1.电弧焊基础知识
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电弧焊-基础知识
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（二）电子的发射
（2）场致发射
当阴极表面空间有强电场存在时，金属 电极内的电子在电场静电库仑力的作用下， 从电极表面飞出的现象称为场致发射。
冷阴极电弧正是主要依靠这种方式获得足 够的电子以维持电弧稳定燃烧的。
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（二）电子的发射
（3）光发射
当金属电极表面接受光辐射时，电极表面的 自由电子能量增加，当电子的能量达到一定值时 能飞出电极的表面，这种现象称为光发射。
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（一）气体的电离
（1）电离与激励
电离能通常以电子伏（eV）为单位， 1电子伏就是1个电子通过1V电位差的空间所 获得的能量，其数值为1.6×10-19J。为了便 于计算，常把以电子伏为单位的能量转换为 数值上相等的电压来处理，单位为伏（V）， 此电压称为电离电压。电弧气氛中常见气体 的电离电压如表1-1所示。
（1）热发射 金表面承受热作用而产生电子发射的现象称 为热发射。金属电极内部的自由电子受到热作用 以后，热运动加剧，动能增加，当自由电子的动 能大于该金属的电子逸出功时，就会从金属电极 表面飞出，参加电弧的导电过程。电子发射时从 金属电极表面带走能量，故能对金属产生冷却作 用。当电子被另外的同种金属表面接受时，将释 放能量，使金属表面加热。
二、焊接电弧的导电特性
其中，暗放电和辉光放电的电流较小，电 压较高，发热发光较弱，而电弧放电的电流最 大，电压最低，温度最高、发光最强。正是因 为电弧具有这样的特点，因此在工业中广泛用 来作为热源和光源，在焊接技术中成为一种不 可缺少的能源。 综上所述，从电弧的物理本质来看，它是一种 在具有一定电压的两电极之间的气体介质中所 产生的电流最大、电压最低、温度最高、发光 最强的自持放电现象。
第一章电弧焊基础知识
电弧焊基础知识
＠熔化极电弧焊时，焊丝的熔化主要靠阴极区（正接） 或阳极区（反接）所产生的热量； ＠非熔化极电弧焊（如钨极氩弧焊或等离子弧焊）的填 充焊丝主要靠弧柱区产生的热量熔化
(2)电阻热：
焊丝伸出部分有电流流过时所产生的电阻热对焊丝有预 热作用 取决于：焊丝材料和伸出长度。
知识点一 焊丝的熔化
2．焊丝的熔化特性 焊丝的熔化特性——焊丝的 熔化速度与焊接电流之间 的关系。 主要与焊丝材料及焊丝直径、 伸出长度有关。
知识点三 焊接电弧的工艺特性
3）斑点压力 电极上斑点处受到带电粒子 的撞击或金属蒸发的反作用而 对斑点产生的压力 作用： 阴极＞阳极、阻碍熔滴过渡 引起飞溅
知识点三 焊接电弧的工艺特性
(2)、电弧力的主要影响因素 1）焊接电流和电弧电压
焊接电流增大，电磁收缩力和等离子流力都增加。焊 接电流一定，电弧长度增加引起电弧电压升高，则电弧 力减小
知识点三 焊接电弧的工艺特性
2、电弧的力学特性 （１）电弧力及其作用
1）电磁（收缩）力 作用： ◇使熔池下凹，同时也对熔池产生 搅拌作用，有利于细化晶粒，排出气 体及夹渣。 ◇促使熔滴过渡 ◇电弧更具挺直性
知识点三 焊接电弧的工艺特性
2)等离子流力 形成：在轴向推力作用下，将把靠近 电极处的高温气体推向工件方向流 动，对熔池形成附加压力。 作用： ◇增大电弧的挺直性 ◇促进熔滴过渡 ◇增大熔深并对熔池形成搅拌作用
热阴极： 热发射为主，场致发射为辅 冷阴极：场䑒发射为主，热发射为辅
知识点二 焊接电弧的导电特性
焊接电弧的导电特性：指参与电荷的运动并形成电流的带电 粒子在电弧中产生、运动和消失的过程
1、弧柱区导电特性
▲弧柱的温度很高，可使其中的大部分中性粒子电离成电子 和正离子。但弧柱呈电中性。 ▲弧柱中的电流主要由电子流构成。 ▲弧柱单位长度上的电压降（即电位梯度）称为弧柱电场强 度E。 ▲最小电压原理： 弧柱在稳定燃烧时，有一种使自身能量消耗最小的特 性。即当电流和电弧周围条件（如气体介质种类、温度、 压力等）一定时，能量消耗最小时的电场强度最低，即在 固定弧长上的电压降最小，这就是最小电压原理。
(2)电阻热：
焊丝伸出部分有电流流过时所产生的电阻热对焊丝有预 热作用 取决于：焊丝材料和伸出长度。
知识点一 焊丝的熔化
2．焊丝的熔化特性 焊丝的熔化特性——焊丝的 熔化速度与焊接电流之间 的关系。 主要与焊丝材料及焊丝直径、 伸出长度有关。
知识点三 焊接电弧的工艺特性
3）斑点压力 电极上斑点处受到带电粒子 的撞击或金属蒸发的反作用而 对斑点产生的压力 作用： 阴极＞阳极、阻碍熔滴过渡 引起飞溅
知识点三 焊接电弧的工艺特性
(2)、电弧力的主要影响因素 1）焊接电流和电弧电压
焊接电流增大，电磁收缩力和等离子流力都增加。焊 接电流一定，电弧长度增加引起电弧电压升高，则电弧 力减小
知识点三 焊接电弧的工艺特性
2、电弧的力学特性 （１）电弧力及其作用
1）电磁（收缩）力 作用： ◇使熔池下凹，同时也对熔池产生 搅拌作用，有利于细化晶粒，排出气 体及夹渣。 ◇促使熔滴过渡 ◇电弧更具挺直性
知识点三 焊接电弧的工艺特性
2)等离子流力 形成：在轴向推力作用下，将把靠近 电极处的高温气体推向工件方向流 动，对熔池形成附加压力。 作用： ◇增大电弧的挺直性 ◇促进熔滴过渡 ◇增大熔深并对熔池形成搅拌作用
热阴极： 热发射为主，场致发射为辅 冷阴极：场䑒发射为主，热发射为辅
知识点二 焊接电弧的导电特性
焊接电弧的导电特性：指参与电荷的运动并形成电流的带电 粒子在电弧中产生、运动和消失的过程
1、弧柱区导电特性
▲弧柱的温度很高，可使其中的大部分中性粒子电离成电子 和正离子。但弧柱呈电中性。 ▲弧柱中的电流主要由电子流构成。 ▲弧柱单位长度上的电压降（即电位梯度）称为弧柱电场强 度E。 ▲最小电压原理： 弧柱在稳定燃烧时，有一种使自身能量消耗最小的特 性。即当电流和电弧周围条件（如气体介质种类、温度、 压力等）一定时，能量消耗最小时的电场强度最低，即在 固定弧长上的电压降最小，这就是最小电压原理。
电弧焊基础知识
第一章电弧焊基础知识一、教学目的：能正确认识焊接电弧中带电粒子的产生原理了解焊接电弧的工艺特性及电弧力的种类了解阴极斑点及阳极斑点的定义了解熔滴上的作用力掌握熔滴过渡的主要形式及其特点能正确认识焊缝形成过程了解焊接工艺参数对焊缝成形的影响了解焊缝成形缺陷的产生及防止二、教学重点：焊接电弧中带电粒子的产生原理熔滴过渡的主要形式及其特点焊接工艺参数对焊缝成形的影响三、教学难点：电离和激励极斑点及阳极斑点最小电压原理焊缝成形缺陷的产生及防止四、参考学时数：4～6学时五、主要教学内容：第一节焊接电弧一、焊接电弧的物理基础（一）电弧及其电场强度分布电弧是一种气体放电现象，它是带电粒子通过两电极之间气体空间的一种导电过程。
电弧有三个部分构成：阴极区、阳极区、弧柱区。
（二）电弧中带电粒子的产生1、气体的电离在外加能量作用下，使中性的气体分子或原子分离成电子和正离子的过程称为气体电离。
其本质是中性气体粒子吸收足够的能量，使电子脱离原子核的束缚而成为自由电子和正离子的过程。
电离种类：（1）热电离气体粒子受热的作用而产生电离的过程称为热电离。
其本质为粒子热运动激烈，相互碰撞产生的电离。
（2）场致电离带电粒子在电场中加速，和其中的中性粒子发生非弹性膨胀而产生的电离。
电离程度：电离度：单位体积内电离的粒子数浴气体电离前粒子总数的比值称为电离度。
（3）光电离中性气体粒子受到光辐射的作用而产生的电离过程称为光电离。
2、阴极电子发射（1）电子发射：阴极中的自由电子受到外加能量时从阴极表面逸出的过程称为电子发射。
其发射能力的大小用逸出功A w表示。
（2）阴极斑点阴极表面光亮的区域称为阴极斑点。
阴极斑点具有“阴极清理”（“阴极破碎”）作用，原因：由于氧化物的逸出功比纯金属低，因为阴极斑点会移向有氧化物的地方，将该氧化物清除。
（3）电子发射类型1）热发射阴极表面受热引起部分电子动能达到或超过逸出功时产生的电子发射。
热阴极以热发射为主要的发射形式。
电弧焊基础知识
电弧焊基础知识电弧焊是一种常用的金属连接方式，通过电流的通入使金属加热并熔化，然后让熔化的金属在电弧的作用下连接在一起。
它在工业生产中应用广泛，适用于各种金属材料的连接，是制造业中非常重要的焊接方法。
本文将介绍电弧焊的基础知识，包括其原理、设备和操作技巧。
1. 电弧焊的原理电弧焊的原理是利用电流通过两个相互接触的导电电极时，产生的电弧和热量将金属表面加热至熔点，以实现金属材料的连接。
电流通入导电电极形成电弧，同时使导电电极和工件之间形成可引燃的电弧空气。
2. 电弧焊的设备电弧焊的设备主要包括焊机、电极和接地夹。
焊机是产生和控制电弧焊所需电流的设备，通常采用直流或交流焊机。
电极是传递电流到工件的导电材料，常见的电极有炭化钨电极和钨钨极电极。
接地夹用于将接地电缆夹住，以确保工作地点的安全电接地。
3. 电弧焊的操作技巧3.1 准备工作：在进行电弧焊前，需要确认焊接材料的种类，选择适当的电极和焊接电流。
另外，还需要为焊接区域清洁，并将工件固定在合适的位置上。
3.2 焊接电流的选择：电弧焊时，焊接电流的选择是非常重要的。
一般来说，电流过小会导致焊缝不够牢固，电流过大则会引起焊接材料的过热。
3.3 焊接技巧：在焊接时，应保持稳定的手持姿势，使焊锡均匀地覆盖在焊缝上。
焊接要均匀、有节奏地进行，以保证焊接质量。
3.4 焊接安全：在进行电弧焊时，应注意避免电弧和烟雾对人体的伤害。
焊接时需要佩戴防护设备，如防护眼镜、手套、护目镜等，确保人身安全。
电弧焊具有焊接速度快、连接牢固等优点，广泛应用于建筑、汽车制造、船舶制造等行业。
但在实际应用中，电弧焊也存在一些问题，如焊接变形、裂纹等。
为了提高焊接质量，还需要加强焊接工艺的研究和改进。
总之，电弧焊作为一种重要的金属连接方法，具有广泛的应用前景。
掌握电弧焊的基础知识，对于工程师和焊工来说是非常重要的。
通过了解电弧焊的原理、设备和操作技巧，可以更好地应用电弧焊技术，提高焊接质量，为制造业的发展做出贡献。
焊接基础第1章 电弧焊基础知识
第1章 电弧焊基础知识
学习目标
掌握焊接电弧物理基础； 能够分析说明焊接电弧的工艺特性； 能够明确作为填充材料的焊丝熔化特性与熔滴过渡
的方式； 掌握母材熔化与焊缝成形的基本规律；
1
第1章 电弧焊基础知识
主要内容
※ 1.1 焊接电弧基础 ； ※ 1.2 焊丝的熔化与熔滴过渡； ※ 1.3 母材熔化与焊缝成形 ；
17
1.2 焊丝的熔化与熔滴过渡
1.2.1 焊丝的加热和熔化特性
1、焊丝的热源 （2）电阻热： 熔化极电弧焊时，焊丝只在通过导电嘴 时才和焊接电源接通（焊条？）。
因此，讨论焊丝的加热 和熔化，实际上是分析焊丝 伸出部分（称为焊丝干伸长 ：ls）的受热情况，因为焊 丝伸出部分有电流流过时所 产生的电阻热对焊丝有预热 作用。
23
1.2 焊丝的熔化与熔滴过渡
1.2.2 熔滴的形成与过渡
1、熔滴上的作用力 综上所述：
1）除重力、表面张力、爆破力外，其余力都与电弧 形态有关。
2）熔滴上的作用力对熔滴过渡的影响应从焊缝空间 位置、熔滴过渡形式、电弧形态、工艺条件等综 合考虑。
24
1.2 焊丝的熔化与熔滴过渡
1.2.2 熔滴的形成与过渡
18
1.2 焊丝的熔化与熔滴过渡
1.2.1 焊丝的加热与熔化
2、焊丝的熔化 １）熔化速度、熔化系数
熔化速度（ Vm ）：在单位时间内熔化的焊丝质量。 熔化系数（ аm ）：在单位时间内，单位电流所熔化的
焊丝质量。 ２）焊丝的熔化特性
焊丝的熔化特性则是指焊丝的熔化速度Vm和焊接电流I 之间的关系。
在采用熔化极电弧焊进行焊接时，必须使焊丝的熔化速 度等于送丝速度，才能建立稳定的焊接过程。
学习目标
掌握焊接电弧物理基础； 能够分析说明焊接电弧的工艺特性； 能够明确作为填充材料的焊丝熔化特性与熔滴过渡
的方式； 掌握母材熔化与焊缝成形的基本规律；
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第1章 电弧焊基础知识
主要内容
※ 1.1 焊接电弧基础 ； ※ 1.2 焊丝的熔化与熔滴过渡； ※ 1.3 母材熔化与焊缝成形 ；
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1.2 焊丝的熔化与熔滴过渡
1.2.1 焊丝的加热和熔化特性
1、焊丝的热源 （2）电阻热： 熔化极电弧焊时，焊丝只在通过导电嘴 时才和焊接电源接通（焊条？）。
因此，讨论焊丝的加热 和熔化，实际上是分析焊丝 伸出部分（称为焊丝干伸长 ：ls）的受热情况，因为焊 丝伸出部分有电流流过时所 产生的电阻热对焊丝有预热 作用。
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1.2 焊丝的熔化与熔滴过渡
1.2.2 熔滴的形成与过渡
1、熔滴上的作用力 综上所述：
1）除重力、表面张力、爆破力外，其余力都与电弧 形态有关。
2）熔滴上的作用力对熔滴过渡的影响应从焊缝空间 位置、熔滴过渡形式、电弧形态、工艺条件等综 合考虑。
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1.2 焊丝的熔化与熔滴过渡
1.2.2 熔滴的形成与过渡
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1.2 焊丝的熔化与熔滴过渡
1.2.1 焊丝的加热与熔化
2、焊丝的熔化 １）熔化速度、熔化系数
熔化速度（ Vm ）：在单位时间内熔化的焊丝质量。 熔化系数（ аm ）：在单位时间内，单位电流所熔化的
焊丝质量。 ２）焊丝的熔化特性
焊丝的熔化特性则是指焊丝的熔化速度Vm和焊接电流I 之间的关系。
在采用熔化极电弧焊进行焊接时，必须使焊丝的熔化速 度等于送丝速度，才能建立稳定的焊接过程。
电弧焊基础知识
（2）阴极斑点
阴极表面光亮的区域称为阴极斑点。
阴极斑点具有“阴极清理”（“阴极破碎”）作用，原因：由于氧化物的逸出功比纯金属低，因为阴极斑点会移向有氧化物的地方，将该氧化物清除。
（3）电子发射类型
1）热发射
阴极表面受热引起部分电子动能达到或超过逸出功时产生的电子发射。
热阴极以热发射为主要的发射形式。
电弧力（电磁收缩力、等离子流力、斑点力等）中，电磁收缩力及等离子流力对熔滴过渡有促进作用，斑点力阻碍熔滴过渡的顺利进行。
4、熔滴爆破力
熔滴内部由于冶金反应而生成气体或气体蒸气时，在电弧高温下可能会聚集致使熔滴爆破，这中内压力称为熔滴爆破力，他是产生飞溅的原因之一。
5、电弧的气体吹力
焊条电弧焊是焊条端部形成套筒，药皮中的造气剂产生的气体及CO气体在高温下膨胀并从套筒中喷出，形成一股促进熔滴过渡的推力。
PR＝I2RS
（二）焊丝的熔化特性
焊丝在电弧热和电阻热的共同作用下加热熔化，焊丝的熔化速度即指在单位时间内熔化的焊丝长度。
焊丝的熔化特性则是指焊丝的熔化速度vm和焊接电流I之间的关系。
一般焊丝的电阻率和熔化系数越大，焊丝熔化速度越快。
当然，并不是焊丝熔化速度越快越好，焊丝的熔化速度必须等于送丝速度，才能建立稳定的焊接过程。
第三节 母材熔化与焊缝成形
一、焊缝形成过程
在电弧热的作用下焊丝与母材被熔化，在焊件上形成一个具有一定形状和尺寸的液态熔池。随着电弧的移动熔池前端的焊件不断被熔化进入熔池中，熔池后部则不断冷却结晶形成焊缝。
熔池的体积由电弧的热作用决定，而熔池的形状则取决于电弧对熔池的作用力。
焊缝的结晶总是从熔池边缘处母材的原始晶粒开始，沿着熔池散热的相反方向进行，直至熔池中心与从不同方向结晶而来的晶粒相遇时为止。因此，所有的结晶晶粒方向都与熔池的池壁相垂直。
阴极表面光亮的区域称为阴极斑点。
阴极斑点具有“阴极清理”（“阴极破碎”）作用，原因：由于氧化物的逸出功比纯金属低，因为阴极斑点会移向有氧化物的地方，将该氧化物清除。
（3）电子发射类型
1）热发射
阴极表面受热引起部分电子动能达到或超过逸出功时产生的电子发射。
热阴极以热发射为主要的发射形式。
电弧力（电磁收缩力、等离子流力、斑点力等）中，电磁收缩力及等离子流力对熔滴过渡有促进作用，斑点力阻碍熔滴过渡的顺利进行。
4、熔滴爆破力
熔滴内部由于冶金反应而生成气体或气体蒸气时，在电弧高温下可能会聚集致使熔滴爆破，这中内压力称为熔滴爆破力，他是产生飞溅的原因之一。
5、电弧的气体吹力
焊条电弧焊是焊条端部形成套筒，药皮中的造气剂产生的气体及CO气体在高温下膨胀并从套筒中喷出，形成一股促进熔滴过渡的推力。
PR＝I2RS
（二）焊丝的熔化特性
焊丝在电弧热和电阻热的共同作用下加热熔化，焊丝的熔化速度即指在单位时间内熔化的焊丝长度。
焊丝的熔化特性则是指焊丝的熔化速度vm和焊接电流I之间的关系。
一般焊丝的电阻率和熔化系数越大，焊丝熔化速度越快。
当然，并不是焊丝熔化速度越快越好，焊丝的熔化速度必须等于送丝速度，才能建立稳定的焊接过程。
第三节 母材熔化与焊缝成形
一、焊缝形成过程
在电弧热的作用下焊丝与母材被熔化，在焊件上形成一个具有一定形状和尺寸的液态熔池。随着电弧的移动熔池前端的焊件不断被熔化进入熔池中，熔池后部则不断冷却结晶形成焊缝。
熔池的体积由电弧的热作用决定，而熔池的形状则取决于电弧对熔池的作用力。
焊缝的结晶总是从熔池边缘处母材的原始晶粒开始，沿着熔池散热的相反方向进行，直至熔池中心与从不同方向结晶而来的晶粒相遇时为止。因此，所有的结晶晶粒方向都与熔池的池壁相垂直。
第一章 电弧焊的基础知识
焊接工艺
汽车工程系 闫 霞
预备知识
一、基本内容 掌握焊接基本概念、理解焊接本质、特点及分类 二、基本概念： 焊接是被焊工件的材质（同种或异种），通过加热或加压 或二者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到 原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程。 1） 被焊工件的材质 金属—金属 金属—非金属 非金属—非金属
（1）制造金属结构件； （2）制造机器零件和工具； （3）修复。
第一章
电弧焊的基础知识
一 学习目标 熟练掌握本章的基本概念，理解并掌握电弧的产生。了解电弧的 引燃过程、焊接电弧的构造、电弧的静特性、焊接电源极性及电弧 的稳定性、焊接电弧的偏吹；掌握焊接电弧的熔滴过渡。 二 重点 1）电弧、气体电离、电弧的静特性、电弧的稳定性、磁偏吹、熔 滴过渡等一些基本概念。 2）电弧的产生 3）电弧的构造 4）焊接电弧的稳定燃烧 5）熔滴过渡的形式 三 难点 1）电弧的产生 2）焊接电弧的构造及静特性
2)
依靠原子间的结合力 --- 焊接本质 通过原子间的结合力将两个固体连接起来，对于金属 来说，必须产生金属键，也就是说，被连接表面要接 近到原子晶格间距。
3)
要通过一定的物理、化学过程
加热：电弧焊、钎焊
加压：冷压焊 加热+加压：电阻焊、扩散焊 热压焊
d
d要求达到：10nm
放大 氧化物
因此：
采取必要的措施。
1）电离与激励 （1）气体电离：在外加能量的作用下使中性的气体分子或原子分离成 正离子（A+ ）和电子（e）的过程。 A → A+ + e - Wi
A
A+
+
汽车工程系 闫 霞
预备知识
一、基本内容 掌握焊接基本概念、理解焊接本质、特点及分类 二、基本概念： 焊接是被焊工件的材质（同种或异种），通过加热或加压 或二者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到 原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程。 1） 被焊工件的材质 金属—金属 金属—非金属 非金属—非金属
（1）制造金属结构件； （2）制造机器零件和工具； （3）修复。
第一章
电弧焊的基础知识
一 学习目标 熟练掌握本章的基本概念，理解并掌握电弧的产生。了解电弧的 引燃过程、焊接电弧的构造、电弧的静特性、焊接电源极性及电弧 的稳定性、焊接电弧的偏吹；掌握焊接电弧的熔滴过渡。 二 重点 1）电弧、气体电离、电弧的静特性、电弧的稳定性、磁偏吹、熔 滴过渡等一些基本概念。 2）电弧的产生 3）电弧的构造 4）焊接电弧的稳定燃烧 5）熔滴过渡的形式 三 难点 1）电弧的产生 2）焊接电弧的构造及静特性
2)
依靠原子间的结合力 --- 焊接本质 通过原子间的结合力将两个固体连接起来，对于金属 来说，必须产生金属键，也就是说，被连接表面要接 近到原子晶格间距。
3)
要通过一定的物理、化学过程
加热：电弧焊、钎焊
加压：冷压焊 加热+加压：电阻焊、扩散焊 热压焊
d
d要求达到：10nm
放大 氧化物
因此：
采取必要的措施。
1）电离与激励 （1）气体电离：在外加能量的作用下使中性的气体分子或原子分离成 正离子（A+ ）和电子（e）的过程。 A → A+ + e - Wi
A
A+
+
第一章电弧焊基础知识
焊接电弧是一个将电能转换成热能、光能、 机械能的过程，其能量特性在三个特征区是 不同的 （1）弧柱区的能量特性： 一般电弧焊中，弧柱的热量仅有少部分通过 辐射传给了焊丝或工件，而是通过弧柱散热 损失了；等离子弧焊接中焊丝或工件的加热 熔化主要靠弧柱的热量。弧柱区能够产生的 能量主要是弧柱中正离子和电子的动能。
过渡区
非自持放电
过 渡 区
电弧放电
电流最大、 电压最低、 温度最高、 发光最强
5
电弧放电区伏安特性
电弧的静特性曲线
A. 电弧成负阻特性 B. 电弧成平特性 C. 电弧成上升特性
6
2. 带电粒子的产生
气体电离 电极发射电子 形成负离子
7
（1）气体电离：
电离：中性气体分子或原子分离成电子和正离 子的现象。 电离电压：电离能用电压来表示，电离电压低 说明气体的电离比较容易，电弧比较稳定。
37
4.斑点力
斑点力：斑点受到带电粒子的撞击，或 金属蒸汽的反作用而对斑点产生的压力， 称为斑点力，或斑点压力。 阴极斑点力大于阳极斑点力
38
5.电弧与磁场的作用
电弧的刚直性（挺直性、挺度） ：电 弧抵抗外界干扰，力求保持焊接电流沿 电极轴向流动的性能。 电磁力是产生电弧刚直性的主要原因。
TIG焊小电流成负阻特性。
27
平特性
在B区：电流稍大，电极温度提高，阴极热发射能力增 强，阴极电压降低；阳极蒸发加剧，阳极电压降低。也 就是说电弧中产生和运动等量的电荷不需要更强的电场。
对于弧柱区，电弧等离子气流增强，除电弧表面积增加 造成的热损失外，等离子气流的流动对电弧产生附加的 冷却作用，因此在一定的电弧区间内，电弧电压自动的 维持一定的数值，保证产热和散热的平衡。成平特性。
过渡区
非自持放电
过 渡 区
电弧放电
电流最大、 电压最低、 温度最高、 发光最强
5
电弧放电区伏安特性
电弧的静特性曲线
A. 电弧成负阻特性 B. 电弧成平特性 C. 电弧成上升特性
6
2. 带电粒子的产生
气体电离 电极发射电子 形成负离子
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（1）气体电离：
电离：中性气体分子或原子分离成电子和正离 子的现象。 电离电压：电离能用电压来表示，电离电压低 说明气体的电离比较容易，电弧比较稳定。
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4.斑点力
斑点力：斑点受到带电粒子的撞击，或 金属蒸汽的反作用而对斑点产生的压力， 称为斑点力，或斑点压力。 阴极斑点力大于阳极斑点力
38
5.电弧与磁场的作用
电弧的刚直性（挺直性、挺度） ：电 弧抵抗外界干扰，力求保持焊接电流沿 电极轴向流动的性能。 电磁力是产生电弧刚直性的主要原因。
TIG焊小电流成负阻特性。
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平特性
在B区：电流稍大，电极温度提高，阴极热发射能力增 强，阴极电压降低；阳极蒸发加剧，阳极电压降低。也 就是说电弧中产生和运动等量的电荷不需要更强的电场。
对于弧柱区，电弧等离子气流增强，除电弧表面积增加 造成的热损失外，等离子气流的流动对电弧产生附加的 冷却作用，因此在一定的电弧区间内，电弧电压自动的 维持一定的数值，保证产热和散热的平衡。成平特性。
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光电离：次要途径。
碰撞电离
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（2）电子发射
电子发射：电极表面受到外加能量的作 用，使其内部的电子冲破电极表面的束 缚飞到电弧空间的现象称为电子发射。
逸出功：使一个电子从金属表面飞出所 需的能量称为逸出功。通常用逸出电压 表示。
10
常用金属的逸出功
金属
W
Fe
Al
纯金属
4.54
4.48
4.25
冷阴极：钢、铜、铝、镁等材料作阴极时，由于 它们沸点很低，电极加热温度受沸点的限制不可 能很高，热发射不能提供足够的带电粒子，此时 电场发射起主要作用，这种电极称为冷阴极。
17
（3）负离子形成
负离子的形成主要是由中性气体粒子（原子 或分子）吸附一个电子形成的，负离子所带 电量与电子相同，但是质量大，不能有效参 与电弧导电过程
造成离子 F、Cl、O2、OH、NO等离子亲和能比较大，
易于形成负离子。
18
3.焊接电弧的构成及其导电特性
焊接电弧由阴极区、 阳极区、弧柱区构 成。
Ua=UA+UC+UK
UA Ua
UC
UK 19
(1)弧柱区特点及导电机构
20
（2）阴极区的特点及导电机构
电子之源：向弧柱提供99.9%的电子。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 高电场强度：如果阴极压降为10V，则阴极
区的电场强度为106～107V/cm。 阴极区的导电机构分为：
➢ 热发射型阴极区导电机构： ➢ 电场发射型阴极区导电机构： ➢ 等离子型阴极区导电机构：
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。 温度很高，5000~50000K， 分子、原子将产生热电离，形成等离子体。 弧柱区呈电中性 带电的粒子在等离子体定向移动，基本上不受空间
电场的作用，所以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。
清理作用，就是源于阴极斑点的特性。
12
电子发射机构分类：
热发射 电场发射 光发射 粒子碰撞发射
实际焊接中往往是多种电子发射机构共同完成电 子发射的任务。
13
热发射：
热发射：金属表面受热的作用，内部的自由 电子的热运动加剧，当自由电子的动能大于 逸出功时，电子飞出金属表面加入电弧，参 与电弧的导电过程。
氧化物
3.92
3.9
可见有氧化物时逸出功比较低，所以电子容易 从氧化膜出逸出，形成阴极斑点。
11
阴极斑点
阴极斑点：阴极表面经常可以看到发出闪烁的区域，
这个区域称为阴极斑点。
电子发射最集中的区域 电流最集中流过的区域 热阴极：斑点固定 W C 冷阴极：斑点不规则移动 Cu Fe Al 在焊有色金属及其合金时常用到电弧的阴极
热发射（对电极有冷却作用）
热发射强弱受到阴极材料沸点的影响，沸点
高的钨或碳做阴极时，电极可以被加热到比
较高的温度，通过热发射可以提供足够多的
电子。
14
电场发射：
电场发射：当金属表面存在一定强度的正电 场时，金属内部的电子会受到电场力的作用， 如果电场力足够大，电子飞出金属表面，这 种现象称为电场发射。
23
等离子型阴极区导电机构：
小电流，热发射不足 正离子堆积形成的电场Uk不足
以使阴极产生电场发射 Uk不足以使中性粒子电离 正离子到达阴极表面，与阴极发
生碰撞，碰出的电子与正离子中 和形成中性粒子，同时获得能量， 碰撞后被碰回阴极区，聚集形成 一个高亮度的高温区，使得中性 粒子在此处被热电离，电子流向
21
热发射型阴极区导电机构：
采用W、C等高熔点材料作阴极，电流 较大时（大电流TIG焊），阴极区可以 达到很高的温度，阴极的热发射能够提 供足够的电子，这时阴极压降甚至降为 0，没有明显的阴极区，与弧柱一样。
22
电场发射型阴极区导电机构：
W、C阴极，小电流 Fe、Al、Cu等冷阴极 热发射不够，造成正 离子在阴极前的堆积， 从而形成正电场，在 电场作用下电极通过 电场发射形式发射电 子。所以热发射和电 场发射同时存在。
电弧焊基础知识
Basic knowledge of arc welding §1 焊接电弧及其特性 §2 焊丝熔化及熔滴过渡 §3 母材熔化及焊缝成形
1
二、焊接电弧的极性
焊接电弧的极性：直流焊接时电弧的两极 与电源的连接方式称为电弧的极性。
直流正接，正极性
直流反接，负极性
4
三、焊接电弧的导电特性
冷阴极主要是这种发射电子的机理
15
光发射与粒子碰撞发射
光发射：金属表面受光能照射，使内部的自
由电子冲破表面约束而产生的电子发射称为 光发射。
粒子碰撞发射：焊接电弧中正离子撞击阴
极表面，将其动能传给阴极内部的电子，使 其逸出金属表面的发射过程称为碰撞发射。
16
冷阴极与热阴极
热阴极：当使用沸点高的材料W或C作电极时，阴 极区的带电粒子主要靠热发射提供，这种阴极称 为热阴极。
1. 电弧的伏安特性
非自持放电
自持放电
过渡区
过 电弧放电
渡
区
电流最大、 电压最低、 温度最高、 发光最强
5
电弧放电区伏安特性
电弧的静特性曲线
A. 电弧成负阻特性 B. 电弧成平特性 C. 电弧成上升特性
6
2. 带电粒子的产生
气体电离 电极发射电子 形成负离子
7
（1）气体电离：
电离：中性气体分子或原子分离成电子和正离 子的现象。
弧柱，正离子又去碰阴极。
中性粒子 + 能量
中性粒子 能量 聚集、高温、高亮
24
（3）阳极区的特点及导电机构
接受电子，提供0.1%的正离子 阳极区的长度：为10-2～10-3cm 阳极区的电场强度：如果阴极压降为10V，为
103～104V/cm。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。
电离电压：电离能用电压来表示，电离电压低 说明气体的电离比较容易，电弧比较稳定。
气体 He Ar CO2
一次电离电压/v 24.5 15.7 13.7
气体 Fe蒸汽
一次电离电压/v 7.9
8
气体电离的形式
热电离：是弧柱区产生带电粒子的 主要途径。
电场作用下的电离：阴极区和阳极 区的电场强度非常高，高达 105~107V/cm，气体电离以电场作 用下的电离为主。
碰撞电离
9
（2）电子发射
电子发射：电极表面受到外加能量的作 用，使其内部的电子冲破电极表面的束 缚飞到电弧空间的现象称为电子发射。
逸出功：使一个电子从金属表面飞出所 需的能量称为逸出功。通常用逸出电压 表示。
10
常用金属的逸出功
金属
W
Fe
Al
纯金属
4.54
4.48
4.25
冷阴极：钢、铜、铝、镁等材料作阴极时，由于 它们沸点很低，电极加热温度受沸点的限制不可 能很高，热发射不能提供足够的带电粒子，此时 电场发射起主要作用，这种电极称为冷阴极。
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（3）负离子形成
负离子的形成主要是由中性气体粒子（原子 或分子）吸附一个电子形成的，负离子所带 电量与电子相同，但是质量大，不能有效参 与电弧导电过程
造成离子 F、Cl、O2、OH、NO等离子亲和能比较大，
易于形成负离子。
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3.焊接电弧的构成及其导电特性
焊接电弧由阴极区、 阳极区、弧柱区构 成。
Ua=UA+UC+UK
UA Ua
UC
UK 19
(1)弧柱区特点及导电机构
20
（2）阴极区的特点及导电机构
电子之源：向弧柱提供99.9%的电子。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 高电场强度：如果阴极压降为10V，则阴极
区的电场强度为106～107V/cm。 阴极区的导电机构分为：
➢ 热发射型阴极区导电机构： ➢ 电场发射型阴极区导电机构： ➢ 等离子型阴极区导电机构：
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。 温度很高，5000~50000K， 分子、原子将产生热电离，形成等离子体。 弧柱区呈电中性 带电的粒子在等离子体定向移动，基本上不受空间
电场的作用，所以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。
清理作用，就是源于阴极斑点的特性。
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电子发射机构分类：
热发射 电场发射 光发射 粒子碰撞发射
实际焊接中往往是多种电子发射机构共同完成电 子发射的任务。
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热发射：
热发射：金属表面受热的作用，内部的自由 电子的热运动加剧，当自由电子的动能大于 逸出功时，电子飞出金属表面加入电弧，参 与电弧的导电过程。
氧化物
3.92
3.9
可见有氧化物时逸出功比较低，所以电子容易 从氧化膜出逸出，形成阴极斑点。
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阴极斑点
阴极斑点：阴极表面经常可以看到发出闪烁的区域，
这个区域称为阴极斑点。
电子发射最集中的区域 电流最集中流过的区域 热阴极：斑点固定 W C 冷阴极：斑点不规则移动 Cu Fe Al 在焊有色金属及其合金时常用到电弧的阴极
热发射（对电极有冷却作用）
热发射强弱受到阴极材料沸点的影响，沸点
高的钨或碳做阴极时，电极可以被加热到比
较高的温度，通过热发射可以提供足够多的
电子。
14
电场发射：
电场发射：当金属表面存在一定强度的正电 场时，金属内部的电子会受到电场力的作用， 如果电场力足够大，电子飞出金属表面，这 种现象称为电场发射。
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等离子型阴极区导电机构：
小电流，热发射不足 正离子堆积形成的电场Uk不足
以使阴极产生电场发射 Uk不足以使中性粒子电离 正离子到达阴极表面，与阴极发
生碰撞，碰出的电子与正离子中 和形成中性粒子，同时获得能量， 碰撞后被碰回阴极区，聚集形成 一个高亮度的高温区，使得中性 粒子在此处被热电离，电子流向
21
热发射型阴极区导电机构：
采用W、C等高熔点材料作阴极，电流 较大时（大电流TIG焊），阴极区可以 达到很高的温度，阴极的热发射能够提 供足够的电子，这时阴极压降甚至降为 0，没有明显的阴极区，与弧柱一样。
22
电场发射型阴极区导电机构：
W、C阴极，小电流 Fe、Al、Cu等冷阴极 热发射不够，造成正 离子在阴极前的堆积， 从而形成正电场，在 电场作用下电极通过 电场发射形式发射电 子。所以热发射和电 场发射同时存在。
电弧焊基础知识
Basic knowledge of arc welding §1 焊接电弧及其特性 §2 焊丝熔化及熔滴过渡 §3 母材熔化及焊缝成形
1
二、焊接电弧的极性
焊接电弧的极性：直流焊接时电弧的两极 与电源的连接方式称为电弧的极性。
直流正接，正极性
直流反接，负极性
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三、焊接电弧的导电特性
冷阴极主要是这种发射电子的机理
15
光发射与粒子碰撞发射
光发射：金属表面受光能照射，使内部的自
由电子冲破表面约束而产生的电子发射称为 光发射。
粒子碰撞发射：焊接电弧中正离子撞击阴
极表面，将其动能传给阴极内部的电子，使 其逸出金属表面的发射过程称为碰撞发射。
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冷阴极与热阴极
热阴极：当使用沸点高的材料W或C作电极时，阴 极区的带电粒子主要靠热发射提供，这种阴极称 为热阴极。
1. 电弧的伏安特性
非自持放电
自持放电
过渡区
过 电弧放电
渡
区
电流最大、 电压最低、 温度最高、 发光最强
5
电弧放电区伏安特性
电弧的静特性曲线
A. 电弧成负阻特性 B. 电弧成平特性 C. 电弧成上升特性
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2. 带电粒子的产生
气体电离 电极发射电子 形成负离子
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（1）气体电离：
电离：中性气体分子或原子分离成电子和正离 子的现象。
弧柱，正离子又去碰阴极。
中性粒子 + 能量
中性粒子 能量 聚集、高温、高亮
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（3）阳极区的特点及导电机构
接受电子，提供0.1%的正离子 阳极区的长度：为10-2～10-3cm 阳极区的电场强度：如果阴极压降为10V，为
103～104V/cm。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。
电离电压：电离能用电压来表示，电离电压低 说明气体的电离比较容易，电弧比较稳定。
气体 He Ar CO2
一次电离电压/v 24.5 15.7 13.7
气体 Fe蒸汽
一次电离电压/v 7.9
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气体电离的形式
热电离：是弧柱区产生带电粒子的 主要途径。
电场作用下的电离：阴极区和阳极 区的电场强度非常高，高达 105~107V/cm，气体电离以电场作 用下的电离为主。