焊接电弧的基础知识
手工电弧焊的安全基础知识
手工电弧焊的安全基础知识手工电弧焊是利用焊条与焊件之间的电弧热，使焊条金属与母材熔化形成缝的一种焊接方法。
焊接时，母材为一电极，焊条为另一电极。
电弧是在焊条—母材之间的空隙内通过外加电压引燃。
由于开头产生电弧时，两电极及其间的气隙尚未充分加热电离，为了加强气体的电离作用，电极之间应有较高的电压，这个电压称为空载电压。
一般直流电焊机的空载电压为40~90V，沟通电焊机为50～80V。
当电弧稳定燃烧后，维持电弧燃烧所需要的电压较低，一般为16—35V，这个电压称为工作电压。
一、手工电弧焊机常用的手工电弧焊机有沟通弧焊机、旋转式直流弧焊机和整流式直流弧焊机三种。
沟通弧焊机是一个特别的降压变压器，具有陡降的外特性。
焊接电源的调整主要是通过调整焊机感抗值来实现的，其基本方式为变动铁芯或动绕组的位置或调整芯的饱和程度等。
沟通弧焊机主要有动铁芯式、同体式和动圈式三种。
旋转式直流弧焊机是一种专供电弧焊用的特别型式的发电设备，由发电机和原动机两部分组成。
原动机可以是电动机或内燃机，在工厂中常见的是用电动机驱动。
直流弧焊机除了具有产生直流电的功能外，还具有满意焊接工艺所要求的性能。
整流式直流弧焊机由主变压器、整流器组、调整装置和冷却风扇等装置组成。
这类焊机由于多采纳硅整流元件进行整流，又称为硅整流焊机。
全部使用的电焊机必需符合焊机标准规定的平安要求。
1、假如手工电弧焊机的空载电压高于焊机标准规定的限值，而又在有触电危急的场所作业，则焊机必需采纳空载自动断电装置等防触电的平安措施。
2、电焊机的工作环境应与焊机技术说明书上的规定相符。
如在气温过低或过高、湿度过大、气压过低以及在腐蚀性或爆炸性等特别环境中作业，应使用适合特别环境条件性能的电焊机，或实行防护措施。
3、应防止电焊机受到碰撞或猛烈震惊，特殊是整流式电焊机。
室外使用的电焊机必需有防雨雪的防护设施。
为防止触电，电焊机外露的带电部分应设有完好的防护(隔离)装置，电焊暴露的接线柱必需设有防护罩。
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
焊接电弧
逸出功的大小受电极材料及表面状态的 影响。
焊接电弧物理基础
金属表面存在氧化物时逸出功会减小
焊接电弧物理基础
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
焊接电弧物理基础
由于电子质量远小于其他粒子的质量， 因而在电场的作用下，速度快，动能大， 其余其他粒子发生非弹性碰撞，几乎将 本身的动能全部传递给相应的粒子，使 中性粒子发生电离或激励。因而场致电 离中电子起到主要的作用。
焊接电弧物理基础
焊接电弧物理基础性气体粒子受到光辐射的作用 而产生的电离过程 范围：电弧的辐射只可能对K、Na、Ca、 Al等金属蒸汽直接引起电离，而对焊接 电弧气氛中的其他气体则不能直接引起 电离 光电离是产生带电粒子的次要途径
焊接电弧导电特性
纯金属熔点沸点低于相应氧化物，所以 纯金属容易蒸发，阳极斑点自动寻找纯 金属而避开氧化物。因而出现阳极斑点 的跳跃现象。
焊接电弧导电特性
阳极不能发射正离子，弧柱所需要的正 离子是通过阳极区电离提供的。 阳极区导电形式（场致电离、热电离） 场致电离（电弧电流小）电子数大于正 离子数，形成负的空间电场，从而电子 加速，碰撞到中性粒子产生电离。
电弧焊基本历史
1945 交流GTAW焊 接方法 1945 直流金属极焊 接方法GMA
第一节 焊接电弧
焊接电弧物理基础 焊接电弧导电特性 焊接电弧工艺特性
焊接电弧物理基础
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。
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。
电弧焊接基础知识总结
电弧焊接基础知识总结电弧焊接是一种常见的金属连接方法，广泛应用于制造业、建筑业等领域。
本文将总结电弧焊接的基础知识，包括焊接原理、操作技巧、安全注意事项等方面。
一、焊接原理电弧焊接是利用热电化学效应的物理现象进行的。
当焊枪上的电极与工件之间形成电弧时，电弧的高温使工件表面瞬间熔化，并与电极熔化的金属相互混合，形成焊缝。
二、设备准备进行电弧焊接前，需要准备好以下设备：1. 电焊机：选择适合焊接材料和厚度的电焊机，并确保其正常工作。
2. 电极：根据焊接材料的类型选择合适的电极。
3. 面罩和手套：用于保护焊工的面部和手部免受电弧辐射和热量的损害。
4. 地脚线：确保焊接过程中的电流能够正常通过工件，避免触电危险。
三、操作技巧1. 清洁工件表面：使用刷子或砂纸清洁焊接区域的表面，以去除油污、氧化物等杂质，确保焊接效果良好。
2. 设置电流参数：根据焊接材料和厚度调节电焊机的电流参数，以确保电弧稳定、熔化均匀。
3. 稳定手部姿势：保持稳定的手部姿势，使焊枪与工件的距离保持恒定，避免焊缝质量不均匀。
4. 均匀移动焊枪：焊接时应均匀地移动焊枪，使电弧在焊缝上保持均匀的热输入。
5. 控制电弧长度：通过控制焊枪与工件的距离，来控制电弧的长度，以获得适当的焊接效果。
四、焊接缺陷及处理方法在电弧焊接过程中，可能会出现一些焊接缺陷，如焊缝不密实、气孔、裂纹等。
对于不同的缺陷，有以下处理方法：1. 焊缝不密实：增加电流、缩短焊枪与工件的距离，增强热输入。
2. 气孔：增加氩气保护，改变焊接速度，避免焊接过程中的氧气进入焊缝。
3. 裂纹：调整焊接速度，提前预热工件，避免过快冷却。
五、安全注意事项1. 佩戴个人防护装备：在进行电弧焊接作业时，应穿戴防护面罩、手套、防火服等防护装备，确保人身安全。
2. 保持良好通风：电弧焊接过程中会产生有害气体和烟尘，应保持良好的通风环境，减少对操作者的危害。
3. 避免电弧辐射：电弧产生的强光和紫外线辐射对眼睛和皮肤有害，应通过佩戴面罩和长袖衣物等方式进行防护。
弧焊基础必学知识点
弧焊基础必学知识点
弧焊是一种常见的金属焊接方法，其基础知识点包括以下内容：
1. 弧焊原理：弧焊是利用电弧在工件表面产生高温，使工件熔化，并通过填充材料产生强固的焊缝连接。
2. 电源选择：常见的弧焊电源有直流电源和交流电源，选择电源要考虑焊接材料、电流稳定性以及电源成本等因素。
3. 焊接电流调节：调节焊接电流可以控制焊缝的强度和质量，一般情况下，较厚的工件需要较高的电流。
4. 焊接电极选择：根据焊接材料的不同，选择合适的电极材料可以确保焊缝的质量和性能。
5. 焊接保护气体选择：对于某些焊接材料，需要使用保护气体来防止焊接区域氧化，常见的保护气体有氩气、二氧化碳等。
6. 焊接特点和缺陷分析：不同的焊接参数和工艺会导致不同的焊接特点和缺陷，了解这些可以帮助调整焊接过程，提高焊缝质量。
7. 安全措施：弧焊过程中产生的光弧和热量可能对人体和周围环境造成伤害，需采取适当的安全措施，如戴防护眼镜、手套等。
这些知识点可以帮助人们理解弧焊的原理和基本操作，从而能够进行正确的弧焊工作。
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。
电焊工基本知识电焊入门基础知识
电焊工基本知识电焊入门基础知识电焊工基本知识电焊工是一种专业技术工人，负责使用电弧焊、气体保护焊、手工电弧焊等各种焊接方法将金属材料连接起来。
电焊工需要具备一定的理论知识和实践经验，以确保安全、高效地完成任务。
电焊入门基础知识1. 电弧焊接原理电弧是在两个导体之间形成的放电现象，其产生的高温和高能量可以使金属材料熔化并形成连接。
在电弧焊接中，通过将两个金属材料放置在一起并施加足够的压力，然后使用焊接枪产生电弧，在金属表面产生熔化区域，并在冷却后形成牢固的连接。
2. 焊接设备常见的焊接设备包括手持式电弧焊机、气体保护焊机等。
手持式电弧焊机是最常用的设备之一，其主要由变压器、整流器和控制板组成。
气体保护焊机则使用惰性气体来保护熔化区域，并可实现更高质量的3. 焊接材料焊接材料包括焊条、焊丝等。
焊条是一种金属棒，通常由钢或铝制成，并涂有药皮以帮助熔化和形成连接。
焊丝则是一种细长的金属线，通常用于气体保护焊接。
4. 焊接安全在进行电焊作业时，需要使用防护设备以确保安全。
防护设备包括手套、面罩、耳塞等，以及防火措施如火灭器和消防毯。
5. 焊接技巧良好的焊接技巧是确保高质量连接的关键。
一些基本技巧包括正确地握持电极、掌握适当的电弧长度和角度、掌握适当的熔化深度等。
6. 焊接质量检测完成焊接后，需要进行质量检测以确保连接的牢固性和可靠性。
常见的检测方法包括外观检查、X射线检查等。
电焊工需要具备一定的理论知识和实践经验，并使用适当的设备和材料来完成任务。
在进行作业时，必须遵守安全规定并掌握良好的焊接技巧，以确保高质量连接。
完成焊接后，必须进行质量检测以确保连接的牢固性和可靠性。
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
4
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
焊接基础知识
Ⅰ Ⅱ
Ⅲ
Uf
变，从而岁电流增加，电弧电压
增加，呈现上升特性。 If
影响电弧静特性的因素：
电弧长度
Ua
L2 >L1 L2 L1 电弧长度对电弧静特性的影响
影响电弧静特性的因素：
电弧长度 当弧长变化时， 静特性曲线平行 移动，即当电弧 长度增加时，电 弧电压也增加。 • 在焊条电弧焊应用的电流范围内，可以近似认为电 弧电压仅与电弧长度成正比的变化，而与电流大小 无关，其值一般为16～25V。
(2) 阴极电子发射
• 阴极表面在外加能量作用下连续向外发射出电子 的现象称阴极电子发射。 • 在一般情况下，电子是不能离开金属表面向外发 射的。要使其逸出金属电极表面而产生电子发射， 必须加给电子一定能量。 • 使一个电子由金属表面飞出所需要的最低外加能 量称为逸出功。物质的逸出功一般为电离能的 1/2～1/4。 • 逸出功不仅与元素种类有关，也与物质表面状态 有很大关系。表面有氧化物或其它杂质时，均可 使逸出功大大降低。
的两个必要条件。
•
正常状态下，气体是由中性分子或原子组成 的，不含带电粒子。它们虽然可以自由移动，但 不会受电场作用而产生定向运动，所以是不导电 的。因此，要使正常状态的气体产生电弧导电， 必须先有一个产生带电粒子的过程，即气体电离； 同时，为了使电弧维持“燃烧”，要求电弧的阴 极不断发射电子，这就必须不断地输送电能给电 弧，以补充所消耗的能量。
力大
力小
• 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 • 结果： 碗状熔深焊缝形状。
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焊接电弧的基础知识
电弧是一切电弧焊焊接方法的能源，电弧是一种气体放电现象。
1. 电弧的物理特性
焊接电弧是由焊接电源供电的、具有一定电压的两电极间或电极与焊件间气体介质产生的强烈而持久的放电现象。
通常情况下，气体的分子和原子呈中性，气体中没有带电粒子，即使在电场作用下，也不会产生气体导电现象，电弧不能自发产生。
要使电弧引弧并稳定地燃烧，就必须使两电极间的气体电离产生导电粒子。
2. 焊接电弧的结构
（1）电弧结构：焊接电弧在长度方向上，由于其气体导体粒子的特性变化，电弧的阻抗也发生变化。
通常将电弧分成三个区域，靠近阴、阳极分别为阴极区和阳极区，中间的部分为弧柱区（图1-1）。
阴极区的长度非常小，只-5-6-3-4，而cm10～10，阳极区的长度也只有cm10～10有．
弧柱区则占据电弧的主要长度。
在电弧电压的分布上，阴，10-30V)～20v，弧柱区的压降(U为)极区的压降(U为10CK 2～3V。
)而阳极区的压降(U为A
1-1 电弧压降分布图）电弧中温度及能量的分布：根据焊接电弧的结构2（特点，焊接电弧中各区域温度及能量分布也不均匀。
焊接电弧的溫度结构特点，电极材料、气体种类、焊接电流
大小、焊接方法不同而不同。
—般情况下，弧柱区的温度较
高，两电极温度较低，这主要是由于电极温度受到电极的材
料种类、焊接性能以及熔点和沸点的限制，而弧柱区则．
没有。
（3）电弧周围的磁场：电弧实际上是一种气态导体，从宏
观上看呈中性，而在其内部，正、负电荷分离并以一定的方
向运动形成电流，就像一根通电的导体。
与流过电流的导体一样，电弧周围也产生自身的磁场。
电流与磁场的方向由右手定则确定（图1-2）。
这种自身磁场能产生一定的电磁收缩力，促使熔滴向熔池过渡，保证熔化深度，并使电弧具有一定刚度，即电弧抵抗外界干扰，力求保持沿焊条（丝）轴向流动的能力。
在焊接过程中，由于种种原因，电弧自身所产生的磁场均匀性的分布可能遭到破坏，使电弧偏离焊条（丝）的轴线方向，即产生磁偏吹现象，如图1-3所示。
电流不仅在焊条与电弧的空间产生磁场，而且在流过焊件的方向产生磁场，结果使电弧偏离了焊条（丝）轴线。
磁偏吹的产生还可能由于焊件上的剩磁以及焊件周围其他的磁场所引起。
电弧的磁偏吹现象1-3 图电弧周围磁场1-2 图
电弧磁偏吹使焊接电弧飘移和不稳定，甚至会使电弧熄灭。
电弧的不稳定燃烧，使加在熔池上的作用力也不稳定。
熔滴过渡不规则，导致了焊缝成形不规则，从而引起未焊透、气孔、夹渣等缺陷。
要清除磁偏吹的影响，首先要分析磁偏吹的产生原因，采取调整电弧两侧空间的大小、小电流短弧焊的措施，外加反向磁场或消磁等方法来消除磁偏吹对焊接的影响。
（4）电弧的静特性：在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定地燃烧时，焊接电流与电弧电压变．
电弧电压将随弧长增大化的关系称为焊接电弧的静特性。
而增高，在电弧电压一定时，过分地增大弧长将会导致断弧。
ab1-4）。
在U弧长一定时，电弧静特性都呈形（见图400A 段，电流较小（焊条电弧焊约100A以下，埋弧焊约，要求电源提供较高电压，一般要比正常电弧电压以下）倍才能保证顺利引弧；随着电流的增大，弧柱温高0.5-1度和电离程度都增加，弧柱压降减小，曲线呈下降形状。
，埋弧200Abc 段，为中等电流（焊条电弧焊约100～在，由于弧柱已充分
电离，随着电流的增400 ---800A焊约）段，电流加电弧电压基本不变，曲线呈水平形状。
在cd密度很大，由于弧柱截面受电极截面限制难以增大，电弧电压随着电流的增加而增高。
曲线呈上升形状，实际生产bc段电流小，电弧不稳，很少应用；主要应用中，因ab（压缩电弧）只有在气体保护焊、水下电弧焊、等离子段；cd弧焊或切割时，才用上升的段电弧特性。