焊接电弧的动态特性分析,特性问题

对于一定弧长的电弧，当焊接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称为电弧动特性。

显然，恒定直流电弧不存在动特性问题。这里所指的连续快速变化的焊接电流有交流电弧、短路过渡电弧、脉冲电弧以及引弧和收弧过程中发生的电弧特性。由于焊接电流是时间的函数，则电弧中带电粒子的密度、弧柱的尺寸和电弧温度都随之变化，同时阴极和阳极温度也随之变化，因此电弧电压也必然随时间变化。可见电弧动特性是指电弧电压对于焊接电流变化的响应能力。

交流电弧的动特性曲线如图2-60所示。图2-60a为交流焊条电弧焊时电弧电压与焊接电流随时间的变化关系。图2-60b为交流电弧的动特性曲线。交流电弧时，电弧的状态也就是等离子体的温度、电导率和电弧区压降的状态等时刻在变化着。当极性发生转换时，电弧电压变到零，接着在原阳极表面迅速形成阴极。为此需要施加高电压，图中P点所对应的电压称为再引燃电压U_r。电弧引燃后，在焊接电流从零向最大值变化的过程中，电弧电压按PQR点的顺序变化。当焊接电流以最大值向零变化时，电弧电压按照RST点的顺序变化。PQR点电弧电压值大于RST点的值，这表明电弧电压滞后于焊接电流而变化。滞后的根本原因是因为弧柱或电极具有一定的热容，由于热惯性，其温度的变化也需要一定的时间，从而使弧柱或电极的变化与电弧电压在相位上不同步，且总是滞后于焊接电流变化。

图2-60 交流电弧的动特性曲线(www.xing528.com)

同样，在直流脉动焊接电流情况下，也存在等离子体的热惯性作用，图2-61所示为直流脉动电流的电弧动特性曲线。可看到伏-安特性近于电阻特性，但由于电弧的热惯性作用，电弧的动伏-安特性并非单值的对应关系，焊接电流上升时比焊接电流下降时电弧电压高。

图2-61 直流脉动电流的电弧动特性曲线

为了保证在变动电流作用下焊接过程的稳定性，应考虑到电弧动特性的特点，采取相应的焊接参数与之配合。