气体保护焊电弧特性一.doc

气体保护焊电弧特性(一)?电弧是一种气体放电现象,它能把电能有效而简便地转化为热能、机械能和光能。定义:有焊接电源供给的,具有一定电压的两电极间或电极与母材间,在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象称为焊接电弧。?焊接电弧的基本特点为:1)维持电弧稳定燃烧的电弧电压很低,只有10~50V。2)在电弧中能通过很大电流,可从几安~几千安。3)电弧具有很高的温度,弧柱温度是不均匀的,中心温度最高,可达到5000~30000K,而远离中心则温度降低。4)电弧能发出很强的光。电弧的光辐射波长为(~50)×10-7m。它包括红外线,可见光和紫外线3个部分。?其特点是什么?电弧是由3部分组成,即弧柱区、阴极区和阳极区,如图1所示。1、弧柱区弧柱区呈电中性,它是由分子、原子、受激的原子、正离子、负离子及电子所组成,其中带正电荷的离子与带负电荷的离子几乎相等,所以又称为等离子体。带电的粒子在等离子体定向移动,基本上不消耗能量,所以才能够在低电压条件下,传输大电流。传输电流的主要带电粒子是电子,%,其余为正离子。因为阴极区和阳极区的长度极短,所以可以认为弧柱区长度为电弧长度。弧柱区的电场强度较低,通常只有5~10V/cm。2、阴极区阴极被认为是电子之源。%的带电粒子(电子)。阴极发射电子的能力,对电弧稳定性影响极大。阴极区的长度为10-5~10-6cm,如果阴极压降为10V,则阴极区的电场强度为106~107V/cm。3、阳极区阳极区主要是接受电子,%的带电粒子(正离子)。通常阳极区的长度为10-2~10-3cm,则阳极区的电场强度为103~104V/cm。由于阳极材料和焊接电流对阳极区压降影响很大,它可以在0~10V之间变化。例如当电流密度较大,阳极温度很高,使阳极材料发生蒸发时,阳极压降将降低,甚至到0V。。熔化极气体保护电弧焊都是利用短路引弧法进行引弧,钨极氩弧焊大都采用非接触引弧法,但也有采用短路引弧法。下面以熔化极气体保护焊为例说明短路引弧法的原理。熔化极气体保护电弧焊引弧时首先送进焊丝,并逐渐接近母材,如图2所示。一旦与母材接触,电源将提供较大的短路电流,利用在A点附近的焊丝爆断,进行引弧。如果在B点爆断,则引弧失败。所以在A点爆断是引弧成功的必要条件。在A点还是在B点爆断主要是由于焊丝在该点附近产生电阻热的大小,也就是其接触电阻的大小。A、B两点的接触电阻如图3所示。B点为焊丝与导电嘴的接触处,其接触电阻RB随时间变化很小,基本上不变。在A点却不同,A点为焊丝端头与母材的接触点。RA为接触电阻,在焊丝与母材接触瞬间RA为无穷大;随着短路电流的增加,A点迅速软化,使接触面积增加,于是RA急剧减小。可见,为确保引弧成功,希望短路电流增长速度diS/dt越大越好,RA衰减速度越慢越好。也就是在RA很大时,短路电流iS增加到较高的值,使得在A点发生爆断。提高引弧成功率的方法如下:1)提高短路电流增长速度diS/dt,主要是改善电源的工作状态。如整流焊机中往往利用电流电感调节焊机的动态特性,以便减小飞溅和改善成形,但是却降低了diS/dt,而降低了引弧功率。为此,在引弧时常常利用旁路电路将直流电感短接,而引弧成功后再将该电感接入。此处,当逆变焊机出现后,充分利用电子电抗器调节电源动特性,而选用很小的直流电感,所以勿需采用上述方法,都可以得到很可靠的引弧过程。2)减小接触电阻RA的衰减速度。引弧时令焊丝送进速度慢一些,以便减小焊丝与母材的压力增长速度,RA衰减速度减缓。送丝速度太慢也不利,~3m/min。引弧成功后,应立刻转换为正常送丝速度。3)利用剪断效应引弧。一般情况下,焊接时都利用钳子剪断焊丝端头残留的金属熔滴小球,以利于引弧。但这样做很麻烦,所以现在许多气体保护焊设备增加了去球功能,也就是剪断效应。在焊接结束时,适当降低电弧电压和送丝速度,从而实现自动去球功能。4)导电嘴磨耗较大时,将增大B点处的接触电阻RB,不利于引弧。为此应及时更换导电嘴。。钨极氩弧焊时,主要采用高频高压引弧法或脉冲引弧法。这两种方法都是将钨极接近工件,但是不接触,它们中间留有2~5mm的间隙。这两种方法的电压都很高,达到2000~3000V。引弧时利用高压击穿电极与工件的空间,形成火花放电,在高压作用下,电弧空间形成很强的电场,加强了阴极发射电子及电弧空间的电离作用,使电弧空间由火花放电或辉光放电很快就转变到电弧放电。由于电弧放电时产生的高温,可以在低电压情况下维持电弧放电。这样就完成了引弧过程。引弧时需要高电压