佑绊懙诫娀∪紵姆€(wěn)定性，而電弧是否穩(wěn)定燃燒又直接影響焊接過(guò)程的穩(wěn)定性和焊縫的質(zhì)量，甚至效率。所以，我們首先必須了解焊接電弧的物理本質(zhì)和特別是電特性，然后才能研究電弧對(duì)弧焊電源電氣性能的要求 。21.1.1 氣體原子的激發(fā)、電離和電子發(fā)射 中性氣體原來(lái)是不能導(dǎo)電的，為了在氣體中產(chǎn)生電弧而通過(guò)電流，就必須使氣體分子(或原子)電離成為正離子和電子。而且，為了使電弧能維持燃燒，電弧的陰

2、極就要不斷發(fā)射電子，這就必須不斷地輸送電能給電弧，以補(bǔ)充能量的消耗。 可見(jiàn)，焊接電弧也是氣體放電的一種形式。它與其他氣體放電的區(qū)別，在于它的陰極壓降低、電流密度大，而氣體的電離和電子發(fā)射是電弧中最基本的物理現(xiàn)象。 1.1.1.1 氣體原子的激發(fā)與電離 氣體原子的激發(fā) 如果氣體原子得到了外加的能量，電子就可能從一個(gè)較低的能級(jí)跳躍到一個(gè)較高能級(jí)，這時(shí)原子處于“激發(fā)”狀態(tài)，使原子躍至“激發(fā)”狀態(tài)所需的能量，稱(chēng)為激發(fā)能。 氣體原子的電離 使電子完全脫離原子核的束縛，形成離子和自由電子的過(guò)程為電離。由原子形成正離子所需的能量稱(chēng)為電離能。在焊接電弧中，根據(jù)引起電離的能量來(lái)源，有如下三種電離形式： (1)

3、撞擊電離。在電場(chǎng)中被加速的帶電質(zhì)點(diǎn)（電子、離子）與中性質(zhì)點(diǎn)碰撞后發(fā)生電離。 (2) 熱電離在高溫下，具有高動(dòng)能的氣體原子（或分子）互相碰撞而引起的電離。 (3) 光電離氣體原子（或分子）吸收了光射線(xiàn)的光子能而產(chǎn)生的電離。 氣體原子電離的同時(shí)，異性電荷的質(zhì)點(diǎn)也會(huì)因碰撞使正離子與電子結(jié)合而產(chǎn)生復(fù)合現(xiàn)象。當(dāng)電離與復(fù)合速度相等時(shí)，電離與符合就趨于相對(duì)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。3 1.1.1.2 電子發(fā)射 在陰極表面的原子或分子，接受外界的能量而釋放出自由電子的現(xiàn)象稱(chēng)為電子發(fā)射。 電子發(fā)射所需的能量稱(chēng)為逸出功 ， y以表示。物質(zhì)的逸出功一般約為電離能的1/21/4。逸出功不僅與元素種類(lèi)有關(guān)，也與物質(zhì)表面狀態(tài)有很大

4、關(guān)系。表面有氧化物或其他雜質(zhì)時(shí)均可以顯著減少逸出功。例如，鎢極上含有釷或鈰的氧化物時(shí)，其電子發(fā)射能力明顯提高。 電子發(fā)射是引弧和維持電弧穩(wěn)定燃燒的一個(gè)很重要的因素。按其能量來(lái)源的不同，可分為熱發(fā)射、光電發(fā)射、重粒子碰撞發(fā)射和強(qiáng)電場(chǎng)作用下的自發(fā)射等。 熱發(fā)射：物質(zhì)的固體或液體表面受熱后，其中某些電子具有大于逸出功的能量而逸出到表面外的空間中的現(xiàn)象稱(chēng)為熱發(fā)射。 光電發(fā)射：物質(zhì)的固體或液體表面接受光射線(xiàn)的能量而釋放出自由電子的現(xiàn)象稱(chēng)為光電發(fā)射。 4 重粒子撞擊發(fā)射： 能量大的重粒子（如正離子等）撞到陰極上，引起電子的逸出，稱(chēng)為重粒子撞擊發(fā)射。 強(qiáng)電場(chǎng)作用下的自發(fā)射： 物質(zhì)的固體或液體表面，雖然溫度不

5、高，但當(dāng)存在強(qiáng)電場(chǎng)并在表面附近形成較大的電位差時(shí)，使陰極有較多的電子發(fā)射出來(lái)，這就稱(chēng)為強(qiáng)電場(chǎng)作用下的自發(fā)射，簡(jiǎn)稱(chēng)自發(fā)射。電場(chǎng)愈強(qiáng)，發(fā)射出的電子形成的電流密度就愈大。自發(fā)射在焊接電弧中也起重要作用，特別是在非接觸式引弧時(shí)，其作用更明顯。 綜上所述，焊接電弧是氣體放電的一種形式。而習(xí)慣上把這種氣體放電現(xiàn)象稱(chēng)為電弧燃燒，這是一種形象化的稱(chēng)呼。焊接電弧的形成和維持是在電場(chǎng)、熱、光和質(zhì)點(diǎn)動(dòng)能的作用下，氣體原子不斷地被激發(fā)、電離以及電子發(fā)射的結(jié)果。同時(shí)，也存在負(fù)離子的產(chǎn)生，正離子與電子的復(fù)合。顯而易見(jiàn)，引燃焊接電弧的能量來(lái)源主要靠電場(chǎng)及由其產(chǎn)生的熱、光和動(dòng)能。而這個(gè)電場(chǎng)就是由弧焊電源提供的空載電壓所產(chǎn)生的

6、，在某些條件下還需要短時(shí)疊加上一個(gè)較高的電壓，才能引燃電弧。51.1.2 焊接電弧的引燃 焊接電弧的引燃，一般有兩種方式：即接觸引弧和非接觸引弧。圖1-1引弧過(guò)程的電壓、電流變化曲線(xiàn)圖a)接觸引弧b)非接觸引弧u0空載電壓uf電弧電壓if電弧電流61.1.2.1 接觸引弧 接觸引弧即是在弧焊電源接通后，電極（焊條或焊絲）與工件直接短路接觸，隨后拉開(kāi)，從而把電弧引燃起來(lái)。這是一種最常用的引弧方式。 圖1-2 接觸引弧示意圖 由于電極和工件表面都不是絕對(duì)平整的，在短路接觸時(shí)只是在少數(shù)凸出點(diǎn)上接觸，如圖1-2所示。通過(guò)這些接觸點(diǎn)的短路電流，比正常的焊接電流要大得多。而接觸點(diǎn)的面積又小，因此電流密度極

7、大，這就可能會(huì)產(chǎn)生大量的電阻熱，使電極金屬表面發(fā)熱、熔化，甚至汽化，引起熱發(fā)射和熱電離。隨后在拉開(kāi)電極的瞬間，電弧間隙極小，只有10-6cm左右，使其電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到很大的數(shù)值(106V/cm)。7 這樣，即使在室溫下都有可能產(chǎn)生明顯的自發(fā)射，在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，又使已產(chǎn)生的帶電質(zhì)點(diǎn)被加速、互相碰撞，引起撞擊電離。隨著溫度的增加，光電離和熱電離也進(jìn)一步加強(qiáng)，使帶電質(zhì)點(diǎn)的數(shù)量猛增，從而能維持電弧的穩(wěn)定燃燒。在電弧引燃之后，電離和復(fù)合(消電離)處于動(dòng)平衡狀態(tài)。由于弧焊電源不斷供以電能，新的帶電質(zhì)點(diǎn)不斷得到補(bǔ)充，彌補(bǔ)了消耗的帶電粒子。焊條電弧焊和熔化極氣體保護(hù)焊都是采用這種引弧方式。 8 1.1.2. 2

8、非接觸引弧 非接觸引弧，它是指在電極與工件之間存在一定間隙，施以高電壓擊穿間隙，使電弧引燃 。圖1-3 高頻和脈沖引弧示意a)引弧器接入方式 b)高頻高壓引弧電壓波形 c)高壓脈沖引弧電壓波形uyh 引弧電壓 t 時(shí)間 高壓脈沖引弧引弧頻率為50或100Hz，電壓峰值為30005000V；高頻高壓引弧則需用高頻振蕩器，它每秒脈沖引弧振蕩100次，每次振蕩頻率為150260KHz，電壓峰值為20003000V。9 可見(jiàn)，這是一種依靠高電壓迫使電極表面產(chǎn)生電子的自發(fā)射而把電弧引燃的方法，這種引弧方法主要應(yīng)用于鎢極氬弧焊和等離子弧焊。引弧時(shí)，電極不必與工件短路，這樣不僅不會(huì)污染工件和電極的引弧點(diǎn)，而

9、且也不會(huì)損壞電極端部的幾何形狀，有利于電弧的穩(wěn)定燃燒。但是，它也存在高頻干擾和給焊工帶來(lái)疲勞等不足之處。101.2焊接電弧的結(jié)構(gòu)和伏安特性1.3交流電弧1.4焊接電弧的分類(lèi)及其特點(diǎn)111.1焊接電弧的物理本質(zhì)和引燃1.5焊接電弧力及其種類(lèi)和影響因素 前面分析了焊接的物理本質(zhì)和形成?，F(xiàn)在介紹它的結(jié)構(gòu)和電特性，即伏安特性，包括靜特性和動(dòng)特性。直流電弧和交流電弧是焊接電弧的兩種最基本的形式，為了便于理解，首先從直流焊接電弧(以下簡(jiǎn)稱(chēng)焊接電弧)入手討論。 電弧沿著其長(zhǎng)度方向分為三個(gè)區(qū)域，如圖1-4所示。電弧與弧焊電源正極所接的一端稱(chēng)陽(yáng)極區(qū)，與負(fù)極相接的那端稱(chēng)陰極區(qū)。陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)之間的部分稱(chēng)弧柱區(qū)，或

10、稱(chēng)正柱區(qū)、電弧等離區(qū)。陰極區(qū)的寬度約為10-510-6cm， 而陽(yáng)極區(qū)的寬度僅約10-3 10-4cm， 因此，電弧長(zhǎng)度可以視為近似等于弧柱長(zhǎng)度?；≈糠值臏囟雀哌_(dá)500050000K。1.2.1 焊接電弧的結(jié)構(gòu)及壓降分布圖1-4電弧結(jié)構(gòu)和電位分布 沿著電弧長(zhǎng)度方向的電位分布是不均勻的。在陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)電位分布曲線(xiàn)的斜率很大，而在弧柱區(qū)電位分布曲線(xiàn)則較平緩，并可認(rèn)為是均勻分布的，如圖1-4所示。這三個(gè)區(qū)的電壓降分別稱(chēng)為陰極壓降Ui、陽(yáng)極壓降Uy和弧柱壓降Uz。它們組成了總的電弧電壓Uf，可表示為： Uf=Ui+Uy+Uz (1-1) 圖1-4電弧結(jié)構(gòu)和電位分布 焊接電弧的電特性包括靜特性和動(dòng)特

11、性。 一定長(zhǎng)度的電弧在穩(wěn)定狀態(tài)下，電弧電壓與電弧電流之間的關(guān)系，稱(chēng)為焊接電弧的靜特性伏安特性，簡(jiǎn)稱(chēng)伏安特性或靜特性。可用下列函數(shù)表示： Uf=f (If) 1.2.2.1 焊接電弧的靜特性 1.2.2 焊接電弧的電特性圖1-5 焊接電弧的靜特性曲線(xiàn) 焊接電弧是非線(xiàn)性負(fù)載，即電弧兩端的電壓與通過(guò)電弧的電流之間不是成正比例關(guān)系。當(dāng)電弧電流從小到大在很大范圍內(nèi)變化時(shí)，焊接電弧的靜特性近似呈U形曲線(xiàn)，故也稱(chēng)為U形特性，如圖1-5所示。 U形靜特性曲線(xiàn)可看成由三段(、)組成。在段，電弧電壓隨電流的增加而下降，是下降特性段；在段呈等(恒)壓特性，即電弧電壓不隨電流而變化，是平特性段；在段，電弧電壓隨電流增

12、加而上升，是上升特性段。 現(xiàn)在研究電弧靜特性各段形狀的形成機(jī)理。由式(1-1)可知，電弧電壓是陰極壓降、陽(yáng)極壓降和弧柱壓降之和。因此，只要弄清每個(gè)區(qū)域的壓降與電流的關(guān)系，則不難理解為何形成U形特性。圖1-6 電弧各區(qū)域壓降與電流的關(guān)系圖 在陽(yáng)極區(qū)，陽(yáng)極電壓Uy基本與電流無(wú)關(guān)，Uy= (If)。 在陰極區(qū)，當(dāng)電弧電流If較小時(shí)，陰極斑點(diǎn)（在陰極尚電流密度高的光點(diǎn)）的面積Si小于電極端部面積，這時(shí)Si隨If增加而增大，陰極斑點(diǎn)的電流密度ji=If/Si基本不變，電場(chǎng)強(qiáng)度也基本不變，Ui也基本不變。當(dāng)陰極斑點(diǎn)面積與電極面積相等時(shí)，If繼續(xù)增加，則Si不能再擴(kuò)張。ji就增加，Ui隨If的增大而上升。

13、在弧柱區(qū)，Uz分為三段。 ab段：電弧電流小，這時(shí)Sz隨If增加而增大， Sz擴(kuò)大較快，使jz=If/Sz降低；同時(shí)，If增加使弧柱溫度和電離度均增高，rz增大，jz減小和rz增大都使Uz減小。 bc段：電弧電流中等大小，Sz隨If成比例增大 jz基本不變，rz也不再隨溫度增加，Uz=jzlz/rz基本不變。 cd段：電弧電流很大，隨If增大，rz仍基本不變，但Uz不能再擴(kuò)大了，jz隨著If增加而增加，Uz隨If的增加而上升。 上述三段疊加起來(lái)就得到U形特特性曲線(xiàn)。 幾種常用焊接方法的電弧靜特性曲線(xiàn)圖 圖1-7幾種常用焊接方法的電弧靜特性曲線(xiàn)圖 a) 焊條電弧焊b) 埋弧焊(直流電源，焊絲 =

14、2.4mm) c) 熔化極氣體保護(hù)焊(1、2曲線(xiàn)，焊絲 =1.6mm) 所謂焊接電弧的動(dòng)特性，是指在一定的弧長(zhǎng)下，當(dāng)電弧電流很快變化時(shí)，電弧電壓與電流瞬時(shí)值之間的關(guān)系：uf=f (if) 1.2.2.2 焊接電弧的動(dòng)特性圖1-8 電弧的動(dòng)特性曲線(xiàn) 動(dòng)特性就是在一定的弧長(zhǎng)下，當(dāng)電弧電流變化很快的時(shí)候，電流電壓與電流瞬時(shí)值之間的關(guān)系，uf= (if)。電流ia以很快速度增加到id，隨電流增加，電弧的空間溫度升高，但由于熱慣性。后者總是滯后于前者。由于電弧空間溫度低，弧柱導(dǎo)電性差，陰極斑點(diǎn)與弧柱面積增加較慢，電弧電壓不能降至b點(diǎn)，而提高到b點(diǎn)。對(duì)應(yīng)于每一瞬時(shí)電弧電流的電壓就不在abcd上，而在abc

15、d上。 反之，當(dāng) 電流由id迅速減小到ia 時(shí)，同樣由于熱慣性的影響，電弧空間溫度來(lái)不及下降，對(duì)應(yīng)同一瞬間電弧電流的 電壓將低于靜特性之電壓，得到abcd。1.2焊接電弧的結(jié)構(gòu)和伏安特性1.3交流電弧1.4焊接電弧的分類(lèi)及其特點(diǎn)201.1焊接電弧的物理本質(zhì)和引燃1.5焊接電弧力及其種類(lèi)和影響因素 交流電弧的引燃和燃燒，就其物理本質(zhì)而言，與上述的直流電弧相同。交流電弧也是非線(xiàn)性的。上述的焊接電弧靜特性對(duì)于交流電弧也是適用的。這時(shí)，Uf 和If分別表示電弧電壓和電弧電流的有效值。但是，交流電弧作為弧焊電源的負(fù)載，還有其特殊性。因此，在確定對(duì)弧焊電源的要求之前，還必須研究交流電弧的特點(diǎn)。211.3.

16、1 交流電弧的特點(diǎn) 交流電弧一般是由50Hz按正弦規(guī)律變化的弧焊電源供電。每秒鐘內(nèi)電弧電流100次過(guò)零點(diǎn)，即電弧的熄滅和引燃過(guò)程每秒出現(xiàn)100次。這就使交流電弧放電的物理?xiàng)l件也隨著改變，具有特殊的電和熱的物理過(guò)程。 電弧周期性地熄滅和引燃 交流電流每當(dāng)經(jīng)過(guò)零點(diǎn)并改變極性時(shí)，電弧熄滅、電弧空間溫度下降。這就使電弧空間的帶電質(zhì)點(diǎn)發(fā)生復(fù)合現(xiàn)象，降低了電弧空間的導(dǎo)電能力。在電壓改變極性的同時(shí)，使上半周期內(nèi)電極附近形成的空間電荷，力圖往另一極運(yùn)動(dòng)，加強(qiáng)了復(fù)合作用，電弧空間的導(dǎo)電能力進(jìn)一步降低，使下半周期電弧重新引燃更加困難。 電弧電壓和電流波形發(fā)生畸變 由于電弧電壓和電流是交變的，電弧空間和電極表面的溫

17、度也就隨時(shí)變化。因而，電弧電阻不是常數(shù)，也將隨電流電流的變化而變化。 熱慣性作用較為明顯 由于uf，if變化得很快，電及熱得變化均來(lái)不及達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，使電弧溫度的變化落后于電的變化，這可由電弧的動(dòng)特性曲線(xiàn)表明。22 埋弧焊電弧電壓和電流波形圖： 圖1-9 埋弧焊電弧電壓和電流波形圖a) 不連續(xù)燃燒 b) 連續(xù)燃燒 231.3.2 交流電弧連續(xù)燃燒的條件 交流電弧燃燒時(shí)若有熄弧時(shí)間，則熄弧時(shí)間愈長(zhǎng)，電弧就愈不穩(wěn)定。為了保證焊接質(zhì)量必須將熄弧時(shí)間減小至零，使交流電弧能連續(xù)燃燒。24 1. 交流電弧供電原理簡(jiǎn)圖圖1-10 交流電弧供電原理簡(jiǎn)圖 2. 交流電源電壓、電弧電壓和電流波形和動(dòng)特性曲線(xiàn)圖 2

18、5圖1-11交流電源波形和動(dòng)特性曲線(xiàn)圖a) 交流電源電壓uy、電弧電壓uf和電流if波形b) 動(dòng)特性曲線(xiàn) 3. 交流電弧連續(xù)燃燒的范圍 圖1-12 交流電弧連續(xù)燃燒的范圍 上式稱(chēng)為電弧連續(xù)燃燒條件方程式。它表明為保證交流電弧連續(xù)燃燒，弧焊電源空載電壓U0、電弧電壓Uf及引燃電壓Uyh之間必須保持一定的關(guān)系。26 1.3.3 影響交流電弧穩(wěn)定燃燒的因素和提高電弧穩(wěn)定性的措施 1.3.3.1 影響交流電弧穩(wěn)定燃燒的因素 空載電壓U0：U0愈高，在同等大小的引弧電壓下，熄弧時(shí)間tx愈穩(wěn)定。引燃電壓Uyh：它對(duì)電弧的連續(xù)燃燒影響很大，Uyh愈高引燃電弧愈難，電弧愈不易穩(wěn)定。 電路參數(shù)：主電路的L、R對(duì)

19、電弧連續(xù)燃燒的影響也比較大。 電弧電流：電弧電流愈大，使電弧空間熱量愈多，電流變化率也愈大，即熱慣性作用愈顯著，可導(dǎo)致Uyh降低，電弧的穩(wěn)定性提高。 弧焊電源頻率 f ：f 提高，即周期和電弧熄滅時(shí)間tx1相應(yīng)縮短，且熱慣性作用也增強(qiáng)，從而提高了電弧的穩(wěn)定性。電極的熱物理性能和尺寸：它們對(duì)電弧的連續(xù)燃燒油一定影響。 2728圖1-13空載電壓對(duì)熄弧時(shí)間的影響圖1-14電路參數(shù)及電源頻對(duì)熄弧時(shí)間的影響1.3.3.2 提高交流電弧穩(wěn)定性的措施 為了提高交流電弧的穩(wěn)定性，在弧焊電源方面除了焊接回路要有足夠大的電感量之外，還可以采用如下措施 ： （1）提高弧焊電源頻率； （2）提高弧焊電源的空載電壓：

20、提高空載電壓能提高交流電弧的穩(wěn)定性。但空載電壓高會(huì)帶來(lái)對(duì)人身的不安全、增加材料消耗、降低功率因數(shù)等不利后果； （3）改善電弧的電流波形：如使電弧電流波形為矩形波，則電弧電流過(guò)零點(diǎn)時(shí)將具有較大的增長(zhǎng)速度，從而可減小電弧熄滅的傾向，其電流波形如圖1-15a所示 （4）疊加高壓電：在鎢極交流氬弧焊接鋁時(shí)，由于鋁工件的熱容量和導(dǎo)熱率高，熔點(diǎn)尺寸又大，因而其為負(fù)極性的半周再引弧困難。為此，需在這個(gè)半周再引弧時(shí)，加上高壓脈沖或高頻高壓電，使電弧穩(wěn)定燃燒 。2930圖1-15矩形電流波形和疊加高壓窄矩形電壓波形圖1.3.4 交流電弧的功率和功率因數(shù) 在用交流電弧進(jìn)行焊接時(shí)，要求能充分利用電弧功率，以獲得較高

21、的效率。此外，還希望在弧長(zhǎng)略有變化時(shí)功率保持穩(wěn)定，使焊接過(guò)程能順利進(jìn)行。因此，研究交流電弧功率及功率因數(shù)的影響因素和計(jì)算方法，也是有必要的。 31 交流電弧的電壓和電流時(shí)刻都在變化。所以，交流電弧的功率是指交流電弧在半個(gè)周期內(nèi)的平均功率(又稱(chēng)為有功功率)，即 為交流電弧的有功功率 ； 、 分別為電弧電壓和電弧電流的瞬時(shí)值 1.3.4.1 交流電弧的功率32圖1-16簡(jiǎn)化后交流電弧的電壓電流波形圖 33圖1-17交流電弧有功功率Pf與K的關(guān)系圖(陰影區(qū)是工作區(qū))交流電弧有功功率Pf與K的關(guān)系圖(陰影區(qū)是工作區(qū)），如圖1-17所示34 1.3.4.2 交流電弧的功率因數(shù) 交流電弧的功率因數(shù)f是指交

22、流電弧的有功功率Pf與電弧電壓和電弧電流有效值乘積之比值。 f是表明電弧電壓與電弧電流波形畸變所帶來(lái)的影響。當(dāng)電弧燃燒的連續(xù)性差時(shí)，波形畸變就嚴(yán)重，f相應(yīng)較小。1.2焊接電弧的結(jié)構(gòu)和伏安特性1.3交流電弧1.4焊接電弧的分類(lèi)及其特點(diǎn)351.1焊接電弧的物理本質(zhì)和引燃1.5焊接電弧力及其種類(lèi)和影響因素 焊接電弧的性質(zhì)與供電電源的種類(lèi)、電弧的狀態(tài)、電弧周?chē)慕橘|(zhì)以及電極材料有關(guān)。按照不同的方法，可作出如下的分類(lèi)： （1）按電流種類(lèi)可分為：交流電弧、直流電弧和脈沖電弧(包括高頻脈沖電弧) （2）按電弧狀態(tài)可分為：自由電弧和壓縮電弧。 （3）按電極材料可分為：熔化極電弧和不熔化極電弧。36 自由電弧可

23、分為不熔化極電弧和熔化極電弧兩種1.4.1 自由電弧 1.4.1.1 不熔化極焊接電弧 電極本身在焊接過(guò)程中不熔化，沒(méi)有金屬熔滴過(guò)渡，通常都采用惰性氣體(如氬氣、氦氣等)保護(hù)。在我國(guó)因氦氣甚為昂貴，在大多數(shù)情況下都采用氬氣保護(hù)，電極多采用鎢極或鎢極摻有少量稀土金屬，如釷或鈰等，這種電弧通常稱(chēng)為鎢極氬弧 。 鎢極氬弧又分為直流電弧與交流電弧兩種。 37 1.4.1.2 熔化極焊接電弧 作為電弧一個(gè)極，在焊接電弧燃燒過(guò)程中是不斷熔化，并過(guò)渡到焊接工件上去的。熔化極焊接電弧，根據(jù)電弧是否可見(jiàn)又可分為明弧和埋弧兩大類(lèi)。 明弧的電極也有兩種，一種是在金屬絲表面敷有涂料，即到處可見(jiàn)的焊條電弧焊所用的焊條。

24、另一種明弧是采用光電極(光焊絲)。 埋弧焊采用的是光焊絲，但在焊接過(guò)程中要不斷地往電弧周?chē)徒o顆粒狀焊劑(或稱(chēng)焊藥)，電弧在焊劑中燃燒，或者說(shuō)電弧被埋在焊劑下。因?yàn)楹竸┲幸埠蟹€(wěn)弧元素，所以電弧燃燒也很穩(wěn)定。這種電弧既可以是直流電弧，也可以是交流電弧。381.4.2 壓縮電弧如果把自由電弧的弧柱強(qiáng)迫壓縮，就獲得一種比一般電弧溫度更高，能量更集中的熱源，即壓縮電弧 。等離子弧就是一種典型壓縮電弧，它靠熱收縮、磁收縮和機(jī)械壓縮效應(yīng)，使弧柱截面縮小，能量集中，從而提高了電弧電離度，形成高溫等離于弧。等離子弧又可分為以下三種型式： （1）轉(zhuǎn)移型等離子弧 （2）非轉(zhuǎn)移型等離子弧 （3）混合型等離子弧 3

25、9 三種型式等離子弧示意圖 圖1-18三種形式等離子弧示意圖a)轉(zhuǎn)移型b)非轉(zhuǎn)移型c)混合型40 (1) 轉(zhuǎn)移型等離子弧電極接負(fù)極，工件接正極，等離子弧產(chǎn)生于電極與工件之間，如圖1-18a所示。如果電極有好的冷卻條件和電極材料耐高溫性能較好，則也可接正極，此時(shí)，工件接負(fù)極。 (2) 非轉(zhuǎn)移型等離子弧電極接負(fù)極，噴嘴接正極，等離子弧產(chǎn)生在電極與噴嘴表面之間，如圖1-18b所示。 (3) 混合型等離子弧把上述兩種等離子弧結(jié)合起來(lái)，工作時(shí)兩種電弧同時(shí)存在，就稱(chēng)為混合型等離子弧，如圖1-18c所示。它常用于微束等離子弧焊和等離子弧噴焊.。1.4.3 脈沖電弧電流為脈沖波形的電弧，稱(chēng)為脈沖電弧。它可分為

26、直流脈沖電弧和交流脈沖電弧。它與一般電弧的區(qū)別在于，電弧電流周期地從基本電流(維弧電流)幅值增至脈沖電流幅值?？梢园阉闯蔀橛删S持電弧和脈沖電弧兩種電弧的組成。維持電弧(或稱(chēng)基本電弧)用于在脈沖休止期間來(lái)維持電弧的連續(xù)燃燒，脈沖電弧用于加熱熔化工件和焊絲，并使熔滴從焊絲脫落和向工件過(guò)渡。 脈沖電弧的電流波形有許多種形式，例如，矩形波脈沖、梯形波脈沖、正弦波脈沖和三角形波脈沖等等。脈沖電弧還有不熔化極脈沖電弧、熔化極脈沖電弧和脈沖等離子弧之分。4142圖1-19脈沖電弧及其主要參數(shù)Im脈沖電流峰值（脈沖電流）；Ij基本電流；t1脈沖寬度（脈沖時(shí)間）；t2脈沖間隙時(shí)間（脈沖休止時(shí)間）；T脈沖周期（

27、T=t1+t2）；f脈沖頻率；K脈沖寬度比（它表征脈沖的強(qiáng)弱，即在脈沖周期中脈沖時(shí)間所占的百分比， ），也稱(chēng)占空比；IP脈沖平均電流，對(duì)于矩形波脈沖IP=Ij+（Im-Ij）=Ij+（Im-Ij）K 脈沖電流的上升率（脈沖前沿斜率）；脈沖電流的下降率（脈沖后沿斜率）。43圖1-20脈沖電弧的動(dòng)特性曲線(xiàn)及其形成圖 脈沖電弧的電流由于并非連續(xù)恒定，而是周期性變化的，因此，電弧的溫度、電離狀態(tài)、弧柱尺寸的變化均滯后于電流的變化。每個(gè)瞬間的電弧電阻應(yīng)由其動(dòng)特性來(lái)決定，圖1-20所示為脈沖頻率6Hz時(shí)動(dòng)特性曲線(xiàn)的一個(gè)實(shí)例。 隨著脈沖電流波形和頻率的不同，動(dòng)特性曲線(xiàn)的形狀也不同。此外，焊絲或電極材料、直徑

28、、保護(hù)氣體的種類(lèi)等都將對(duì)脈沖電弧的動(dòng)特性有一定影響。1.2焊接電弧的結(jié)構(gòu)和伏安特性1.3交流電弧1.4焊接電弧的分類(lèi)及其特點(diǎn)441.1焊接電弧的物理本質(zhì)和引燃1.5焊接電弧力及其種類(lèi)和影響因素45圖1-21流體導(dǎo)體電磁收縮力圖1-22圓錐形電弧模型示意圖1.5.1電弧力的種類(lèi) （1）電磁收縮力根據(jù)電工原理，可把一個(gè)導(dǎo)體通過(guò)的電流看成由無(wú)數(shù)條方向相同的電流線(xiàn)（i1，i2，）組成，并在線(xiàn)間產(chǎn)生相互吸引的電磁力，使流體導(dǎo)體（如液體、氣體）變形產(chǎn)生收縮，如圖1-21所示。這個(gè)電磁力F1、F2稱(chēng)為電磁收縮力。焊接電弧兩端電極尺寸相差懸殊，通常焊條（焊絲）直徑很小而工件尺寸很大。電弧在焊條（焊絲）上受到電極尺寸的限制，在工件上則可自由擴(kuò)展，就形成一個(gè)截面不斷變化的圓錐體，如圖1-2