交流电弧的燃烧过程分析

常用的交流焊接电源，电流是50Hz的正弦波，电弧每秒有100次经过零点并改变极性。焊接电流经过零点时电流瞬时值为零，电弧熄灭，下半周必须重新引燃，重新引燃电弧所需要的电压数值，称为再引燃电压。重新引燃电弧的难易，与再引燃电弧瞬间，电弧空间气体介质、电极材料和电源的动态特性等有关，这些都对交流电弧的再引燃电压数值有明显的影响。交流焊接电弧的再引燃是在焊接过程中极短暂的熄弧瞬间，电弧空间及电极还处于高温状态，因此再引燃电压数值，要比冷态开始焊接引弧时所要求的电压数值低得多。熔化极焊接开始时，可以用电极与焊件接触的办法引燃电弧。而钨极氩弧焊时不宜接触引弧，这时必须在电极空间施加高压，把电弧空间击穿和电离形成电弧放电，这称为引燃电弧，此时引燃电弧所要求的电压称为引弧电压，它比交流电弧焊接电流过零时再引燃电压数值高得多。

焊接电弧一般认为是非线性的电阻负载。在一般工频条件下，电弧电压与实际焊接电流相位相同。如果回路是纯电阻电路，则焊接电流与电弧电压的关系如图2-43所示。由图2-43可以看出：电源电压U₀由零逐渐上升，当电源瞬时值达到电弧的再引弧电压U_r时，则电弧重新引燃，电路上开始产生电弧电压U_a。电弧一经引燃，电弧电压数值迅速下降到正常燃烧的数值，形成低电压大电流放电现象。一般交流焊接电源接正弦波交流供电，电源电压由小到大，焊接电流也逐渐增大，随着焊接电流的增大，电弧电压变化不大，当电源电压下降时，焊接电流也逐渐减小，到C点以后电源电压低于电弧电压，于是电弧熄灭。C点电压称为熄弧电压。电弧熄灭后电流为零。下半波电源电压上升并达到再引燃电压值时，电弧又重新引燃，如此不断重复形成交流电弧的燃烧过程。由图2-43可以看到，在电阻性回路中焊接电流是不连续的。电弧熄灭时间为t_r+t_x，由于电流中断了一段时间，电弧空间的热量很快散失，电极间温度下降，电弧的再引燃电压增高，造成电弧不稳。如果电弧空间气体导热性好，电离势高或电极材料为导热性好的冷阴极材料，则其再引燃电压非常高，以至于下半波电弧不能再引燃，造成电弧熄灭，使焊接过程不能正常进行。如果在回路中串有足够的电感，如图2-44所示，由于回路中电感与电弧负载相位上的差别及电感的续流作用，当电源电压降至零点，电感仍继续供给焊接电流，维持电弧继续燃烧，直到电感上储存的能量释放完毕不足以维持电弧燃烧时，电弧才熄灭，焊接电流为零。此时若反向电源电压数值已达到或超过再引燃电压U_r，则电弧立即反向引燃，形成反向电流。在交流焊接回路中串以合适的电感，造成电源电压与电弧电压相位上的差及电感的续流作用，可以使交流焊接电流过零时反向立即引燃，使电流过零没有停顿，显著地改善了交流电弧的稳定性。因此，一般交流弧焊电源焊接回路中都应有合适的电感用来提高交流电弧的稳定性。

图2-43 电阻性回路焊接电流、电弧电压及电源电压波形图(www.xing528.com)

图2-44 回路中串有电感时，电弧电压及焊接电流的波形图