C03OO焊接电弧的工艺性能 省赛获奖

弧焊机器人工作站系统应用

2.1.3焊接电弧的工艺特性2.1.3焊接电弧的工艺特性（一）电弧的热能特性（二）电弧的力学特性（一）电弧的热能特性

1、电弧热的形成机构

电能→热能（1）弧柱的产热（2）阴极区的产热（3）阳极区的产热焊接电弧（1）弧柱的产热①本质：A+、e在电场作用下被加速、动能增大的过程。宏观表现为温度上升→产热。由于运动速度，自由程度不同，A+、e得到的能量不同，TA+、Te、TA有可能不同。电子动能：定向运动动能—Ie散乱运动动能—热运动，表现为热能。②产热量主要用于散热损失—对流、幅射、传导。

③影响因素 不仅取决于电流。 凡是影响Ua的因素均影响弧柱的产热。（2）阴极区的产热①本质：产生电子、接受正离子的过程中有能量变化，这些能量的平衡结果就是产热，由三部分组成：②产热公式：Pk=I（Uk-Uw-UT）③作用：阴极的加热，阴极散热损失a.电子逸出阴极时消耗能量：-IUwb.电子进入弧柱前被电场（Ek）加速得到的能量：+IUk

c.电子进入弧柱时带走的能量：-IUT（3）阳极区的产热①本质：接受电子、产生A+过程中伴随的能量转换，由三部分组成：②产热公式：Pa=I（Ua+Uw+UT）③作用：阳极的加热，阳极散热损失a.e被Ua加速所得到的能量：+eUab.电子带来的逸出功：+IUwc.电子带来的相当于弧柱温度那部分能量+IUT2、电弧的温度分布温度电流密度功率密度（1）弧柱温度分布

①轴向两极区低弧柱区高a.二电极尺寸相等时，轴向温度分布均匀b.二电极尺寸不等，轴向温度分布不均匀，靠近尺寸较小的一端，温度较高。②径向：中心大四周小3、焊接电弧的热效率及能量密度

（1）电弧总产热

PQ=Pc+Pa+Pk=I（Uc+Uk+Ua）=IUA（2）有效功率、热效率系数

①有效功率：用于加热工件和焊丝的功率PQ′

②有效热效率系数：=PQ′

/PQ

③影响因素：

a.焊接方法：TIG焊低、SAW焊高

b.焊接工艺参数：

c.外部条件

（3）能量密度

①单位面积上的有效热功率，单位：w/cm2

②越高,H/B越大，焊接变形及HAZ越小。

气焊 电弧焊 激光 电子束

1-10 102-104 106-107 106-108

（二）电弧的力学特性1、电弧力及作用（1）电磁收缩力---电弧静压力（2）等离子流力---电弧动压力（3）斑点力

（4）爆破力（5）细熔滴的冲击力1、电弧力及作用（1）电磁收缩力---电弧静压力流态导体中电磁收缩力柱形导体中的电磁收缩力ALF推焊丝锥形电弧母材（2）等离子流力---电弧动压力

F推引起的高温等离子流高速运动产生对熔池的附加压力。作用： ①促进熔滴过渡

②导致指状熔深分布：轴线处大，周边小阻碍熔滴过渡，直流反接可减小影响。等离子流力等离子流力的分布FP（3）斑点力

由三部分组成，阴极斑点力大于阳极斑点力

①带电粒子撞击力 阴：A+撞击大；阳：e撞击小

②蒸发反力 阴：T高，力大；阳：T低，力小

③电磁收缩力 阴：大；阳：小FF斑Fmg斑点力（4）爆破力仅产生于短路过渡中，短路小桥汽化爆断所产生的力，产生飞溅。爆破力（5）细熔滴的冲击力仅产生于MIG焊射流过渡，熔滴以很大的加速度冲击熔池，形成冲击力。2、影响因素（1）气体介质介质种类不同，影响不同。导热好，易解离的气体，电弧力，特别是斑点力较大。（2）焊接电流及电弧电压：电流增大，电弧力增大；电压增大，电弧力减小。（3）W极或焊丝直径：直径越小，力越大（4）极性：TIG焊时，DCSP大；而MIG焊正好相反。(三)焊接电弧的稳定性1、电源（1）电源特性：要与电弧燃烧要求相符；（2）电源种类：直流稳定性大于交流；（3）电源空载电压：高，引弧容易，燃烧稳定，但不安全。是保证焊缝质量的重要因素，除与操作技术有关，还与：

焊接电流与电弧电压一定，电弧放电可在长时间内连续且稳定燃烧的性能。2、药皮或焊剂：含低电离能物质（如K、Na、Ca的氧化物），燃烧稳定；酸性焊条稳定大于碱性；焊条偏心，保存不当，药皮局部脱落等均会使稳定性下降。3、焊接电流：I大，电弧温度高，电离、场发射增强，电弧稳定性好。

电弧作为一柔软的导体抵抗外界干扰，力求保持电流沿焊条/焊丝轴向流动的能力---刚（挺）直性。影响因素：（1）电流越大，刚直性越大；（2）拘束度越大，刚直性大4、磁偏吹（与刚直性）：

因某种原因使磁力线分布均匀性破坏，电弧中电荷受力不均，使电弧由密的一侧偏向疏的一侧的现象---磁偏吹。

影响因素：（1）导线接法不合适（2）铁磁性物质（3）电弧到达工件边缘时刚直性+++-++--电流+F左F右接线位置引起的磁偏吹++++--+-++++-++--