焊接电弧的物理基础
研究意义：弧焊电源是电弧能量的供应者，其电特性影响到电弧燃烧的稳定性，从而直接影响到焊缝的质量。

电弧定义：由焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间或电极与母材间，在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。

电弧是一种特殊的气体放电现象，它是带电粒子通过两电极之间气体空间的一种导电过程。

气体放电：两极间的气体被击穿而导电的过程。

非自持放电：气体导电所需要的带电粒子不能通过放电过程本身产生，而需要外加措施来产生带电粒子（加热、施加一定能量的光子等等）。

自持放电：当电流大于一定值时，一旦放电开始，放电过程本身就可以产生维持导电所需要的带电粒子。

有暗放电、辉光放电、电弧放电等三种。

要使两电极之间的气体导电必须具备两个条件：
(1) 两电极之间有带电粒子；
(2) 两电极之间有电场。

1、焊接电弧产生的条件
要使电弧产生和稳定燃烧，就必须使两极（或电极与母材）之间的气体中有带电粒子，而获得带电粒子的方法就是中性气体的电离和金属电极（阴极）电子发射。

因此，气体
电离和阴极电子发射是焊接电弧产生和维持的两个必要条件。

（1）气体电离
定义：在外加能量作用下，使中性的气体分子或原子分离成电子和正离子的过程。

实质：中性气体粒子吸收足够的外部能量，使分子或原子中的电子脱离原子核束缚而成为自由电子和正离子的过程。

电离能：
中性气体粒子失去第一个电子所需要的最小能量成为第一电离能
失去第二个电子所需的能量称为第二电离能。

……
单位：电子伏（eV）为：1.6×10-19J
电离电压：气体的电离电压的大小反映了带电粒子产生的难易程度。

电离电压低----带电粒子容易产生有利于电弧导电
电离电压高----带电粒子难以产生电弧导电困难
电离度：电弧内单位体积内电离的粒子数与气体电离前粒子总数的比值
X=电离的粒子密度/电离前中性粒子密度。

焊接电弧中，气体介质电离的形式主要有：
热电离、场致电
离、光电离
①热电离
定义：气体粒子受热作用而产生电离的过程。

实质：气体粒子的热运动形成频繁而激烈的碰撞。

主要位置：弧柱区（温度在5000-50000K）
②场致电离
定义：在两电极间的电场的作用下，气体中的带电粒子被加速，电能转化为带电粒子的动能，当带电粒子的动能达到一定数值时，则可能与中性粒子发生非弹性碰撞而使之电离，这种电离被称为场致电离。

场致电离发生的位置:
主要是两极区，由于在这两个区域内电场强度可达105-107V/cm，
而弧柱区电场强度为：10V/cm左右，电场作用不明显。

由于电子质量远小于其他粒子的质量，因而在电场的作用下，速度快，动能大，其余其他粒子发生非弹性碰撞，几乎将本身的动能全部传递给相应的粒子，使中性粒子发生电离或激励。

因而场致电离中电子起到主要的作用。

③光电离
定义：中性气体粒子受到光辐射的作用而产生的电离过程范围：电弧的辐射只可能对K、Na、Ca、Al等金属蒸汽直接引起电离，而对焊接电弧气氛中的其他气体则不能直接引起
电离
热电离和场致电离属于碰撞电离是产生带电粒子的主要途径，光电离是产生带电粒子的次要途径
（2）阴极电子发射
阴极表面的分子或原子接受外界的能量而释放出自由电子的现象称为电子发射,电子发射所需要的能量成为逸出功。

①热发射：固态或者液态物质表面受热后其中的某些电子具有大于逸出功的动能而逸出到表面以外的空间中去。

②光电发射：固态或液态物质表面接受光射线的能量而释放出自由电子的现象。

③重粒子撞击发射：能量大的重粒子（正离子）撞击到阴极上，引起电子的逸出。

④自发射：固态或者液态物质表面存在强电场，使阴极有较多的电子发射出来，又称为场强发射。

2、焊接电弧的引燃方法
造成两电极间气体发生电离和阴极电子发射而引起电弧燃烧的过程称为焊接电弧的引燃。

通常有接触引弧和非接触引弧两种方式。

（1）接触引弧
接触引弧主要应用于：焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊。

对于焊条电弧焊接触引弧又可分为：划擦法、直击法
（2）非接触引弧
引弧时，电极与工件之间保持一定间隙，在电极与工件之间施加高电压击穿间隙使电弧引燃，这种引弧方式称为非接触引弧。

非接触引弧需要利用引弧器，引弧器有两种，高压脉冲引弧和高频高压引弧。

高压脉冲引弧：使用高压脉冲发生器，其频率为50～100Hz，电压峰值为3000～10000V.
高频高压引弧:使用高频振荡器，其频率为150-260kHz,电压峰值为2000～3000V。