1-3 电弧焊
(1)电弧的发生及温度
“电弧”是气体放电现象的一种，电车的导电弓与架空导线之间发生的青白色火花是我们身边可以见到的电弧的一例。但上述电弧只是瞬间发生的，为了要进行焊接，保持电弧的稳定非常重要。因此，必须有合适的焊接电源及电极。
图1-3中显示了电弧的发生状态。如图所示，接到合适电源（交流或直流）上的两电极通电后，在将之拉开的瞬间电极之间电弧产生。
电极 电极 电弧 短路 拉开 发生电弧 图1-3 电弧的发生
阴极 阳极 阳极压降 弧柱压降 电弧电压 阴极压降
表1-2 主要金属材料的熔点
如图1-4所示电弧自身由“阴极压降区”、“弧柱区”、
及“阳极压降区”构成。眼睛所看到的只是弧柱部分。金属材料 熔点（oC） 此弧柱在阴极及阳极之间呈现弧状，这就是电弧的名称的由来。电弧自身温度有6000~20000oC (在太阳表面温度以上)。
电弧焊接中所用的主要材料的熔点如表1-2所示。
低碳钢 不锈钢 铝 铜 1550 1500 660 1080 距离 图1-4 电弧的电压 6
(2)电弧的电压·电流特性
图1-5中显示了电流不变时电弧长度与电弧电压的关系。从图中可以看出，当电弧长度变长时电弧电压基本上按比例增高。这是由于如图1-4所示的弧柱电压基本上是与电弧长度成比例增加的。所以，在焊接时增加电弧电压意味着电弧长度的增加。
电弧长(mm) 电流(A) TIG焊接200A时 电弧电压（V） 电弧电压（V） 电弧长:10mm 100%氩气 电弧长:5mm 电弧长:2.5mm TIG焊接 图1-5 电弧长度与电弧电压的关系 图1-6 焊接电流与电弧电压的关系 图1-6中显示了在各种电弧长度时的焊接电流及相应的电压的关系。从图中看出，当在小电流区时随着电流的增加电压下降。相反，在大电流区时随着电流的增大电压缓缓增高。即使改变保护气体的种类，上述电弧的特性也不变。
(3)电弧焊的基本原理及种类
电弧焊是利用被焊材料(以后称为母材)与电极间产生的电弧热将母材和添加材熔化后使母材接合的方法。在表1-1中也已经列出，电弧焊中有很多种类。虽然根据所用电极及保护剂的不同焊接方法也不同，但基本上可以按图1-7所示分为：
电极自身作为添加材料，熔化后消耗掉的“消耗电极式”与电极基本不消耗的“非消耗电极式”两种。
(a)熔化极焊接 母材 CO2焊丝 (自动送丝) 喷嘴 导电嘴(铜) CO2气体 电弧 母材 母材 CO2气体 直流 喷嘴 导电嘴(铜) 氩气 填充焊丝 直流或交流 送丝装置 氩气 钨电极 电弧 母材 图1-7 电弧焊方法 (b)非熔化极焊接 7
消耗电极式电弧焊中有“药皮焊条电弧焊”、“CO2/MAG焊”、“MIG焊”、“自保护焊”、“埋弧焊”。非消耗电极式电弧焊中有“TIG焊”、“等离子焊接”。另外，图1-7(b)所示的非消耗电极式电弧焊根据使用目的、用途又分为添丝焊及焊接薄板、角焊缝时的非添丝焊。
1-4 各种电弧焊的基本原理
在图1-8中表示了各种电弧焊的基本原理。
将芯线上涂有熔渣生成剂的焊条作为消耗电极的焊接方法。 母材 焊条芯 手工电弧焊接 焊钳 焊条 焊条药皮 交流或 直流电源 电弧 母材 保护气体 图1-8 药皮焊条电弧焊 CO2焊接用焊丝 (自动送丝) 喷嘴 导电嘴(铜) CO2气体母材 电弧 母材 MIG焊接用焊丝 直流 (自动送丝) 喷嘴 导电嘴(铜) Ar或混合气体 母材 送丝装置 CO2气体 MAG/CO2焊接法 MIG焊接法 MIG焊基本上与MAG/CO2焊一样，不同的是作为保护气体MIG焊使用Ar等惰性气体。 送丝装置 Ar或混合气体 直流 将卷成圈状的焊丝通过送丝装置连续送出。焊丝通过焊枪前部的导电嘴通电，在保护气氛中母材与焊丝之间引发电弧，利用产生的电弧热进行熔化接合。 MAG焊的所用设备与CO2焊接所用设备一致。所不同的是MAG焊使用由Ar+CO2组成的混合气体以及MAG焊用焊丝。 母材 将卷成圈状的且与母材金属基本相同的焊丝通过送丝装置连续送出，在惰性保护气氛中母材与焊丝之间引发电弧，利用产生的电弧热进行融化接合。 图1-9 MAG/CO2焊接法 图1-10 MIG焊接法 8
喷嘴 导电嘴(铜) Ar气 填充焊丝 钨电极 电弧 母材 母材 直流或交流电源 TIG焊接法 Ar气 TIG焊是在非消耗的钨电极与母材之间引发电弧，利用Ar等惰性气体保护熔融金属不受大气影响，通过产生的电弧热熔化接合母材的方法。 如上面原理图所示，TIG焊分为焊接时插入填加焊丝作为熔化金属的添丝焊和只有母材熔化的非填丝焊2种。 图1-11 TIG焊接法 埋弧焊接法 埋弧焊接用焊丝 (自动送丝) 导电嘴(铜) 直流或交流电源 焊剂 电弧 送丝装置 母材 母材 埋弧焊这个名字是由潜水艇的名字来的，埋弧焊是在放置于焊缝上的粒状焊剂中引发电弧的焊接法。因为电弧潜伏在焊剂中，也称潜弧焊。(现在一般称为埋弧焊) 图1-12 埋弧焊接法
对于各种材料上述焊接法的主要用途如下： 1、药皮焊条电弧焊 2、CO2/MAG焊 3、MIG焊 4、TIG焊 5、埋弧焊
一般钢材、不锈钢、高强钢
一般钢材、不锈钢(药芯焊丝) 铝、不锈钢、铜等所有金属 铝、不锈钢、铜等所有金属 一般钢材、不锈钢等
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1-5 交流电弧焊机与直流电弧焊机
如上述图1-8~图1-12所示，电弧焊时为了引发电弧需要有焊接电源。在焊接电源中有：
“交流电弧焊机”及“直流电弧焊机”2种。
表1-3中表示了各种电弧焊焊接方法所用的焊接电源。
表1-3 各种电弧焊中所用的主要焊接电源
电弧焊接 交流电弧焊接电源 直流电弧焊接电源 药皮焊条电弧焊 CO2/MAG焊 MIG焊 TIG焊 埋弧焊 Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο
表1-4中表示了交流电弧焊机与直流电弧焊机的一般特性比较。
表1-4 交流电弧焊机与直流电弧焊机的主要特性比较 项目 交流电弧焊接电源 直流电弧焊接电源 熔深 电弧的稳定性 空载电压 焊机价格 构造 操作·保养·检查 电弧的磁偏吹 浅 电弧不易稳定 与直流电源相比空载电压高 一般比较便宜 简单 比较简单 不容易发生 深 电弧易稳定 与交流电源相比空载电压低 与直流电源相比一般较高 一般比较复杂 与直流电源相比较麻烦 容易发生 10