焊接电弧与弧焊方法讲解学习
焊接方法与设备第2章 焊条电弧焊知识讲解
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(2)BX1—300型弧焊变压器 BX1—300是动铁式弧焊变压器，它由一个口字形固定铁心和一
个梯形活动铁心组成，活动铁心构成了一个磁分路，以增强漏 磁使焊机获得陡降外特性。她的一次侧和二次侧绕组各自分成 两半，分别绕在变压器固定铁心上，一次侧绕组两部分串联接 电源，二次侧绕组两部分并联接焊接回路。 BX1-300焊机的焊接电流调节方便，仅需移动铁心就可满足电流 调节要求，其调节范围为75-400A，调节范围广。当活动铁心由 里向外移动而离开固定铁心时，漏磁减少，则焊接电流增大， 反之，焊接电流减少。其梯形动铁心相对固定铁心移动调节电 流大小，如图2-9所示。
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图2-9 动铁心相对固定铁心移动调节电流
Ⅰ—静铁心 Ⅱ—动铁心 δ—气隙长度
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2.弧焊整流器 (1)硅弧焊整流器 硅弧焊整流器是以硅二极管作为整流元件，利用降压变 压器将50Hz的单相或三相交流电网电压降为焊接时所需的低电压，经硅整 流器整流和电抗器滤波后获得直流电的直流弧焊电源。硅弧焊整流器曾一 度是直流弧焊发电机的替代产品之一，现有被晶闸管式弧焊整流器、弧焊 逆变器替代的趋势，其型号有ZXG—160、ZXG—400等。硅弧焊整流器的组 成如图2-10所示。
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三、 常用焊条电弧焊电源 1.弧焊变压器 (1)BX3—300型弧焊变压器 BX3—300型弧焊变压器属于动圈式，是生 产中应用最广的一种交流焊机，其外 形如图2-7所示。它是依靠一、二次 侧绕组间漏磁获得陡降外特性的。
图2-7 BX3—300型弧焊变压器外形 17
其结构如图2-8所示，它有一 个高而窄的口字形铁心。变压 器的一次侧绕组分成两部分， 固定在口形铁芯两芯柱的底部。 二次侧绕组也分成两部分，装 在两铁心柱的上部并固定于可 动的支架上，通过丝杆连接， 转动手柄可使二次侧绕组上下 移动，以改变一、二次侧绕组 间的距离，从而调节焊接电流 的大小。
超详细的焊接操作步骤（焊接培训教学步骤）
超详细的焊接操作步骤（焊接培训教学步骤）展开全文弧焊是用电产生的热量来连接两个或更多的材料在一起的方法。
美国焊接协会列出了很多不同的焊接工艺，我们在这里要介绍的是手工电弧焊（SMAW），也称为焊条电弧焊。
焊条电弧焊接是最常见和应用最广泛的焊接方式之一，相对也比较容易掌握，可以应用在你自己动手的项目中，取得不错的专业效果和耐久性。
准备作业一、设备检查首先应该有一个焊机，带引线的电极焊把，带引线的接地夹，电极，以及要焊接的金属材料。
你还需要一个去除焊渣的敲渣锤，以及一个清理焊缝的钢丝刷，并进行检查。
二、穿戴上安全装备。
安全装备包括焊接头盔（# 10或更高的防护玻璃）、焊接夹克或棉运动衫、不带裤裆口的裤子、工作靴、手套和防护眼镜。
不能穿网球鞋、磨损的衣服、带裤裆口的裤子、T恤衫、带打开口袋的衬衫，或无袖衬衫。
三、准备焊接区域。
移除所有易燃材料，确定一块良好的焊接表面。
将接地连接直接连接到你的焊件上，或者是安置一个很大的金属工作台，将接地连接挂接到这个金属工作台上。
如果有其他人在场，要在焊接工作区周围设置焊接帘子，隔离开焊接工作区。
这将保护其他人免受紫外线的伤害。
四、设置好焊接参数。
多数焊接机都是相当直接了当的。
你所采用的焊机很有可能是电流在90-120安培的焊机，而且根据金属材料的厚度和电极的直径可以有所调整。
五、确认焊接的电极DCEP（直流正电极）可以让电弧从金属到电极，给金属材料更多的加热。
DCEN（直流负电极）有相反的效果。
焊条电弧焊，DCEP会让你的焊接有更强的穿透力。
你应该根据你的焊机的特性，选择适合交流或直流焊接的电极。
确保电极是干燥的。
用于DCEP的电极有：E6010、E6011、E6013、E7014、E7018和E7024。
用于AC（交流电）的电极有：E6011、E6013、E7014和E7018。
E6010 和 E6011 尤其适用于你无法清洁干净的生锈、油漆，或弄脏的金属材料。
E6013 是多用途电极，非常适合焊接接头适合性很差的地方。
电弧焊焊接方法与设备使用
电流密度大、温度高 粘着性、跳跃性 避开氧化膜 斑点力，小于阴极斑点力
（3）特点：
电流与周围条件一定时，电弧稳定燃烧时，会自动选择一个确定的导电截面，使电弧电场强度最小，能耗最小，固定弧长上电压降最小。
（六）最小电压原理
（一）电弧的热能特性 1、电弧热的形成机构 电能→热能
（1）弧柱的产热
（4）爆破力 仅产生于短路过渡中，短路小桥汽化爆断所产生的力，产生飞溅。
（5）细熔滴的冲击力 仅产生于MIG焊射流过渡，熔滴以很大的加速度冲击熔池，形成冲击力。
爆破力
2、影响因素
2、影响因素 （1）气体介质 介质种类不同，影响不同。 导热好，易解离的气体，电弧力，特别是斑点力较大。 （2）焊接电流及电弧电压： 电流增大，电弧力增大； 电压增大，电弧力减小。 （3）W极或焊丝直径： 直径越小，力越大 （4）极性 ： TIG焊时，DCSP大；而MIG焊正好相反。
焊接教研室 王立跃 2009.2
国家重点培育院校 焊接技术及自动化专业 精品课程
焊接方法与设备使用
任务1
焊接方法与设备的基础知识
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: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。
熔化极气体保护焊时，焊丝材料作为冷阴极材料，Uk>>Uw ，则Pk>Pa。所以，同种材料，相同电流的作用下，焊丝作为阴极的产热将比焊丝作为阳极时产热多。因为散热条件相近，所以焊丝接负时比焊丝接正时熔化快。
1
2
3
4
阳极区：Pa≈IUw
LH
Ls
电源
送丝轮
导电嘴
la
（2）电阻热 在自动和半自动焊时，从焊丝与导电嘴接触点到焊丝端头的一段焊丝（即焊丝伸出长度，用Ls表示）有焊接电流通过，所产生的电阻热对焊丝有预热作用，从而影响焊丝的熔化速度。特别是焊丝比较细和焊丝的电阻系数比较大时（如不锈钢），这种影响更加明显。
电焊电弧焊操作方法
电焊电弧焊操作方法电焊电弧焊是利用电弧产生高温将金属材料熔化并连接在一起的焊接方法。
下面是电焊电弧焊的操作步骤：1. 准备工作：穿戴好防护装备，包括焊接面罩、手套、防护服等。
检查焊机和焊枪，确保设备正常运行。
2. 准备工件：将要焊接的金属工件进行清洁，确保焊接面无油污、锈迹等。
调整工件的位置和夹具，以便于焊接操作。
3. 准备焊条（电焊材料）：根据焊接工艺要求选择合适的焊条，并将其点火预热。
通常焊条直径与焊接工件厚度相匹配。
4. 连接地线：将焊机的地线连接到工件上，确保良好的接地。
5. 调整电流和电弧长度：根据工件的材料和焊接要求，调整焊机的电流和电弧长度。
一般来说，较粗的工件需要较大的电流。
6. 调整焊接角度：将焊枪倾斜约15度，使电焊材料与工件的焊接面呈约60度的夹角。
7. 开始焊接：点燃焊条，并将焊条的端面与焊接面轻轻接触，以产生电弧。
保持电弧持续熔化焊条和工件的焊接面，并以适当速度进行轻轻摆动。
8. 控制焊接速度和力度：通过调整焊接速度和力度，使焊条均匀地熔化并与工件融合。
过快的速度可能导致焊缝不牢固，而过慢的速度则会过度熔化工件。
9. 完成焊接：焊接至工件尽头时，将电焊材料从焊接面上移开，断开电焊电弧。
10. 检查焊缝：焊接完成后，检查焊缝的质量。
良好的焊缝应该均匀、牢固、无明显缺陷。
11. 清理工作：关掉焊机，清理焊接区域的焊渣和碎屑。
确保工作区域干净整洁。
以上是电焊电弧焊的基本操作方法，具体操作还需根据具体的焊接项目和工艺要求进行调整。
焊接时务必注意安全，遵循相关操作规范和安全措施。
焊接基本知识详解
焊接应力过大的严重后果是焊件（工件）产生裂纹， 危害极大，对重要工件焊后应探伤。
焊接裂纹与： 焊接材料的成分（如硫、磷含量高）有关； 和焊缝金属的结晶特点（结晶区间要小）有关； 含氢量的多少有关。
摘自GB 5117-85
焊条 牌号 型号
E4303 J422
药皮 类型
钛钙型
J422G M
J422F e
E5016 J506
低氢钾 型
焊接电源 焊接位置
用途
交流或直 用于较重要的低碳钢及强度
流全位置 等级较低的低合金钢，
焊接
如09Mn2等。
适于海上平台、船舶、工程 机械等表面装饰焊缝的 焊接。
适于较重要的低碳钢结构焊 接。
芯同时熔化，形成熔池。同时药皮熔化和分解。 药皮熔化→进入熔池发生反应→形成熔渣→保护熔化金属。 药皮分解→CO2,CO,H2等气体→围绕在电弧周围→保护熔化 金属。 焊缝质量有很多因数决定，如母材 金属和焊条质量、焊前的清理程度、 焊时电弧的稳定情况、焊接参数、 焊接操作技术、焊后冷却速度、以及 焊后热处理等。
第四篇 焊接
第一章 电弧焊
§1 .1焊接电弧
焊接电弧：是电极与工件之间气体介质中长时间的放电现象。 一般情况下，电弧热量在阳极区产生的较多，约占总热量的43%，阴极
约36%，弧柱约21%。 温度：用钢焊条焊钢材时
阳极区—2600K 阴极区—2400K 电弧中心—6000~8000K 使用直流电源焊接时有正接、反接两种： 正接：正极接工件—工件温度可稍高一些。 反接：负极接工件，工件温度可稍低一些。 交流焊机、无正反接特点，温度均为2500K。 焊机的空载电压就是焊接时引弧电压，一般为50~90V，电弧稳定燃烧 时电压为电弧电压。电弧长度越大，电弧电压也越高，一般为16~35V。
常用焊接电弧及弧焊电源知识
常用焊接电弧及弧焊电源知识1 什么是焊接电弧？它有何主要性质？电弧是一种空气导电的现象，在两电极之间产生强烈而持久的放电现象，称为电弧。
由焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间或电极与焊件间、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。
其主要性质为：1）维持电弧放电的电压较低一般为10～50V。
2）电弧中的电流很大，可从几安到几千安。
3）具有很高的温度，弧柱中心温度可达5000～30000K，某些情况下可达50000K以上（等离子弧）。
正是由于弧柱中心具有如此高的温度，超过了金属的熔点，因此可以用来熔化金属，作为各种电弧焊方法的热源。
2 什么是等离子弧？它有何特点？利用等离子焊炬，将阴极（如钨极）和阳极之间的自由电弧压缩成高温、高电离度及高能量密度的电弧，称为等离子弧。
等离子弧的主要特点是：⑴能量高度集中能量密度大，因此等离子弧对焊件加热集中，熔透能力强，可采用比钨极氩弧焊高得多的焊接速度进行焊接。
⑵温度高生产中使用的等离子弧其弧柱中心温度可达18000～24000K，比普通焊接电弧高出很多。
⑶焰流速度大，可达300m/s以上。
因此，等离子弧被广泛应用于焊接、喷涂、堆焊以及金属和非金属的切割。
3 焊接电弧由哪几部分所组成？各部分的性质如何？焊接电弧在其轴线方向由阴极区、阳极区和弧柱三部分所组成，见图1。
⑴阴极区电弧紧靠负电极的区域。
阴极区很窄，约为10-5～10-6cm。
电弧放电时，负电极表面上集中发射电子的微小区域，称为阴极斑点。
阴极斑点是负电极上具有光亮的部分，是阴极区温度最高的地方。
⑵阳极区电弧紧靠正电极的区域。
阳极区较阴极区宽，约为10-3～10-4cm。
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。
阴极斑点是正电极上具有光亮的部分，是阳极区温度最高的地方。
⑶弧柱电弧阳极区和阴极区之间的部分为弧柱。
阴极区、阳极区和弧柱长度之和组成焊接电弧的长度，简称弧长，即L=L阴+L阳+L柱式中L——弧长（cm）L阴——阴极区长度（10-5～10-6cm）L阳——阳极区长度（10-3～10-4cm）L柱——弧柱长度（cm）由于阴极区和阳极区的长度都是极短的，而弧柱的长度占了弧长的极大部分，故弧柱长度就可以认为是弧长。
2、焊接电弧的基本知识
保护效果。如焊条的药皮
及二氧化碳加药芯。
２、熔滴上的作用力
熔滴：电弧焊时，在电弧热作用下焊丝 或焊条端部受热熔化形成。 熔滴上的作用力：影响熔滴过渡及焊缝 成型的主要因素。
熔滴通过电弧空间向熔池转移的过程叫熔滴过渡。
根据熔滴上的作用力来源不同，可将其分为： 重力、表面张力、电弧力、熔滴爆破力和 电弧气体的吹力。
熔滴重力
重力对熔滴过渡的影响依焊接位置的不同而 不同。 平焊：熔滴上的重力促使熔滴过渡； 立焊及仰焊：熔滴上的重力阻碍熔滴过渡。 重力：Fg= mg = (4/3)πr3ρg r 是熔滴半径； ρ 是熔滴密度； g 是重力加速度。
表面张力 表面张力是指焊丝端部保持熔滴的作用 力，是分子力的一种表现，发生在液体和气 体接触的边界部分，它使液体表面试图获得 最小的光滑面积。 用Fς表示，大小为 Fς ＝２πＲς 式中，Ｒ：焊丝半径；ς：表面张力系数。 ς的数值与材料成分、温度、气体介质等 因素有关。表1-6列举了一些纯金属的表面 张力系数。
气体粒子 H O N F 电离电压/v 13.5 13.5 14.5 17.4 气体粒子 K Na Ca W 电离电压 /v 4.3 5.1 6.1 8.0
He
Ar CO2
24.5
15.7 13.7
Al
Cu Fe
5.96
7.68 7.9
H2O
12.6
Cr
7.7
电弧产生过程
电弧产生过程： 短路：焊条、焊件接触形成短路，产生电 阻热，使得金属融化、蒸发，变成蒸汽。同时， 阴极表面电子获得能量，形成热发射。 空载：短路拉开后，而电压较高，有很大 的电场强度，电子脱离原子核的束缚而从阴极 表面曳出，形成电场发射。 燃弧：因为热发射、电场发射、光发射， 粒子碰撞发射越来越多，电离越来越强。极间 的中性质点变成带电的电子和正离子，分别向 两极运动进行中和，从而产生电弧，称引弧。
焊接电弧基础知识
任
务
向弧柱区提供电子流和接受弧柱 区送来的正离子流
导电通路的作用
接受弧柱区流过来的电子流和向 弧柱区提供正离子流
焊接教学 四、焊接电弧的构造
焊接 方法
酸性焊条 电弧焊
钨极氩弧焊
碱性焊 条
电弧焊
熔化极 氩弧焊
C02气体 保护焊
埋弧焊
温度 比较
阳极温度＞阴极温度
阴极温度＞阳极温度
焊接教学
五、电弧电压
焊接教学
利用手工操纵焊 条进行焊接的电 弧焊方法
课堂小结
设备简单，操作方便、
灵活，可焊性好。适用
于各种条件下的焊接，
特别适用于结构形状复
杂，焊缝短小，弯曲焊或接电弧
各种空间位置焊缝的焊
接。
由焊接电源供给的具有一
定电压的两电极间或电极
与工件间在气体介质中产
生强烈而持久的放电现象。
两电极之 间的电压。 与弧长有
弧柱区长度几乎等于电弧 长度，弧柱区产生的热量 仅占电弧热量的21%，但 弧柱中心温度高达57307730 。
焊接教学 四、焊接电弧的构造
焊接电 定 义 弧构造
温度
2130-
阴极区 紧靠负极的区域 3230℃
阳极区和阴极区 5730-
弧柱区 中间的区域
7730℃
2330-
阳极区 紧靠正极的区域 3980℃
范围：
低碳钢
铜及铜合金
低合金钢
2020/3/26
不锈钢
铝及铝合金
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焊接教学 三、焊接电弧的概念
电弧的实质：气体放电现象。
焊接教学 三、焊接电弧的概念
• 焊接电弧的定义：
气体电离
由焊接电源供给的具有一定电压阴的极两电电子极发间射或电极与工
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2020/5/31
闫伟
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（2）电离的种类： 热电离（弧柱）
碰撞电离（主要途径）
场致电离（两极）
光电离：仅对K、Na、Ca、Al的金属蒸汽
基本规律： 温度 压力 电离电压
电离度
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返回 闫伟
带电粒子数
电弧稳定性
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2、阴极电子发射
电离和阴极电子发射是电弧产生和维持 不可缺少的必要条件
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闫伟
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一、焊接电弧物理基础
（一）电弧及其电场强度分布
电弧定义：电弧是 一种特殊的气体放 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。
实现了将电能转化 为机械能、热能和 光能。
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闫伟
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气体是良好的绝缘体 带电粒子密度<10-8/m3
使气体导电的条件：电场；带电粒子
阴极斑点力大于阳极斑点力 原因：正离子的质量远大于电子的质量
阴极斑点电流密度大，蒸汽反作 用力也大
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闫伟
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斑点力阻碍熔滴 过渡
利用阳极斑点压 力小的特点，直 流焊接时，采用 直流反接，利于 熔滴过渡，减小 飞溅
逸出功的大小受电极材料及表面状态的影响。 金属表面存在氧化物时逸出功会减小
表1-3与表1-1比较
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闫伟
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*（2）阴极斑点 定义：阴极表面经常可以看到发出闪烁
的区域，这个区域称为 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
离成电子和正离子的过程 实质：中性气体粒子吸收足够的外部能量，使分子或原
子中的电子脱离原子核束缚而成为自由电子和正离子的 过程。 气体的电离电压的大小反映了带电粒子产生的难易程度。 （表1-1） – 电离电压低----带电粒子容易产生，有利于电弧导电 – 电离电压高----带电粒子难以产生
电弧导电困难
阴极清理作用（阴极破碎） 在铝合金焊接中作用最为明显
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闫伟
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（3）电子发射的类型
– 热发射 – 场致发射 – 光发射 – 粒子碰撞发射
实际焊接过程中常常是几种发射形式共 存
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闫伟
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（三）带电粒子的消失
动态平衡：电弧稳定燃烧时，带电粒子 的产生与消失处于动态平衡
阴极发射出的电子，在电场的加速下碰撞电弧空间 的中性粒子使之电离，从而是阴极电子发射充当了 维持电弧导电的——原电子之源。
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闫伟
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（1）电子发射与逸出功 定义：
– 电子发射：阴极中的自由电子受到一定的外加能 量作用，从阴极表面逸出的过程
– 逸出功：一个电子从金属表面逸出所需的最低外 加能量。单位电子伏或者逸出电压
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闫伟
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激励
定义：当中性气体粒子受外加能量作用而不足以使其 电离时，但可能使其内部的电子从原来的能级跃迁到 较高的能级，这种现象称为~。
激励可导致->电弧辐射光
重要结论：
当电弧空间存在电离电压（或激励电压）不同的 多种气体的时候，在外加能量的作用下，电离电压 （或激励电压）低的气体粒子先被电离（或激励）， 若这种气体的足以维持电弧的稳定燃烧，则整个电弧 燃烧所需要的能量主要取决于这个较低的电压。因而 电弧所要求的外加能量就比较低。
非自持放电
自持放电Βιβλιοθήκη 电流最大、 电压最低、 温度最高、 发光最强
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闫伟
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（二）电弧中带电粒子产生来源：
– 1 中性气体粒子的电离 – 2 金属电极发射电子 – 3 带电粒子复合 – 4 负离子形成
基本物理过程
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闫伟
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1、气体的电离
（1）气体的电离与激励 定义：在外加能量作用下，使中性的气体分子或原子分
电流越大，中心线上的 动应力幅值越大，分布 区域越小。
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闫伟
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钨极氩弧焊的钨极锥角 较小，电流较大，或者 熔化极电弧焊采用喷射 过渡工艺时，这种电弧 的动压力较为显著。
结果：指状熔深。
增加电弧挺度，促进过 渡，增大熔深，搅拌
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闫伟
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（3）斑点力：电极上形成斑点时，由 于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 ~，或斑点压力。
结果：
碗状熔深焊缝形状。
束缚弧柱直径
电磁搅拌（细化晶粒，排出气 体及熔渣）
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闫伟
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（2）等离子流力：高 温气流的高速运动，持 续的冲向焊件，对熔池 形成附加压力。也称为 电磁动压力。
电弧中等离子气流具有 很高的速度和加速度， 可达数百米/秒。
电弧中心线上等离子流 力最大。
池的搅拌、焊缝成形及金属的飞溅等
*电弧力主要包括：电磁收缩力、等离子流力、斑点 力等
（1）电磁收缩力
电磁力：电流流经距离不远
力大
的两根平行导线时，电流
同向相吸，异向相斥。他
的大小与流过的电流大小
成正比，与两根导线之间
的距离成反比。
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闫伟
力小
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电磁静压力：电弧轴向推力 在电弧横截面上分布不均匀， 弧柱轴线处最大，向外逐渐 减小，在焊件上表现为对熔 池形成的压力
主要形式： 1 扩散 2 复合
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闫伟
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3 负离子形成
大多数粒子亲和能比较小，不易形成负离子
F、Cl、O2、OH、NO等离子亲和能比较大， 易于形成负离子。
放热过程，在高温下不易稳定存在
影响：
– 电子数量减少，导电困难，电弧稳定性降低
– 负离子运动速度慢，不能很好的导电
– 易于正离子复合
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闫伟
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三、焊接电弧的工艺特性
焊接电弧与热能及机械能有关的工艺特 性，主要包括电弧的热能特性、电弧的 力学特性和电弧的稳定性等。
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闫伟
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（一）电弧的热能特性 电弧的温度分布
熔点限制 导热条件
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闫伟
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（二）电弧的力学特性
1、电弧力及其作用 电弧力影响着熔深及熔滴的过渡，而且影响到熔
焊接方法与设备
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闫伟
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第一章 电弧焊基础知识
电弧焊重要性
– 高效
本章基本内容
– 第一节 焊接电弧 – *第二节 焊丝熔化与熔滴过渡 – *第三节 母材熔化及焊缝成型
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闫伟
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第一节 焊接电弧
一、焊接电弧物理基础 二、焊接电弧导电特性 *三、焊接电弧工艺特性