焊接电弧的构造和温度分布

1.焊接电弧的构造

焊接电弧按其构造可分为阴极区、阳极区和弧柱区三部分，如图6-8所示。

图6-8 焊接电弧的构造

1—焊条 2—阴极区 3—弧柱区 4—阳极区 5—焊件

（1）阴极区 电弧紧靠负电极（直流正接）的区域称为阴极区，阴极区很窄，为10^-6～10^-5cm。在阴极区的阴极表面有一个明亮的斑点，称为阴极斑点。它是阴极表面上电子发射的发源地，也是阴极区温度最高的地方，具有主动寻找氧化膜、破碎氧化膜的特点，把焊件接在负极上就是利用阴极斑点的这个特性。由于阴极表面堆积一批正离子，所以形成一个电压降，称为阴极电压降。

（2）阳极区 电弧紧靠正电极（直流正接）的区域称为阳极区，阳极区较阴极区宽，为10^-4～10^-3cm，在阳极区的阳极表面也有光亮的斑点，称为阳极斑点。它是电弧放电时，正电极表面上集中接收电子的微小区域，阳极区电场强度比阴极区小得多。

（3）弧柱区 电弧阴极区和阳极区之间的区域称为弧柱区。由于阴极区和阳极区都很窄，因此，电弧的主要组成部分是弧柱区。弧柱的长度基本上等于电弧长度。在弧柱的长度方向带电质点的分布是均匀的，所以弧柱的电压降也是均匀的。在弧柱区里充满了电子、正离子、负离子和中性的气体分子和原子，并伴随着激烈的电离反应。

2.焊接电弧的温度分布

焊接电弧三个区域的温度分布是不均匀的，由于阳极不发射电子，消耗能量少，因此，当阳极与阴极材料相同时，阳极区的温度要高于阴极区。阳极区的温度一般为2330～3930℃，放出热量占焊接电弧总热量的43%左右。

阴极区的温度一般为2130～3230℃，放出的热量占焊接电弧总热量的36%左右。阴极区和阳极区的温度主要取决于电极材料，而且一般阴极区的温度都低于阳极区的温度，且低于材料的沸点。

弧柱中心温度可达5370～7730℃，离开弧柱中心，温度逐渐降低。弧柱放出热量占焊接电弧总热量的21%左右。弧柱的温度与弧柱气体介质和焊接电流大小等因素有关；焊接电流越大，弧柱中电离程度也越大，弧柱温度也越高。

不同的焊接方法，其阳极区、阴极区温度的高低并不一致。各种焊接方法的阴极区与阳极区温度的比较见表6-1。

表6-1 各种焊接方法的阴极区与阳极区温度的比较(www.xing528.com)

当焊接电源为交流电时，由于电源的极性是周期性地改变的，所以两个电极区的温度趋于一致，近似于它们的平均值。

图6-9 电弧结构与电压分布示意图

3.电弧电压

电弧两端（两电极）之间的电压降称为电弧电压。当弧长一定时，电弧电压分布如图6-9所示。电弧电压（U）由阴极压降（U_i）、阳极压降（U_y）和弧柱压降（U_z）组成。即

U_h=U_i+U_y+U_z=U_i+U_y+BL_z

式中 U_h——电弧电压（V）；

U_i——阴极压降（V）；

U_y——阳极压降（V）；

U_z——弧柱压降（V）；

B——单位长度的弧柱压降（V/cm）；

L_z——电弧长度（cm）。