熔化極電弧焊陰極斑點(diǎn)、陽(yáng)極斑點(diǎn)及其成因

根據(jù)陰極材料性質(zhì)及所處狀態(tài)的不同，在某些場(chǎng)合下，電弧導(dǎo)電通道將主要集中在一個(gè)較小的區(qū)域，該區(qū)域電流密度、溫度、發(fā)光強(qiáng)度遠(yuǎn)高于其它區(qū)域，稱為陰極斑點(diǎn)區(qū)。

陰極斑點(diǎn)的形成有如下幾種情況：

⑴非熔化極材料作為陰極，、惰性氣體保護(hù)時(shí)，在電流值較小的情況下出現(xiàn)陰極斑點(diǎn)。

⑵低熔點(diǎn)材料作為陰極（焊絲）時(shí)，也就是冷陰極情況下，如果使用氧化性氣氛作為保護(hù)氣，保護(hù)氣對(duì)電?。ò帢O和陰極區(qū)）有較強(qiáng)的冷卻作用，電弧電場(chǎng)強(qiáng)度較高，從自身較小能量消耗的角度，電弧更趨于集中，難以全面積包圍焊絲熔化金屬（熔滴），電弧導(dǎo)電通道集中在熔滴下方較小的區(qū)域。

⑶惰性氣體保護(hù)下母材作為陰極時(shí)，受母材尺寸大、導(dǎo)熱量大等條件的影響，表面上容易形成陰極斑點(diǎn)。

當(dāng)電弧燃燒不能在陽(yáng)極表面所覆蓋的全面積上形成均勻的電流通道時(shí)，將在陽(yáng)極上的某一局部區(qū)域形成主要的電流通道，大部分電子通過該通道進(jìn)入陽(yáng)極，即為陽(yáng)極斑點(diǎn)區(qū)。

焊接情況下，熔池表面存在著從固液界面處的熔點(diǎn)溫度到中心高溫區(qū)的溫度差，通常情況下，熔化金屬的表面張力依賴于溫度值，由于溫度差使得熔池表面的各部位出現(xiàn)了表面張力差。表面張力差出現(xiàn)后，熔化金屬就出現(xiàn)了向表面張力高的部位拉伸的表面張力流。

⑶熔池內(nèi)部流動(dòng)著的電流產(chǎn)生的電磁對(duì)流。

熔化極電弧焊從電弧進(jìn)入熔池的電流在電弧正下方有著較高的電流密度，從熔池到母材內(nèi)部，電流密度是逐漸降低的。電流與其自身產(chǎn)生的磁場(chǎng)之間相互作用而產(chǎn)生了電磁力，該電磁力指向電流發(fā)散方向，由此產(chǎn)生了電磁對(duì)流。電磁對(duì)流的方向是向著電流發(fā)散的方向即從電弧正下方熔池中心區(qū)向熔池底部流動(dòng)。

⑷熔池內(nèi)部熔化金屬密度差引起的浮力流。

焊接情況下，熔池內(nèi)部的溫度是從電弧正下方的高溫區(qū)向固液界面處的熔點(diǎn)溫度變化著的，形成了熔池內(nèi)部的空間溫度場(chǎng)，液態(tài)金屬是溫度越高密度越低，密度低的部分受到浮力的作用向著重力的反方向運(yùn)動(dòng)。

表面張力流對(duì)焊縫成型的影響

表面張力在熔化焊接中起到重要作用。表面張力與熔滴過渡、熔池形成及其內(nèi)部的流動(dòng)都有密切的關(guān)系。

對(duì)于表面活性元素較少的材料，表面張力隨溫度的升高而減小，由此原因，電極正下方熔池表面溫度較高處的表面張力低于表面溫度較低的熔池周邊區(qū)的表面張力，從而產(chǎn)生了從熔池中心區(qū)向周邊區(qū)的流動(dòng)，即形成外向表面張力流，并獲得較淺的熔深。

對(duì)于表面活性元素較多的材料，表面張力隨溫度的上升而增大，從而產(chǎn)生從熔池周邊區(qū)向中心區(qū)的流動(dòng)，即形成內(nèi)向表面張力流，而電極正下方熔池中心區(qū)的熔化金屬具有較高的溫度，被液流直接傳向熔池底部時(shí)，也帶去較多的熱量，從而使熔深增加，也可以表述為熔化效率提高。

影響焊絲融化速度的因素原因

當(dāng)材質(zhì)一定時(shí)，焊絲熔化速度基本上是由電流、焊絲直徑、干伸長(zhǎng)決定。但焊絲極性、保護(hù)氣種類、可見弧長(zhǎng)、熔滴過渡形態(tài)等也有很大影響。

在焊絲接正時(shí)，焊絲熔化速度與混合氣種類無(wú)關(guān)，幾乎成定值。在焊絲接負(fù)時(shí)，與焊絲接正時(shí)相比，其熔化量顯著提高。

熔滴過渡時(shí)熔滴上受哪些作用力

使焊絲端部的熔滴產(chǎn)生脫落、過渡的力主要是重力、表面張力、電磁力、摩擦力4項(xiàng)。

直流氬弧焊采用哪些極性及原因

TIG焊時(shí)，反極性焊接只有在焊接薄件鋁、鎂及其合金時(shí)才會(huì)采用。因?yàn)榇藭r(shí)電弧在工件上的產(chǎn)熱少，焊縫熔深淺而熔寬大，生產(chǎn)效率低。故一般采用正極性焊接。

MIG焊接一般采用焊絲為陽(yáng)極的接法，而把焊絲接負(fù)或采用交流的很少。

其原因有兩項(xiàng)：一是要充分利用電弧對(duì)母材的清理作用，另一原因是為了使熔滴細(xì)化，并且形成平穩(wěn)過渡。

提高焊接速度的方法：

⑴增加焊接的熱輸入

⑵改變電極的前端形狀，電極前端磨出一定的平臺(tái)

⑶在氬氣中混入氦氣

⑷采用電極傾斜方式進(jìn)行焊接

增加焊接熔深的方法：

⑴增加焊接熱輸入

⑵減小電弧長(zhǎng)度

⑶在氬氣中混入氦氣

二氧化碳焊的脫氧措施和避免或減小焊縫氣孔的措施

脫氧措施：熔池脫氧，采取Si-Mn聯(lián)合脫氧并合理選擇焊絲中錳、硅的含量及其比例；在焊絲中適量添加Al、Ti等元素作為脫氧劑。

影響埋弧焊熔深的因素和防止燒穿的措施

焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲直徑、焊絲傾角、坡口精度以及母材的傾斜都會(huì)對(duì)焊接熔深產(chǎn)生影響。

為防止燒穿，需要在調(diào)整焊接條件的同時(shí)，提高坡口精度。如果坡口精度沒有條件提高，應(yīng)采用封底焊接或使用適當(dāng)?shù)囊r墊。2100433B

穩(wěn)定狀態(tài)下焊接電弧的電流、電壓特性，稱作電弧靜特性曲線。

電弧靜特性的特征：

⑴在小電流區(qū)，電弧電壓隨電流的增大而減小，呈現(xiàn)負(fù)阻特性。

⑵當(dāng)電流稍大時(shí)，電弧電壓自動(dòng)維持一定的數(shù)值，保證產(chǎn)熱量與散熱量的平衡，在電弧靜特性曲線上出現(xiàn)一定區(qū)間內(nèi)的平特性特征。

⑶在大電流區(qū)間，電弧電壓隨電流的增加而增加，呈現(xiàn)正特性。

影響電弧靜特性及電弧電壓的因素：

⑴電弧長(zhǎng)度

⑵保護(hù)氣成分

⑶電極條件

⑷母材情況

⑸保護(hù)氣流量、環(huán)境溫度、焊接電流形式

影響電弧力的因素有哪些

⑴氣體介質(zhì)

⑵電流和電壓（弧長(zhǎng)）

⑶電極（焊絲）直徑

⑷電極（焊絲）極性

⑸鎢極端部幾何形狀

⑹脈沖電流的影響。

電弧力的來(lái)源有：①電弧靜壓力②電弧動(dòng)壓力③斑點(diǎn)力④爆破力⑤熔滴沖擊力；其產(chǎn)生的原因分別如下：①因?yàn)殡姌O直徑限制了導(dǎo)電區(qū)的擴(kuò)展，而在工件上電弧可以擴(kuò)展的比較寬，所以電極前端電弧截面直徑小，接近工件端電弧截面直徑大，直徑不同引起壓力差，從而產(chǎn)生由電極指向工件的推力，即為電弧靜壓力；②電弧中的壓力差使較小截面處的高溫粒子向工件方向流動(dòng)，并有更小截面處的氣體粒子補(bǔ)充到該截面上來(lái)，以及保護(hù)氣氛不斷進(jìn)入電弧空間，從而形成連續(xù)不斷的氣流，稱作等離子氣流，到達(dá)工件表面時(shí)形成附加的一種壓力稱作等離子流力，即電弧動(dòng)壓力；③電極上形成斑點(diǎn)時(shí)，由于斑點(diǎn)上導(dǎo)電和導(dǎo)熱的特點(diǎn)，在斑點(diǎn)上將產(chǎn)生斑點(diǎn)力；④當(dāng)熔滴與熔池發(fā)生短路時(shí)，電弧瞬間熄滅，因短路時(shí)電流很大，短路液柱中電流密度很高，在金屬液柱中產(chǎn)生很大的電磁收縮力，使液柱中部變細(xì)，產(chǎn)生勁縮，使液柱汽化爆破；⑤熔化極富氬保護(hù)射流過渡焊接時(shí)，焊絲前端熔化金屬形成連續(xù)細(xì)滴沿焊絲軸線方向射向熔池，形成熔滴沖擊力。

1.等離子體：氣體在電場(chǎng)和熱場(chǎng)作用下產(chǎn)生電離，電離后所處的空間由陽(yáng)離子及電子這樣的帶電粒子、原子、及分子這樣的中性粒子所構(gòu)成。含有帶電粒子的電中性粒子集團(tuán)成為等離子體。

2.電弧熱效率：相對(duì)于電弧功率，向母材傳送的熱量所占的比例成為電弧的熱效率。

3.直流分量：當(dāng)電弧兩個(gè)電極材料不同時(shí)，由于發(fā)射電子能力不同，電弧兩種極性狀態(tài)時(shí)將流過不同的電流值，即在電弧和焊接回路中出現(xiàn)正負(fù)半波電流不同的情況。正負(fù)半波的電流差值成為直流分量。

4.TIG焊：即鎢極氬弧焊，以鎢材料或鎢的合金材料作為電極，在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行焊接的方法。

5.MIG焊：即熔化極氬弧焊，采用熔化極焊絲作為電弧的一極，從焊槍噴嘴中流出惰性氣體對(duì)焊接區(qū)及電弧進(jìn)行保護(hù)，焊絲熔化金屬?gòu)暮附z端部脫落過渡到熔池，與母材熔化金屬共同形成焊縫的焊接方法。

6.MAG焊：混合氣體保護(hù)熔化極電弧焊。采用熔化極焊絲作為電弧的一極，從焊槍噴嘴中流出混合氣體對(duì)焊接區(qū)

熔化極電弧焊及電弧進(jìn)行保護(hù)，焊絲熔化金屬?gòu)暮附z端部脫落過渡到熔池，與母材熔化金屬共同形成焊縫的焊接方法。

7.短路過渡：在較小電流低電壓時(shí)，熔滴未長(zhǎng)成大滴就與熔池短路，在表面張力及電磁收縮力作用下，熔滴向母材過渡稱為短路過渡。

8.射流過渡：對(duì)于鋼系焊絲，焊絲前端在焊絲中被削成鉛筆狀，熔滴從其前端流出，以很細(xì)小的顆粒進(jìn)行過渡，其最大過渡頻度可達(dá)每秒500次，把這種過渡稱為射流過渡。

9.射滴過渡：在使用電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率較大的鋁和銅進(jìn)行焊接時(shí)，其熔滴尺寸接近焊絲直徑，過渡頻度在每秒100～200次左右，每一滴都呈現(xiàn)規(guī)則的過渡，這種過渡稱作射滴過渡。

10.陰極清理作用：惰性氣體中的電弧在以金屬板（絲）為陰極的情況下，陰極斑點(diǎn)在金屬板（絲）上掃動(dòng)，除去金屬表面上的氧化膜，使其露出清潔金屬面，稱作電弧的陰極清理作用或氧化膜的破碎作用。

11.最小電壓原理：在給定點(diǎn)流與周圍條件一定的情況下，電弧穩(wěn)定燃燒時(shí)，其導(dǎo)電區(qū)的半徑或溫度，應(yīng)使電弧電場(chǎng)強(qiáng)度具有最小的數(shù)值，即電弧具有保持最小能量消耗的作用。

12.磁偏吹：如果由于某種原因使電弧周圍磁力線分布的均勻性受到破壞，使電弧中的電荷受力不均勻，就會(huì)使電弧偏向一側(cè)，這種現(xiàn)象叫做磁偏吹。

13.解離：電弧中由兩個(gè)以上原子構(gòu)成的氣體分子，由于熱的作用，將分解成原子。這種現(xiàn)象叫做解離。

14.細(xì)顆粒過渡：二氧化碳電弧焊，對(duì)于某一直徑的焊絲，在電流增大到一定的數(shù)值并配以適當(dāng)?shù)碾娀‰妷?，熔滴以較小的尺寸自由飛落進(jìn)入熔池，把這種現(xiàn)象稱作二氧化碳電弧焊細(xì)顆粒過渡。

15.電弧固有自身調(diào)節(jié)作用：在焊槍高度發(fā)生變動(dòng)或出現(xiàn)其它干擾時(shí)，焊絲比熔化量隨可見弧長(zhǎng)的減小而增大的特性使電弧自身具有保持弧長(zhǎng)穩(wěn)定的能力，把這種特性成為電弧固有自身調(diào)節(jié)作用。

16.焊縫成型系數(shù)：在焊縫成型中，熔寬B與熔深H之比B/H稱作焊縫的成型系數(shù)。

熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊是一種焊接作業(yè)方式。

中文名稱

熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊

英文名稱

metal inert-gas arc welding

定　　義

采用熔化電極的惰性氣體保護(hù)電弧焊。

應(yīng)用學(xué)科

材料科學(xué)技術(shù)（一級(jí)學(xué)科），材料科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)（二級(jí)學(xué)科），材料合成、制備與加工（三級(jí)學(xué)科），焊接與連接技術(shù)（四級(jí)學(xué)科）