【正文】 Yangtze university college of engineering technology 第一章 焊接電弧 （ 1） 正離子和電子對電極的撞擊力 電弧焊時 ,陰極受到正離子的撞擊 ,陽極受到電子的撞擊 , 因正離子的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電子的質(zhì)量 ,而陰極壓降UK又大于陽極壓降 UA,因此撞擊力在 陰極上較大 ,而在陽極上較小。 長大工院機(jī)械系 Yangtze university college of engineering technology 第一章 焊接電弧 （ 2）電磁收縮力 當(dāng)電極上形成熔滴并出現(xiàn)斑點時 ,焊絲、熔滴及電弧中電流線的分布如圖 129所示。電弧空間和熔滴中的電流線都在斑點處集中 ,由于電磁力合成的方向都是由小斷面指向大斷面 ,故在斑點處產(chǎn)生向上的電磁力 ,阻礙熔滴過渡。一般情況下 ,陰極斑點尺寸小于陽極斑點尺寸 ,故陰極斑點受到的力要大于陽極斑點受到的力。 F? F斑 Fmg 斑點力 長大工院機(jī)械系 Yangtze university college of engineering technology 第一章 焊接電弧 圖 129 斑點的電磁收縮力 長大工院機(jī)械系 Yangtze university college of engineering technology 第一章 焊接電弧 （ 3） 電極材料蒸發(fā)產(chǎn)生的反作用力 斑點上的電流密度很高 ,使這個部位的溫度很高 ,因而產(chǎn)生強(qiáng)烈的蒸發(fā) ,使金屬蒸氣以一定的速度從斑點處發(fā)射出來 ,同時給斑點施加一個反作用力。通常陰極斑點的電流密度比陽極斑點大 ,因此，導(dǎo)致 陰極斑點受到的反作用力大于陽極斑點 。 長大工院機(jī)械系 Yangtze university college of engineering technology 第一章 焊接電弧 焊接電弧力的影響因素 影響焊接電弧力大小的主要因素有 : 1 焊接電流和電弧電壓 當(dāng)增大焊接電流時 ,電弧力顯著增加 (見圖 130)，這主要與電磁收縮力和等離子流力顯著增加有關(guān)。當(dāng)電弧電壓升高時 ,意味著電弧長度增加 ,由于電弧范圍的擴(kuò)展 ,使電弧力降低 ,如圖 131所示。 長大工院機(jī)械系 Yangtze university college of engineering technology 第一章 焊接電弧 圖 130 MIG電弧的電弧力與電流的關(guān)系 圖 131 電弧力與弧長的關(guān)系 長大工院機(jī)械系 Yangtze university college of engineering technology 第一章 焊接電弧 當(dāng)焊接電流相同時 , 焊絲直徑越小 ,電流密度越大 ,因此電弧電磁力越大。同時 ,造成電弧錐形越明顯 ,等離子流力越大 ,使總的電弧力增大 ,如圖 132所示。 圖 132 電弧力 F與焊絲直徑的關(guān)系 長大工院機(jī)械系 Yangtze university college of engineering technology 第一章 焊接電弧 3. 電極的極性 電極的極性對不同焊接方法的電弧力的影響不同。對于熔化極氣體保護(hù)焊 ,當(dāng)采用焊絲接負(fù) ,電弧中正離子對熔滴的沖擊比較大 ,有較大的斑點壓力作用在熔滴上 ,不利于熔滴過渡 ,且熔滴容易長大,但不能形成很強(qiáng)的電磁力和等離子流力 ,因此電弧力較小,如圖 133所示。 圖 133 MIG焊電弧力與焊絲 極性的關(guān)系 長大工院機(jī)械系 Yangtze university college of engineering technology 第一章 焊接電弧 對于鎢極氬弧焊 ,由于通常情況下陰極區(qū)收縮的程度比陽極區(qū)大 ,因此當(dāng)采取正接時將形成錐度較大的錐形電弧 ,產(chǎn)生的軸向推力大 ,電弧壓力也大 ,如圖134所示。 圖 134 鎢極氬弧焊電弧力與電極極性的關(guān)系 長大工院機(jī)械系 Yangtze university college of engineering technology 第一章 焊接電弧 不同種類的氣體介質(zhì)熱物理性能不同 ,故對電弧力的影響也不同。導(dǎo)熱性強(qiáng)的氣體，或分子是由多原子組成的氣體消耗的熱能多 ,能引起電弧的收縮 ,因而導(dǎo)致電弧力的增加 ,如圖135所示。當(dāng)電弧空間氣體壓力增加或氣體流量增加時，也會引起電弧收縮 ,導(dǎo)致電弧力增加。 圖 135 電弧力與氣體介質(zhì)的關(guān)系 長大工院機(jī)械系 Yangtze university college of engineering technology 第一章 焊接電弧 何形狀 鎢極端部的幾何形狀與電弧作用在熔池上的力有密切關(guān)系。當(dāng)鎢極端部的角度變化時 ,電弧力也發(fā)生變化 ,如圖136所示 ,當(dāng)角度為 45度時具有最大的電弧壓力。 圖 136 電弧力與電極端部角度的關(guān)系 長大工院機(jī)械系 Yangtze university college of engineering technology 第一章 焊接電弧 焊接電弧的穩(wěn)定性及其影響因素 焊接電弧的穩(wěn)定性是指焊接時電弧保持穩(wěn)定燃燒的程度。當(dāng)焊接電弧的穩(wěn)定性好時 ,電弧可在長時間內(nèi)連續(xù)穩(wěn)定地燃燒 ,不產(chǎn)生斷弧 ,不產(chǎn)生漂移和磁偏吹等現(xiàn)象 ,而保持電弧電壓和焊接電流基本不變。而當(dāng)焊接電弧的穩(wěn)定性差時 ,電弧電壓和焊接電流波動很大 ,常常使焊接過程無法進(jìn)行 ,不僅能惡化焊縫成形 ,而且能大大降低焊縫的內(nèi)在質(zhì)量。 長大工院機(jī)械系 Yangtze university college of engineering technology 第一章 焊接電弧 焊接電弧穩(wěn)定性的影響因素 影響焊接電弧穩(wěn)定性的因素很多 ,除了操作人員技術(shù)熟練程度以外，還有以下因素 : 焊接電源的空載電壓越高，越有利于場致發(fā)射和場致電離 ,因此電弧的穩(wěn)定性越高。此外，焊接電源的外特性還必須與焊接電弧的靜特性相匹配 ,而且還應(yīng)具有合適的動特性 ,只有這樣，才能使焊接電弧穩(wěn)定地燃燒。 長大工院機(jī)械系 Yangtze university college of engineering technology 第一章 焊接電弧 焊接電流大時的電弧溫度比焊接電流小時高,因而電弧中的熱電離比焊接電流小時強(qiáng)烈 ,能夠產(chǎn)生更多的帶電粒子 ,因此電弧更為穩(wěn)定。電弧電壓增大意味著電弧的長度增大 ,當(dāng)電弧過長時 ,電弧會發(fā)生劇烈擺動 ,使電弧的穩(wěn)定性下降。 長大工院機(jī)械系 Yangtze university college of engineering technology 第一章 焊接電弧 焊接電流可分為直流、交流和脈沖直流三種類型。其中，以直流電弧為最穩(wěn)定 ,脈沖直流次之 ,交流電弧穩(wěn)定性最差。 長大工院機(jī)械系 Yangtze university college of engineering technology 第一章 焊接電弧 直流電弧的極性對于 熔化極電弧焊 來說 ,由于受熔滴過渡穩(wěn)定性的影響 ,通常是直流反接好于直流正接。 對于 鎢極氬弧焊 來說 ,由于鎢屬于熱陰極材料，可以流過較大的電流 ,而電流越大，越有利于電子熱發(fā)射和熱電離 ,因此直流正接時的電弧穩(wěn)定性好于直流反接時的穩(wěn)定性。 長大工院機(jī)械系 Yangtze university college of engineering technology 第一章 焊接電弧 當(dāng)焊條藥皮或焊劑中含有較多電離能低的元素 (如 K、 Na、 Ca等 )或它們的化合物時 ,由于容易電離 ,使電弧氣氛中的帶電粒子增多 .因此可以提高電弧的穩(wěn)定性 ,如酸性焊條藥皮常加入的長石(SiO2 ,Al2O3,k2O+Na2O)、云母 ( SiO2 ,Al2O3,k2O,H2O)和燒結(jié)焊劑中常加入的大理石(CaCO3)就具有這樣的作用。 但是當(dāng)藥皮或焊劑中含有較多電離能比較高的氟化物 (如 CaF2)、氯化物 (如 KCl、 NaCl)時 ,由于能降低電弧氣氛的電離程度 ,因而降低電弧的穩(wěn)定性。 長大工院機(jī)械系 Yangtze university college of engineering technology 第一章 焊接電弧 所謂磁偏吹，是指焊接時由于某種原因使電弧周圍磁場分布的均勻性受到破壞，從而導(dǎo)致焊接電弧偏離焊絲 (或焊條 )的軸線而向某一方向偏吹的現(xiàn)象。當(dāng)采用直流電焊接時能產(chǎn)生嚴(yán)重的磁偏吹，而采用交流電焊接時要弱得多。 當(dāng)電弧周圍的磁場是均勻的、磁力線分布相對電弧軸線是對稱的時候，電弧能軸向?qū)ΨQ，但當(dāng)電弧周圍的磁場分布不均勻 ,使電弧一側(cè)的電磁力大于另一側(cè)時，電弧就要偏向一側(cè)。能夠引起磁偏吹的情況有以下幾種 : 長大工院機(jī)械系 Yangtze university college of engineering technology 第一章 焊接電弧 （ 1）地線接線位置 偏向電弧一側(cè) 如圖 139所示 . 地線接線的位置在電弧移動方向的左側(cè),焊接時 ,除焊接電弧能產(chǎn)生磁場外 ,焊件上接地線一側(cè)的母材由于流過電流，也產(chǎn)生磁場 ,因而加大了電弧左側(cè)的磁場 ,使電弧向右側(cè)偏吹。 圖 139 地線接線位置產(chǎn)生的磁偏吹 長大工院機(jī)械系 Yangtze university college of engineering technology 第一章 焊接電弧 （ 2） 電弧一側(cè)放置鐵磁物質(zhì) 如圖 140所示 ,鐵磁物質(zhì)放置在電弧移動方向的右側(cè) ,由于鐵磁物質(zhì)磁導(dǎo)率大 ,使磁力線大部分通過鐵磁物質(zhì)形成回路 ,而使該側(cè)空間中的磁力線數(shù)量大大減少 ,因此導(dǎo)致電弧兩側(cè)受力不平衡 .使電弧向右側(cè)偏吹。 長大工院機(jī)械系 Yangtze university college of engineering technology 第一章 焊接電弧 圖 140 電弧一側(cè)鐵磁物體引起的磁偏吹 長大工院機(jī)械系 Yangtze university college of engineering technology 第一章 焊接電弧 （ 3）平行電弧之間 當(dāng)兩個平行電弧的電流方向相同時，相互之間產(chǎn)生吸引；當(dāng)電流方向相反時，相互之間產(chǎn)生排斥，如圖 141所示。 圖 141 平行電弧間產(chǎn)生的磁偏吹 a)同向電流的電弧互相吸引 b)反向電流的電弧互相排斥 長大工院機(jī)械系 Yangtze university college of engineering technology 第一章 焊接電弧 焊件上如果有鐵銹、水分以及油污等時 ,由于分解時需要吸熱 ,能減少電弧的熱能 ,因此會降低電弧的穩(wěn)定性。在露天 ,特別是在野外大風(fēng)中焊接時 ,由于空氣的流速快 ,也會對焊接電弧的穩(wěn)定性產(chǎn)生有害影響。因此 ,焊接時應(yīng)將焊接處清理干凈,如果有風(fēng) ,還應(yīng)采取適當(dāng)?shù)膿躏L(fēng)措施。 長大工院機(jī)械系 Yangtze university college of engineering technology 第一章 焊接電弧 復(fù)習(xí)思考題 1 解釋下列名詞：焊接電弧、熱電離、場致電離、光電離、熱發(fā)射、場致發(fā)射、光發(fā)射、粒子碰撞發(fā)射、熱陰極型電極、冷陰極型電極。 2 試述電弧中帶電粒子的產(chǎn)生方式。 3 焊接電弧由哪幾部分組成？試述各區(qū)域的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)。 4 何謂最小電壓原理？ 5 什么是焊接電弧靜特性？各種弧焊方法的電弧靜特性有什么特點？ 6 什么是焊接電弧動特性？它反映了焊接電弧的何種特性？ 7 試述焊接電弧的產(chǎn)熱機(jī)構(gòu)以及焊接電弧的溫度分布。 8 焊接電弧能產(chǎn)生哪些電弧力？說明它們的產(chǎn)生原因以及影響焊接電弧力的因素。 9 試述影響焊接電弧穩(wěn)定性的因素。