[连载]气体保护焊电弧特性（3）

9.什么是焊接电弧静特性？

焊接电弧静特性的定义是：在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流和电弧电压之间关系的曲线，也称伏-安特性，如图13所示。

图中所示的电弧静特性曲线分为3个部分。ab段为电流较小时，电弧静特性为负阻特性，即随着电流的增加而电压减小；当电流稍大时为bc段，随着焊接电流的增加，电弧电压值基本不变，为水平特性；当电流更大时为cd段，电弧电压随焊接电流的增加而增加，电弧静特性为上升特性。

由于电弧电压决定于弧长，所以当弧长增加时，电弧静特性曲线上移，而弧长缩短时，电弧静特性曲线下移。

10.试问各种弧焊方法的电弧静特性曲线有什么特点？

各种弧焊方法的电弧静特性曲线是不同的。它们是在一定条件下求得的，所以其静特性只是图1-13曲线中的一部分，如图14所示。

1）小电流区间电弧静特性呈下降特性。如图14a的示，在小电流区间，因电弧电流较小，弧柱的电流密度基本不变，弧柱断面将随电流的增加而按比例增加。如果电流增加到原来电流的4倍，则弧柱断面面积也增加到原弧柱的4倍，而弧柱周长却只增加2倍，使电弧向周围空间散失热量也只增加2倍。总之，减小了散热，提高了电弧温度和电离度，所以必然使电弧点电场强度下降，弧柱压降也呈下降趋势。同时阴极与阳极压降也为下降特性，于是在小电流区间，电弧电压Ua呈下降趋势，也就是电弧静特性呈负阻特性。小电流TIG焊接属于这种。

2）中电流区间电弧静特性呈水平特性。如图14b所示，电流较大时，焊丝金属将产生金属蒸气和等离子流。金属蒸气以一定速度喷射和等离子流将对电弧产生附加的冷却使用。此时电弧的产热不但有周边散热损失，而且还有金属蒸气与等离子流的附加损耗。这些能量消耗将随电流的增加而增加，因此在某一电流区间，可以保持电弧电场强度E不变，使电弧静特性呈平特性，如埋弧焊、焊条电弧焊和大电流TIG焊都是这种情况。

3）大电流区间电弧静特性呈上升特性。如图14c所示，当电流进一步增大时，特别是用细焊丝GMAW焊接时，电弧弧柱区尺寸受焊丝直径的限制，随着焊接电流的增加，电弧柱电流密度增大。同时，金属蒸气的喷射和等离子流冷却作用进一步加强以及电磁收缩力的作用，电弧断面不能随电流的增加而成比例地增大，使得电弧电导率减小，要保证一定的电流通过则要求较大的电场强度E。所以在大电流区间，随着电流的增加，弧柱的电场强度增大。另外，阴极压降和阳极压降在这种情况下影响不大。所以电弧压降Ua主要受弧柱压降的影响，它随着电流的增加而升高，使得电弧静特性呈上升趋势。如GMAW焊的电弧特性大多为上升特性。

11.电弧周围的介质对电弧静特性有什么影响？

电弧周围的介质包括气体介质的特性和气体介质的压力两个方面。

气体介质的特性主要是气体的热传导性和气体的热容，如图15和图16所示。可以看到热容较高的和热传导性好的气体（如H2和He），对电弧产生冷却作用，引起电弧收缩，增大了电弧电场强度。而Ar气为单原子气体，同时具有较低的热容和热导率，有较强的保持弧柱温度的能力，所以电弧电场强度较低。这样一来，将得到如图17所示的电弧静特性偏低。相反，氦气保护的电弧，电弧静特性较高。

气体介质压力的影响主要表现在随着气体压力增大，则气体离子密度也增加，气体离子通过散乱运动从电弧带走更多的热量。因此气体压力越大，冷却作用就越强，弧压就越高。同样道理，压缩电弧与自由电弧相比，压缩电弧的电场强度更高些。所以气体介质的压力增大时电弧静特性将提高。

12.什么是电弧动特性？

电弧动特性的定义为：对于一定弧长的电弧，当电弧电流发生连续的快速变化时，电弧电压与电流瞬时值之间的关系。

这里所指的快速变化的电流有交流电弧、短路过渡电弧、脉冲电弧以及引弧熄弧过程等。由于焊接电流是时间的函数，则电弧弧柱中带电粒子的密度以及弧柱半径和温度等都随之变化，同时阴极与阳极的温度也随之变化，因此电弧电压也必然随时间而变化。

以交流电弧为例说明其动特性，如图18所示，电弧电流基本上按正弦规律变化。

由图18b可见电流从零向最大值变化过程中，电弧电压按PQR点的顺序变化。当电压由最大值向零变化时，电压按PQR点的顺序变化。PQR点电弧电压值大于RST点的值，ur为再引弧电压。因两个电极均为碳极，所以其正负半波是对称的。交流电弧的这种特性是由电弧空间气体的惯性所决定的。每次电弧在引燃时都要求较高的再引燃电压。一旦电弧引燃，电弧空间气体被加热而电离，并具有较高的温度，电弧空间的温度降低也有一定的惯性，所以要求较低的电压，因此形成上述那样的动特性曲线。从上述的分析可以认为，凡是影响电弧空间散热条件，影响电极发射电子能力，影响气体电离的因素等都会影响交流电弧动特性曲线形状，也就直接影响交流电弧焊接过程稳定性。

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