焊接电源课程讲义第2章焊接电弧及其电特性

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1、第二章焊接电弧及其电特性焊接电弧的实质：气体放电2.1焊接电弧及其引燃T|c=电源电阻* 阴极阳极产生气体放电的方式:与气体电离肯电子发射H2-1电弧放电示意图气体的电离与电子发射气体的电离* (1)热电离(2)场致电离(3)光电离 电极的电子发射(1) 热发射(2) 电场发射(3) 光发射(4) 粒子碰撞发射来气体的不断电离与电极不断的电子发射是形成电弧的前提 条件焊接电弧的引燃肯接触引弧肯非接触引弧(+ )+ )a)b)图22电弧引燃过程示意图a）接触b）拉开c）燃弧非接触引弧a)b)图23非接触引弧的电压波形a)髙频高压引弧电压波形b)高压脉冲引弧波形2. 2焊接电弧的结构和伏安特性2.

2、 2.1焊接电弧的结构与电弧电压uf = UA+UC+U电弧阳极其中，% 弧柱压降，单位为V；4 电弧电流，单位为A；% 弧柱电阻，单位为Q；/c 弧柱长度，单位为mm；Sc弧柱截面积，单位为mm?；Yc 弧柱的电导率，单位为S-mm/mm2；Jc 弧柱的电流密度，单位为A/mm2；阴极压降区孤柱区b焊接电弧最小电压原理能耗最小的趋势+阳极压降区图2-4电弧结构及压降分布长度和压降基本固2 ： 2 . 2焊援电弧的靜贊性:二楚長应商审孤衽稔楚获悬下，电弧电压牙与电弧电流厶之间的关系，称为焊接电弧的静态伏安特性，简称伏安特性或静特性。可用下式表示：已焊接电弧静特性曲线形状分析U形曲线图25金属电

3、阻的伏 安特性曲线图Z6电弧的静特605040纵20WA-#*图Z7电弧各区域压降与对于不同的焊接方法，在其正常使用范围内，并不色括电朋 V形窃手工电弧焊、埋弧焊等焊接电弧基本工作在电弧静特性的水平段。窃TIG焊、微束等离子弧焊、等离子弧焊的焊接电弧也基本工作在电弧静特性的水平段 皆熔化极气体保护焊（氮弧焊和CO?焊等）和水下焊接等焊接电弧基本上工作在电弧静 特性的上升段。+焊接电弧静特性曲线的影响因素&电弧长度的影响 歹电极直径的影响 电极直径改变时，主要影响Sk和2的变化。易产生错误认识之处C02/MIG/MAG 焊的焊接电流大于埋弧焊吗？不同的焊接电弧有不同的电弧静特性曲线在U-I坐标上

4、的上下左右位置不同2. 2. 3焊接电弧的动特性/一定弧长的电弧，当电弧电流以很快速度连续变化时, 电弧电压瞬时值与电流瞬时值之间的关系称为电弧动态 伏安特性，简称为电弧动漪傕。可用下列函数表示：uf = f（0）a）电压一电流波形b）动特性曲线College of Materials Science and Engineering, HUST单向电流电弧呢72. 3焊接电弧负载的特点仔焊接电弧是非线性负载仔焊接电弧负载变化大，有的频繁地短路与开路仔焊接电弧负载特性不仅与电弧的电流特性有关，而且与焊接方法、电 弧的状态、电弧周围的介质以及电极材料等有关倉直流电弧、交流电弧和脉冲电弧；自由电弧和

5、压缩电弧；熔化极电弧和非熔化极电弧；2. 3.1交流电弧图212电感性电路交流电弧电压电流波形College of Materials Science and Engineering, HUST图211电阻性电路交流电弧电压电流波形通过研究表明，采用工频正弦波交流电弧焊接，为使电弧电流连续，应满足下列条件:o5(2-5)式中u弧焊电源的空载电压，单位为V；5 交流电弧电压(交流电压的有效值)，单位为V；ux再引弧电压，单位为V。对于手工焊条的交流电弧焊，加=1.3 1.5。砂提高交流电弧稳定性的措施：& (1)提高弧焊电源频率令(2)提高电源的空载电压令(3)改善电弧电流的波形(矩形波)& (

6、4)叠加高压电图2-13宜流矩形波脉冲电弧电流波形&由维持电弧和脉冲电弧两部分组成。也可看作直流分量+交流分量&维持电弧（或称基本电弧）主要保证电弧的连续燃烧，&脉冲电弧主要用于加热熔化工件和焊丝，并使熔滴从焊丝脱落和向 工件过渡。为了满足焊接电恥的稳定及焊接工艺的需要，在脉冲峰值和脉冲基值时往往 需要采用不同的张焊电涮外特性3. 3非熔化极焊接电弧金非熔化极电弧焊接，通常都釆用惰性气体（如氮气、氨气等）保护，电极 本身在焊接过程中不熔化，没有金属熔滴过渡勺肯由于没有熔滴过渡和飞溅问题，只要求能够维持电弧稳定燃烧即町。&弧长和弧压波动很少，稳定焊接电流是关键，常采用恒流外特性的电源。2. 3.4熔化极焊接电弧竺熔化极电弧焊是指在焊接电弧燃烧过程中，作为电弧极的焊丝（条）不 断熔化并过渡到焊接熔池中去的焊接方法仔与非熔化极电弧相比，由于存在电极熔化，弧长和弧压都会发生波动。因 此要保证电弧稳定，弧焊电源外特性要和送丝系统相匹配。倉熔化极焊接电弧是一个变化极快的动负载，熔滴短路往往使电弧变得更加 不稳圧。因此需要对弧焊电源的动态特性提出更高的要求。焊接电弧是一种低电压大电流的气体放电现象焊接电弧是一个变化剧烈的阻性负载，甚至会频繁地 短路与开路不同的焊接方法，焊接电弧特性不同弧焊电源的作用就是保证在不同的焊接方法中，焊接 电弧的稳定燃烧