電弧力

根據(jù)產(chǎn)生力的直接原因和表現(xiàn)形式，通常將電弧力分為電磁力、等離子流力、電極斑點力等多種力，它們共同組成電弧力。

電弧力電磁力

電磁力是電弧力組成中最重要的一個力。電磁現(xiàn)象表明，在兩根相距不遠(yuǎn)的平行導(dǎo)線中通以圊方向的電流時，則產(chǎn)生相互吸引力；若方向相反，則產(chǎn)生排斥力。這種力的形成是由予在通電導(dǎo)體周圍空間形成磁場，而兩個通電導(dǎo)體處于磁場中受到磁場力的作用，于是發(fā)生上述現(xiàn)象。上述的磁場力是由于電流流過導(dǎo)體時產(chǎn)生的，因此稱為電磁力。

當(dāng)電流流過一個導(dǎo)體時，可將電流看成是由許多平行的電流線組成，其電流元線之間因自身磁場的相互作用而產(chǎn)生吸引力(圖1左圖)，導(dǎo)體受到從四周向中心方向的壓縮。這種壓縮力對于固態(tài)導(dǎo)體一般難于顯示出其影響；但對于可以產(chǎn)生自由變形的流體(如氣體、液體)導(dǎo)體，則可引起導(dǎo)體截面產(chǎn)生收縮(圖1右圖)，這種現(xiàn)象稱為電磁壓縮效應(yīng)，這種電磁力稱做電磁壓縮力。

電弧力等離子流力

對于圓錐形電弧來說，沿電弧軸線方向的弧柱橫截面是變化的，靠近于電極處電磁力大，而靠近焊接表面處的電磁力小，因而沿電弧軸向存在著一個電磁力梯度，而軸向的電磁力梯度必然造成在電弧中心部位等離子體產(chǎn)生軸向靜壓力梯度，這樣就使得電弧等離子體將從靠近電極處的高壓區(qū)A向靠近焊件處的低壓區(qū)B流動(圖1-25)，便在電弧中形成了一股高速的等離子流。這時為了保持流動的連續(xù)性，將從C區(qū)把新的氣體介質(zhì)吸入弧柱，而新加人的氣體被加熱和部分電離后又繼續(xù)流向B區(qū)，這樣就構(gòu)成了連續(xù)的等離子流。

應(yīng)當(dāng)指出，上述等離子流僅是因電極與焊件的幾何尺寸差異形成錐形電弧而引起的，因而無論用直流正極性或反極性都會產(chǎn)生，且等離子流的運動方向總是由電極指向焊件。

電弧中等離子流具有很高的速度，且隨著電弧電流的增大而增加，可以達(dá)到每秒數(shù)百米。當(dāng)?shù)入x子流沖擊熔池表面時，會產(chǎn)生很大的動壓力，即等離子流力(亦稱為電弧的電磁動壓力)。等離子流產(chǎn)生的動壓力分布是與等離子流的速度分布相對應(yīng)的，這種動壓力在電弧中心軸線上最強，沿徑向的距離增加而減小。

在大電流熔化極氣體保護焊工藝中，等離子流力起重要作用，電弧的挺直性強，會促使溶滴過渡、增大熔池下凹從而增加熔深、增強熔池的攪拌等；但在保護氣體流量不足的情況下，由于等離子流的高速流動，有可能使空氣自電極附近大量卷入電弧中，從而導(dǎo)致氣體保護效果變差，因此應(yīng)注意使保護氣體有充足的流量。

電弧力斑點壓力

斑點壓力是指帶電粒子作用在電極(陰級、陽極)斑點上的撞由力，分別有陰極斑點壓力與陽極斑點壓力。正離子和電子，在電極附近區(qū)的電場力加速作用下，分別撞擊陰極斑點與陽極斑點而產(chǎn)生的力稱為斑點壓力。由于正離子的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電子的質(zhì)量(如H 的質(zhì)量是電子質(zhì)量的1837倍，Ar 是72806倍)，且在一般情況下陰極壓降U_k大于陽極壓降U_a，所以陰極斑點受到正離子的撞擊力遠(yuǎn)大于陽極斑點受到電子的撞擊力，即：陰極斑點力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于陽極斑點力。這種兩電極上斑點壓力的差異，使得在某些焊接條件下，正確地選擇電流種類或極性顯得十分重要。

在氣體保護焊情況下，若采用直流負(fù)極性，陰極斑點位于工件表面上，正離子所造成的斑點壓力使氬弧焊具有明顯的陰極凈化作用；但是在直流正極性的熔化極電弧焊中，陰極斑點位于焊絲的熔滴端面上，則正離子造成的斑點壓力將是一種影響較大的阻止熔滴過渡的力。

電弧力反作用力

由于電極斑點的電流密度很大，局部溫度可達(dá)到電極材料的沸點而產(chǎn)生強烈蒸發(fā)，使金屬蒸氣形成具有一定速度的噴流由斑點發(fā)射出去，對斑點施加一定的反作用力。由于陰極斑點的電流密度比陽極斑點的高，發(fā)射更強烈，因此陰極斑點力也比陽極斑點力大。

研究表明，電極斑點的電流密度增加和斑點面積擴大，蒸氣噴流的反作用力也將隨之增大。

電弧力熔滴的沖擊力

熔滴過渡時具有一定的沖擊力，尤其在大電流熔化極氬弧焊時，焊絲熔化金屬形成細(xì)小熔滴呈射流過渡，當(dāng)通過電弧空間時，會被等離子流加速，以很高的加速射向熔池，根據(jù)高速攝影測定，熔滴獲得的加速度可達(dá)重力加速度的40～50倍，到達(dá)熔池時其速度可達(dá)每秒幾百米。盡管每個熔滴的重量只有幾十毫克，但當(dāng)以如此高的速度到達(dá)熔池表面時，熔池要受到較大的沖擊力。因此，射流過渡焊接時，在熔滴沖擊力、等離子流力，以及電磁力等共同作用下，熔池容易形成指狀熔深。

電弧力爆破力

熔化極氣體保護焊采用短路過渡時，電弧瞬時熄滅，因短路電流很大，短路金屬液柱中電流密度很高，在金屬液柱上產(chǎn)生很大的電磁壓縮力，使縮頸變細(xì)，電阻熱使金屬液柱小橋溫度急劇升高，液柱迅速爆斷，爆破力使焊絲端部液體金屬和熔池受到?jīng)_擊，并造成金屬飛濺。

1.焊接電流和電弧電壓

當(dāng)增大焊接電流時，電弧力顯著增加(圖3中圖1-31)，這主要與電磁收縮力和等離子流力顯著增加有關(guān)。當(dāng)電弧電壓升高時，意味著電弧長度增加，由于電弧范圍的擴展，使電弧力降低，如圖3中圖1-32所示。

2.焊絲直徑

當(dāng)焊接電流相同時，焊絲直徑越小，電流密度越大，因此電弧電磁力越大。同時，造成電弧錐形越明顯，等離子流力越大，使總的電弧力增大，如圖3中圖1-33所示。

3.電極的極性

電極的極性對不同焊接方法的電弧力的影響不同 對于熔化極氣體保護焊，當(dāng)采用直流正接時，焊絲接負(fù)，電弧中正離子對熔滴的沖擊比較大，有較大的斑點壓力作用在熔滴上，不利于熔滴過渡，且熔滴容易長大，不能形成很強的電磁力和等離子流力，因此電弧力較小，如圖3中圖1-34所示。對于鎢極氬弧焊，由于通常情況下陰極區(qū)收縮的程度比陽極區(qū)大，因此當(dāng)采取正接時將形成錐度較大的錐形電弧，產(chǎn)生的軸向推力大，電弧壓力也大，如圖3中圖1-35所示。

4.氣體介質(zhì)

不同種類的氣體介質(zhì)熱物理性能不同，故對電弧力的影響也不同。導(dǎo)熱性強的氣體或分子是由多原子組成的氣體，消耗的熱能多，易引起電弧的收縮，因而導(dǎo)致電弧力的增加，如圖3中圖1-36所示。當(dāng)電弧空間氣體壓力增加或氣體流量增加時，也會引起電弧收縮，導(dǎo)致電弧力增加。

5.鎢極端部的幾何形狀

鎢極端部的幾何形狀與作用在熔池上的電弧力有密切關(guān)系。當(dāng)鎢極端部的角度變化時，電弧力也發(fā)生變化，如圖3中圖1-37所示，當(dāng)角度為45^。時具有最大的電弧壓力。

6.電流的脈動

當(dāng)電流以某一規(guī)律變化時，電弧力也相應(yīng)地發(fā)生變化。低頻脈沖焊時，電弧力隨電流的變化而變化。對于工頻交流鎢極氬弧焊，其電弧力低于直流正接時的壓力，而高于直流反接時的壓力。

當(dāng)脈沖頻率增加時，電弧力的變化逐漸滯后于電流的變化。當(dāng)頻率高于幾千赫茲時，由于高頻效應(yīng)增強，在平均電流值相同的情況下，隨著電流脈沖頻率的增加電弧力增大。 2100433B

電弧在焊接過程中不僅是一個熱源，而且也是一個力源。焊接電弧的作用力對于熔池和焊縫的形成，以及焊絲(條)端部金屬熔滴的過渡都有著重要的影響。

電弧力是指焊接電弧中存在的機械作用力。它是在電弧物理過程中由于電場和熱場對氣體粒子(帶電的和中性的)作用，而由這些粒子的運動狀態(tài)宏觀地表現(xiàn)出來的力。焊接過程中，電弧力直接影響到熔滴的形成和過渡、熔池的攪拌與焊縫成形，還影響到液態(tài)金屬的飛濺和某些焊接缺陷(如燒穿、咬邊等)的產(chǎn)生。因此了解電弧力的性質(zhì)、作用規(guī)律和影響因素，講行合理的利用與控制，是十分必要的。

電弧力的來源有：①電弧靜壓力②電弧動壓力③斑點力④爆破力⑤熔滴沖擊力；其產(chǎn)生的原因分別如下：①因為電極直徑限制了導(dǎo)電區(qū)的擴展，而在工件上電弧可以擴展的比較寬，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，并有更小截面處的氣體粒子補充到該截面上來，以及保護氣氛不斷進(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)工件表面時形成附加的一種壓力稱作等離子流力，即電弧動壓力；③電極上形成斑點時，由于斑點上導(dǎo)電和導(dǎo)熱的特點，在斑點上將產(chǎn)生斑點力；④當(dāng)熔滴與熔池發(fā)生短路時，電弧瞬間熄滅，因短路時電流很大，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熔化極富氬保護射流過渡焊接時，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。

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）

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。

電弧通?？煞譃殚L弧和短弧兩類。長弧中弧柱起重要作用。短弧長度在幾毫米以下，陰極區(qū)和陽極區(qū)起主要作用。

根據(jù)電弧所處的介質(zhì)不同又分為氣中電弧和真空電弧兩種。液體(油或水)中的電弧實際在氣泡中放電，也屬于氣中電弧。真空電弧實際是在稀薄的電極材料蒸氣中放電。這二種電弧的特性有較大差別。