【2017年整理】气体保护焊电弧特性一.doc

气体保护焊电弧特性 （一） 1.1 ? 电弧是一种气体放电现象，它能把电能有效而简便地转化为热能、机械能和光能。 定义：有焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间或电极与母材间，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。 1.2 焊接电弧的基本特点是什么？ 焊接电弧的基本特点为： 1）维持电弧稳定燃烧的电弧电压很低，只有10～50V。 2）在电弧中能通过很大电流，可从几安～几千安。 3）电弧具有很高的温度，弧柱温度是不均匀的，中心温度最高，可达到5000～30000K，而远离中心则温度降低。 4）电弧能发出很强的光。电弧的光辐射波长为（1.7～50）×10-7m。它包括红外线，可见光和紫外线3个部分。 1.3 电弧由哪几部分组成？其特点是什么？ 电弧是由3部分组成，即弧柱区、阴极区和阳极区，如图1所示。 1、弧柱区 弧柱区呈电中性，它是由分子、原子、受激的原子、正离子、负离子及电子所组成，其中带正电荷的离子与带负电荷的离子几乎相等，所以又称为等离子体。带电的粒子在等离子体定向移动，基本上不消耗能量，所以才能够在低电压条件下，传输大电流。传输电流的主要带电粒子是电子，大约占带电粒子总数的99.9%，其余为正离子。 因为阴极区和阳极区的长度极短，所以可以认为弧柱区长度为电弧长度。弧柱区的电场强度较低，通常只有5～10V/cm。 2、阴极区 阴极被认为是电子之源。它向弧柱提供99.9%的带电粒子（电子）。阴极发射电子的能力，对电弧稳定性影响极大。阴极区的长度为10-5～10-6cm，如果阴极压降为10V，则阴极区的电场强度为106～107V/cm。 3、阳极区 阳极区主要是接受电子，但还应向弧柱提供0.1%的带电粒子（正离子）。通常阳极区的长度为10-2～10-3cm，则阳极区的电场强度为103～104V/cm。由于阳极材料和焊接电流对阳极区压降影响很大，它可以在0～10V之间变化。例如当电流密度较大，阳极温度很高，使阳极材料发生蒸发时，阳极压降将降低，甚至到0V。 1.4 试述短路引弧法的原理及提高引弧成功率的方法。 熔化极气体保护电弧焊都是利用短路引弧法进行引弧，钨极氩弧焊大都采用非接触引弧法，但也有采用短路引弧法。下面以熔化极气体保护焊为例说明短路引弧法的原理。 熔化极气体保护电弧焊引弧时首先送进焊丝，并逐渐接近母材，如图2所示。一旦与母材接触，电源将提供较大的短路电流，利用在A点附近的焊丝爆断，进行引弧。如果在B点爆断，则引弧失败。所以在A点爆断是引弧成功的必要条件。 在A点还是在B点爆断主要是由于焊丝在该点附近产生电阻热的大小，也就是其接触电阻的大小。A、B两点的接触电阻如图3所示。B点为焊丝与导电嘴的接触处，其接触电阻RB随时间变化很小，基本上不变。在A点却不同，A点为焊丝端头与母材的接触点。RA为接触电阻，在焊丝与母材接触瞬间RA为无穷大；随着短路电流的增加，A点迅速软化，使接触面积增加，于是RA急剧减小。可见，为确保引弧成功，希望短路电流增长速度diS/dt越大越好，RA衰减速度越慢越好。也就是在RA很大时，短路电流iS增加到较高的值，使得在A点发生爆断。 提高引弧成功率的方法如下： 1）提高短路电流增长速度diS/dt，主要是改善电源的工作状态。如整流焊机中往往利用电流电感调节焊机的动态特性，以便减小飞溅和改善成形，但是却降低了diS/dt，而降低了引弧功率。为此，在引弧时常常利用旁路电路将直流电感短接，而引弧成功后再将该电感接入。此处，当逆变焊机出现后，充分利用电子电抗器调节电源动特性，而选用很小的直流电感，所以勿需采用上述方法，都可以得到很可靠的引弧过程。 2）减小接触电阻RA的衰减速度。引弧时令焊丝送进速度慢一些，以便减小焊丝与母材的压力增长速度，RA衰减速度减缓。送丝速度太慢也不利，通常选用1.5～3m/min。引弧成功后，应立刻转换为正常送丝速度。 3）利用剪断效应引弧。一般情况下，焊接时都利用钳子剪断焊丝端头残留的金属熔滴小球，以利于引弧。但这样做很麻烦，所以现在许多气体保护焊设备增加了去球功能，也就是剪断效应。在焊接结束时，适当降低电弧电压和送丝速度，从而实现自动去球功能。 4）导电嘴磨耗较大时，将增大B点处的接触电阻RB，不利于引弧。为此应及时更换导电嘴。 1.5 试述高频高压引弧和高压脉冲引弧法的原理。 钨极氩弧焊时，主要采用高频高压引弧法或脉冲引弧法。这两种方法都是将钨极接近工件，但是不接触，它们中间留有2～5mm的间隙。这两种方法的电压都很高，达到2000～3000V。引弧时利用高压击穿电极与工件的空间，形成火花放电，在高压作用下，电弧空间形成很强的电场，加强了阴极发射电子及电弧空间的电离作用，使电弧空间由火花放电或辉光放电很快就转变到电弧放电。由于电弧放电时产生的高温，可以