技术的操作注意事项： 手工电弧焊焊接电弧技术操作注意事项

图14⁃1 气体电离过程示意图

a）热电离 b）碰撞电离

1.电弧放电的基本概念

电弧是在两个电板间产生的强烈而持久的气体放电现象。电弧放时时，一方面产生大量的热量，同时形成强烈的弧光。电弧焊时就是利用电弧产生的热量，熔化被焊金属和焊条进行焊接。

手工电弧焊时，两电板间的气体是由焊条金属和药皮蒸汽形成的。一般情况下，气体是不导电的，而是在被焊金属（母材）和焊条间（亦即电极间）的气体之所以能进行放电现象，其内因是两电极间具有足够数量的带电质点（电子、离子），其外因是在两电极间具有足够的电压，在这个电压的作用下，电极间的带电质点定向运动，因而形成了电弧放电。

电弧放电时，电极间的带电质点是通过电子发射和气体电离两个过程产生的。

（1）电子发射 电子发射是阴极表面（焊条端部或母材表面）接受外界能量向外发射电子的过程，焊接电弧中，主要有热发射和自发射两种形式：

1）热发射。当加热阴极使阴极表面温度足够高时，由于电子运动加速而从阴极表面射出来，称为热发射。

2）自发射。当两电极间存在强电场时，阳极表面的电子会被吸出来，称为自发射。

（2）气体电离 气体电离是气体分子或原子接受外来能量形成电子和离子的过程，在焊接电弧中主要是热电离，其次是碰撞电离。

1）热电离。电弧高温下，手工电弧焊时（约达6000℃左右），气体分子或原子高速运动而相互碰撞，若气体分子或原子的动能足够大时，就能把分子或原子中的电子打出来使中性分子或原子变成正离子，如图14⁃1所示。

2）碰撞电离 发射出来的电子在电极间电场作用下高速前进，具有很大的动能，与气体分子或原子碰撞，把其中的电子打出来，使中性分子或原子变成正离子，如图14⁃1b所示。

从上述可知，若使两电极间产生电弧，进行气体放电现象，并使电弧稳定燃烧，就必须使两电极间具有足够数量的带电质点，亦即应使其中气体电离，而不同的气体，其电离难易程度不同。若气体介质中含有碱金属或碱土金属，如钾、钠、钙等需较少量就易电离，而含有氩、氟等元素就电离困难，所以通常在焊条药皮中加入易电离的物质如钾、钠、钙的化合物来提高电弧稳定性。

2.焊接电弧的引燃过程

引燃电弧时，先将焊与工件接触使焊条接回路发生短路，但由于接触表面不平整，如图14⁃2a所示，接触点上通过的电流密度非常大，产生了大量的电阻热，使焊条与工件的接触部分温度急剧升高而熔化，甚至部分发生蒸发，如图14⁃2b所示，因此当提起焊条，离开工件形成不大空隙时，在两极间的较高空载电压使受热的阴极表面产生电子发射，同时由于焊条与工件间已充满了高热的、易电离的金属蒸汽和热空气，当受到具有动能较大的电子碰击时就形成了气体电离。形成的带电质点，在两电极间电压作用下，各自作走向运动，另外在电极间还不断发生带电质点的复合，放出大量的能量，这种电离和复合过程反复进行，就形成了具有强烈的热和光的电弧。这样，本来不导电的电极气隙迅速变成能通过很大焊接电流的电弧。(www.xing528.com)

图14⁃2 电弧的引燃过程

a）焊条与工件接触短路 b）接触处受电阻热作用而熔化 c）电弧产生

3.焊接电弧的构造和温度

焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成，如图14⁃3所示。阴极区是靠近阴极很薄的一层；阳极区是靠近阳极很薄的一层；而弧柱区是在阴极区和阳极区之间的区域，一般呈圆锥形，锥顶在阴极。这三个区域的热量和温度分布不是均匀的，其中阴极是发射电子的表面，需要消耗能量。阳极表面则受电子冲击，并与正离子中和放出热量，因此，阳极的发热量和温度均较阴极为高，如表14⁃1所示。但由于金属熔化和蒸发吸收大量的热，两极的温度均较弧柱低，两极的温度主要受电极材料沸点的极制，常低于电极材料的沸点。

弧柱主要是由电子与正离子组成，但也有一些负离子和中性质点在内，弧柱温度与电流密度和气体介质有关，一般手弧焊时为5000～6000K，埋弧焊时为7000～8000K，但由于弧柱产生的热量大部分散失于周围空气中，因此，焊接时熔化金属的热量主要是由两极所供给。

图14⁃3 电弧构造示意图

在使用直流电焊接时，存在一个极性接法问题，如果把阳极接在工件上，阴极接在焊条上，工件就能获得较多的热量，熔化深度加大，焊厚度大的工件常用此法，这种连接形式叫做直流正接（或正极性），而焊薄板时则用直流反接（或负极性）。也就是工件接阴极，焊条接阳极。而在使用交流电焊接时，电弧中阳极与阴极时刻改变，所以工件与焊条上的热量是相等的，没有正反接法的分别。

表14⁃1 阴极和阳极的温度

4.电弧电压的概念

前面已经说过，为了使电弧连续稳定的燃烧，在两极间必须保持一定的电压。开始时气体未被电离，需要较高的电压，这就是引弧电压（又称负载电压，直流时约40～70V，交流时约55～90V）。而当电弧引燃后，气体已被电离，此时增大电流会使电弧温度升高，有利于进一步发射电子和气体电离，所以维持电弧稳定燃烧所需的电压反而比引燃电压高。

维持电弧稳定燃烧所需电压又称电弧电压，通常我们所测量的电弧电压就是电弧的三个区域电压降（阴极电压降、阳极电压降和弧柱电压降）总和，电弧电压大小是和电弧长度成正比的，一般手工焊为15～25V，埋弧焊为35～42V。