一、焊接电弧的引燃过程

1、焊接电弧的概念

1.1电弧：强烈的光和大量的热气体放电的基本概念焊接时，将焊丝（焊条）与焊件接触后很快拉开，这时在焊丝端部和焊件之间立即产生了明亮的电弧，如图1-1

1.2电弧：实质上是在一定条件下，电荷通过两电极之间的气体空间的一种导电现象，或者说是一种气体放电现象.(自由电弧)

1.3由焊接电源供给的，具有一定电压的两电极或电极与工件间，在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象，称为“焊接电弧”。

1.4气体不能导电→电流通不过，电弧就不能自发地产生。

1.5电弧的产生和维持的重要条件之一是：必须使两电极间的气体呈现导电性→气体电离

1.6使气体呈现导电性的方法是把气体电离。气体电离后，原来气体中的一些中性微粒转变为电子、正离子等带电粒子，这时电流才能通过气体间隙而形成电弧

2、气体电离

2.1使中性的气体分子或原子释放电子形成正离子的过程叫作气体电离

2.2使气体电离所需要的能量称为电离电位（或电离功）

2.3使中性粒子激励所需要的最低外加能量称为激励电位。

2.4使手工电弧焊时电弧能容易引燃和稳定燃烧，常在焊条中加入一些电离电位比较低的物质，如水玻璃(Na2·SiO2·H2O或K2O·SiO2·H2O)、碳酸钠（Na2CO3）、大理石（CaC

2.5气体电离的种类主要有：热电离、电场作用下的电离、光电离

3、阴极电子发射

3.1阴极的金属表面连续地向外发射发电子的现象；

3.2阴极电子发射也和气体电离一样，两者都是电弧产生和维持的重要条件。而且是阴极电子的发射越强烈，电弧燃烧就越稳定；

3.3电子从阴极金属表面逸出所需要的能量称为电子逸出功。

3.4在焊条中由于药皮中含有较多的钾、钠、钙等化合物，也有利于阴极电子的发射，从而促使电弧燃烧更稳定。

3.5电子发射有以下几类：热发射、电场发射、撞击发射等。阴极电子发射后，又从焊接电源获得新的电子。

3.6焊接电弧的引燃过程：

3.6.1我们把造成两电弧间的气体发生电离及电子发放射而引起电弧燃烧的过程叫电弧的引燃。

3.6.2电弧的引燃：

第一种方法是将两电极互相靠近到只有1~2毫米的间距，这时如果在两电极间加有很高的电压(约伏以上),那么在强电场作用下，阴极上的电子既可以克服阴极内部正电荷对它的静电引力而逸出阴极表面，即产生了电子发射，造成了空气中放电而形成电弧。

第二种方法是先将通上电源的焊条末端与焊件表面相接触，然后很快地将焊条拉开至焊件表面距离3~4毫米的间隙，则电弧就在焊条与焊件的间隙中燃烧了。

3.7电压恢复时间：

3.7.1在焊接过程中，电源电压由短路时的零值增到电弧电压复然的电压值所需要的时间。

3.7.2电压恢复时间对于焊接电弧的复然以及焊接过程的稳定性具有重大实际意义。这个时间的长短，是由焊机的特性来决定的。在电弧焊接时，对电弧电压的恢复时间要求越短越好，一般不超过0.05秒。如果电压恢复时间太长,则电弧就不容易引燃及造成焊接过程不稳定。

3.8焊接电弧引然的顺利与否,还与如下因素有关:

焊接电流强度、电弧中的电离物质、电源的空载电压及特性等

如果焊接电流大，电弧中又存在容易电离的元素，电源电压的空载电压高时，则电弧的引然就容易。

二、焊接电弧的构造及静特性

2.1焊接电弧的构造及温度

2.1.1焊接电弧的构造可以划分为三个区域：阴极区、阳极区、弧柱。

2.1.1.1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10-5-10-6厘米。

2.1.1.2阴极斑点：在阴极区的阴极表面有一个明显的光斑点，它是电弧放电时,负电极表面上集中发射电子的微小区域。

2.1.1.3阴极区的温度一般达~OK，放出的热量占36%

2.1.1.4阳极区电弧紧靠正电极的区域称为阳极区。阳极区较阴极宽，约为10-3-10-4厘米。

2.1.1.5在阳极的阳极表面也有光亮的斑点，它是电弧放电时，正电极表面上集中接收电子的微小区域，称为阳极斑点。

2.1.1.6阳极区的温度一般达到~OK，放出的热量占43%左右。

2.1.1.7弧柱：电弧阴极区和阳极区之间的部分称为弧柱。

2.1.1.8由于阴极区和阳极区都很窄,因此弧柱的长度基本上等到于电弧长度。

2.1.1.9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。因此弧柱的中心温度可达~OK.放出的热量占21%左右。

2.1.1.10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;

2.1.1.11焊接电流越大,弧柱电离程度也越大,弧柱温度也越高。

2.1.1.12电弧电压电弧两端（两电极）之间的电压降称为电弧电压

U弧=U阴+U阳+U弧=U阴+U阳+bl弧

式中：U弧—电弧电压（伏特）

U阴—阴极压降（伏特）

U阳—阳极压降（伏特）

U弧—弧柱压降（伏特）

b—单位长度的弧柱压降，一般为20~40伏/厘米

l弧—电弧长度（厘米）

弧柱电压降与弧柱长度成正比

2.2、电弧的静特性

2.2.1在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流与电弧电压变化的关系称为电弧静特性。一般也称伏—安特性。表示它们关系的曲线叫电弧的静特性曲线。

2.2.2不同的电极材料、气体介质或电弧长度，对电弧静特性均有影响，当其它条件不变时，弧长增加，电弧电压也长高，电弧静特性曲线位置也相应升高，见图。当电流一定时，电弧电压与弧长成正比。

三、焊接电源的极性、应用及电弧的稳定性

3.1焊接电源的极性

3.2正接和反接：

3.2.1所谓正接就是焊件接电源正极、焊条（焊丝）接电源负极的接法，正接也称正极性。

3.2.2反接就是焊件接电源负极，焊条接电源正极的接线法，反接也称反极性。

3.2.3对于交流电焊机来说，由于电源的极性是交变的，所以不存在正接和反接

3.3.4正接及反接的优缺点：

正接:熔深深；

反接:飞溅小,电弧燃烧稳定,氢气孔产生的可能性小；

直流钨极氩弧焊焊铝时具有“阴极破碎作用”；

3.2、焊接电源极性的应用

选用焊接电源的极性时，主要应根据焊接方法、焊条的性质和焊件所需的热量来决定；如用酸性焊条、直流电源

厚板→正接

薄板→反接

碱性低氢型焊条时，无论焊接厚板或薄板，均应采用直流反极性，因为这样可以减少飞溅现象和减少气孔倾向，并能使电弧稳定燃烧。

3.3、焊接电弧燃烧的稳定性

焊接电弧的稳定性就是指电弧保持稳定燃烧（不产生断弧、飘移和磁偏吹等）

1）焊接电源的影响

（1）焊接电源的特性

（2）焊接电流的种类

（3）焊接电源的空载电压

2）焊接电流的影响

3）焊条药皮的影响

4）电弧长度

5）其它影响因素

四、焊接电弧的偏吹

4.1、焊接电弧偏吹的原因：

1）焊条的偏心度过大

2）电弧周围气流的干扰

3）磁偏吹

4.2、直流电弧焊时，因受到焊接回路所产生的电磁力的作用而产生的电弧偏吹造成电弧产生磁偏吹的因素

（1）接地线位置不正确引起的电弧偏吹

磁偏吹的方向与焊件上的接地线位置有关(电弧偏向接地线相反的方向),而与电源的极性无关。

（2）铁磁物质引起的电弧偏吹

（3）焊条与焊件的相对位置不对称引起的电弧偏吹

磁偏吹与焊接电流有关，焊接电流越大，磁偏吹现象越严重，只有在使用直流电源焊接时才会发生。

4.3、减少或防止焊接电弧偏吹的方法：

1）焊接时，在条件许可的情况下尽量使用交流电源焊接

2）在露天操作时，如果有大风则必须用挡板遮挡，对电弧进行保护

3）在焊接间隙较大的对接焊缝时，可在接缝下面加垫板

4）在焊缝两端各加一小块引弧板及引出板

5）采用短弧焊接

6）在操作时适当调整焊条角度

7）适当地改变焊件上的接地线部位

4.4、采用小电流焊接对克服磁偏吹也能起一定的作用。