1） 維持電弧穩定燃燒的電弧電壓很低,只有10~50V.

　　2)在電弧中能通過很大電流,可從幾安~幾千安。

　　3)電弧具有很高的溫度，弧柱溫度是不均勻的,中心溫度最高,可達到5000~30000K,而遠離中心則溫度降低。

　　4)電弧能發出很強的光。電弧的光輻射波長為(1.7~50)×10-7m。它包括紅外線,可見光和紫外線3個部分.

　　3. 電弧由哪幾部分組成?其特點是什么?

　　電弧是由3部分組成,即弧柱區、陰極區和陽極區,如圖1所示。

　　1)弧柱區

　　弧柱區呈電中性,它是由分子、原子、受激的原子、正離子、負高子及電子所組成,其中帶正電荷的離子與帶負電荷的離子幾乎相等,所以又稱為等離子體。帶電的粒子在等離子體定向移動,基本上不消耗能量,所以才能夠在低電壓條件下,傳輸大電流。傳輸電流的主要帶電粒子是電子,大約占帶電粒子總數的99.9%,其余為正離子。

　　因為陰極區和陽極區的長度極短,所以可以認為弧柱區長度為電弧長度。弧柱區的電場強度較低,通常只有5~10V/cm。

　　2)陰極區

　　陰極被認為是電子之源。它向弧柱提供99.9%的帶電粒子(電子)。陰極發射電子的能力,對電弧穩定性影響極大。陰極區的長度為10-5~10-6cm,如果陰極壓降為10V,則陰極區的電場強度為106~107v/cm。

　　3)陽極區

　　陽極區主要是接受電子,但還應向弧柱提供0.1%的帶電粒子(正離子)。通常陽極區的長度為10-2~10-3cm,則陽極區的電場強度為103~104v/cm。由于陽極材料和焊接電流對陽極區壓降影響很大,它可以在0~10V之間變化。例如當電流密度較大，陽極溫度很高,使陽極材料發生蒸發時,陽極壓降將降低,甚至到0V。

　　4）試述短路引弧法的原理及提高引弧成功率的方法。

　　熔化極氣體保護電弧焊都是利用短路引法進行引弧,鎢極氬弧焊大都采用非接觸引法,但也有采用短路引弧法。下面以嵱化極氣體保護焊為例說明短路引弧法的原理。

　　熔化極氣體保護電弧焊引時首先送進焊絲,并逐漸接近母材,如圖2所示。一旦與母材接觸,電源將提供較大的短路電流。利用在A點附近的焊絲爆斷,進行引弧。如果在B點爆斷,則引弧失敗。所以在A點爆斷是引弧成功的必要條件。

　　在A點還是在B點爆斷主要是由于焊絲在該點附近產生電阻熱的大小,也就是其接觸電阻的大小。A、B兩點的接觸電阻如圖3所示。B點為焊絲與導電嘴的接觸處,其接觸電阻RB隨時間變化很小,基本上不變。在A點卻不同,A點為焊絲端頭與母材的接觸點。RA為接觸電阻,在焊絲與母材接觸瞬間RA為無窮大; 隨著短路電流的增加,A點迅速軟化,使接觸面積增加,于是RA急劇減小。可見，為確保引弧成功，希望短路電流增長速度diS/dt越大越好，RA衰減速度越慢越好。也就是在RA很大時，短路電流iS增加到較高的值，使得在A點發生爆斷。

　　4. 提高引弧成功率的方法如下：

　　1）提高短路電流增長速度diS/dt，主要是改善電源的工作狀態。如整流焊機中往往利用電流電感調節焊機的動態特性，以便減小飛濺和改善成形，但是卻降低了diS/dt，而降低了引弧功率。為此，在引弧時常常利用旁路電路將直流電感短接，而引弧成功后再將該電感接入。此處，當逆變焊機出現后，充分利用電子電抗器調節電源動特性，而選用很小的直流電感，所以勿需采用上述方法，都可以得到很可靠的引弧過程。

　　2）減小接觸電阻RA的衰減速度。引弧時令焊絲送進速度慢一些，以便減小焊絲與母材的壓力增長速度，RA衰減速度減緩。送絲速度太慢也不利，通常選用1.5～3m/min。引弧成功后，應立刻轉換為正常送絲速度。

　　3）利用剪斷效應引弧。一般情況下，焊接時都利用鉗子剪斷焊絲端頭殘留的金屬熔滴小球，以利于引弧。但這樣做很麻煩，所以現在許多氣體保護焊設備增加了去球功能，也就是剪斷效應。在焊接結束時，適當降低電弧電壓和送絲速度，從而實現自動去球功能。

　　4）導電嘴磨耗較大時，將增大B點處的接觸電阻RB，不利于引弧。為此應及時更換導電嘴。

　　5.試述高頻高壓引弧和高壓脈沖引弧法的原理。

　　鎢極氬弧焊時，主要采用高頻高壓引弧法或脈沖引弧法。這兩種方法都是將鎢極接近工件，但是不接觸，它們中間留有2～5mm的間隙。這兩種方法的電壓都很高，達到2000～3000V。引弧時利用高壓擊穿電極與工件的空間，形成火花放電，在高壓作用下，電弧空間形成很強的電場，加強了陰極發射電子及電弧空間的電離作用，使電弧空間由火花放電或輝光放電很快就轉變到電弧放電。由于電弧放電時產生的高溫，可以在低電壓情況下維持電弧放電。這樣就完成了引弧過程。引弧時需要高電壓擊穿電弧空間，為了安全而采用高頻或脈沖電壓。

　　6.何謂最小電壓原理？

　　最小電壓原理是電弧的一種特性，用以表征電弧的最小能量消耗的性能。大家知道，自由電弧是在兩個電極之間的氣體放電現象，其導電截面可以自由擴大和縮小，也就是輸入電弧的能量等于電弧散出的能量，于是表征電弧特性的各種物理參數，如弧柱直徑（D）、弧柱溫度（T）和弧柱電場強度（E）等都為確定值，其大小都遵循著能量消耗最小原則。

　　最小電壓原理是：對一個軸線對稱的電弧，在給定的電流和邊界條件下，當電弧處于穩定狀態時，其弧柱直徑（D）或溫度（T）應使弧柱電場強度（E）具有最小值。

　　利用最小電壓原理可以解釋許多電弧現象，例如當電弧被周圍介質強迫冷卻時（高速氣流或環境溫度降低），電弧將自動收縮其斷面，使其電流密度升高，電場強度和電弧溫度也提高。因為電弧的散熱增加，要求電弧產生更多的熱量給與補償。電弧產熱為IE，如果電流I不變，則E必定要增加。根據最小電壓原理，電弧有自動使E增加到最小限度的傾向，也就是熱損失最小的傾向。所以在電弧被冷卻時，電弧將自動收縮到某一個直徑，這時電弧電場強度E增加得最小。