电弧燃烧稳定性及其影响因素分析

电弧燃烧的稳定性是指焊接电弧保持稳定燃烧（不产生断弧、漂移和偏吹等）的程度。电弧的稳定燃烧是保证焊接质量的一个重要因素，因此维持电弧燃烧的稳定性是非常重要的。电弧不稳定的原因除焊工操作技术不熟练外，还与下列因素有关。

1.焊接电源的影响

（1）焊接电源的特性 焊接电源的特性是指焊接电源是以哪种形式向电弧供电，如焊接电源的特性符合电弧燃烧的要求，则电弧燃烧稳定；反之，则电弧燃烧不稳定。

（2）焊接电源的空载电压 具有较高空载电压的焊接电源不仅引弧容易，而且电弧燃烧也稳定。这是因为焊接电源的空载电压较高，电场作用强，电场作用下的电离及电场发射就强烈，所以电弧燃烧稳定。但空载电压太大会带来安全问题，因此GB／T 8118规定弧焊变压器的最大空载电压为80V，弧焊整流器的最大空载电压为90V，弧焊发电机的最大空载电压为100V。

2.焊接电流的影响

（1）焊接电流的种类 采用直流电源焊接时，电弧比交流电源稳定。这是因为采用交流电源焊接时，电弧的极性是以50Hz的频率周期性变化的，就是每秒钟内电弧的燃烧和熄灭要重复100次，因此交流电源焊接时电弧没有直流电源焊接时稳定。

（2）焊接电流的大小 焊接电流越大，电弧燃烧越稳定。这是因为焊接电流大，电弧的温度就增高，则电弧气氛中的电离程度和热发射作用就增强，电弧燃烧就越稳定。实验测定的结果表明：随着焊接电流的增大，电弧的引燃电压随之降低；随着焊接电流的增大，自然断弧的最大弧长也增大。

3.焊条药皮的影响

焊条药皮或焊剂中加入电离电位比较低的物质（如K、Na、Ca的氧化物），能增加电弧气氛中的带电粒子，这样就可提高气体的导电性，从而提高电弧的稳定性；如果焊条药皮或焊剂中含有电离电位较高的氟化物（CaF₂）及氯化物（KCl、NaCl）时，由于它们较难电离，因而降低了电弧气氛的电离程度，使电弧不稳定。

4.电弧长度的影响

电弧的长度对电弧稳定性也有较大的影响，如果电弧太长，电弧就会发生剧烈摆动，从而破坏了焊接电弧的稳定性，而且飞溅也增大。

5.其他影响因素

焊接处如有油漆、油脂、水分和锈层等存在时，也会影响电弧的稳定性，因此焊前做好工件表面的清理工作十分重要。焊条受潮或焊条药皮脱落，也会造成电弧不稳定。此外风大、气流、电弧偏吹等均会造成电弧不稳定。

6.电弧偏吹

电弧作为一种柔性导体在自身磁场的作用下，具有抵抗外界干扰，力求保持沿电极轴向燃烧的性能，这种性能即为电弧的刚直性，如图1⁃28所示。然而在焊接过程中，因气流的干扰、磁场的作用或焊条偏心的影响，会出现电弧中心偏离电极轴线的现象，即电弧偏吹现象，电弧偏吹现象会引起电弧强烈的摆动甚至熄弧，不但使焊接过程困难，而且影响了焊缝成形和焊接质量，因此焊接时应尽量减少或防止电弧偏吹现象。

图1⁃28 焊条倾斜时电弧挺度的表现

（1）电弧偏吹的产生原因

1）焊条偏心度过大。焊条的偏心度是指焊条药皮沿焊芯直径方向偏心的程度。焊条偏心度过大时，焊条药皮厚薄不均匀，焊接时较厚的一边熔化慢，较薄的一边熔化快，迫使电弧向药皮薄的方向偏吹。在焊接时遇到这种情况通常采用调整焊条角度的方法来解决。

2）电弧周围气流的干扰。电弧周围气体的流动也会把电弧吹向一侧而造成偏吹。造成电弧周围气体剧烈流动的原因是多方面的，有时是大气中的气流影响，有时是热对流的影响。例如：在露天大风中操作或在狭窄焊缝处焊接时，电弧偏吹情况严重，甚至使焊接过程困难；在管子焊接时，易形成所谓穿堂风使电弧发生偏吹；在开坡口的第一层焊缝的焊接时，如果接头间隙较大，往往由于热对流的影响使电弧发生偏吹现象。

3）磁偏吹。焊接电弧是电极和熔池间的柔性气体导体。焊接过程中，在电极和电弧周围及被焊金属中产生磁场。如果这些磁场不对称地分布在电弧周围，就会使电弧偏斜，使焊接过程发生困难，这种现象称之为磁偏吹（图1⁃29）。磁偏吹易发生在采用直流焊机焊接且其电流为300～400A和大零件（比较大的铁磁物质）焊接的场合。焊接电流越大，磁偏吹的现象越严重。在焊接过程中，当焊接易导磁的金属时，由于金属件的导磁性比空气要好得多，因而改变了磁力线的分布，电弧将偏向此金属，好像金属件将电弧吸引过去一样（图1⁃30）。另外，焊接过程中，当电弧靠近工件的一端时，由于电弧周围磁场强度的差异性，也会出现电弧偏吹现象，如图1⁃31所示。图1⁃32的偏吹是由于焊接电缆接到工件的位置偏于一侧，产生了一定方向的磁偏吹。

另外，外加磁场也会改变电弧周围的磁场分布，从而引起偏吹。

图1⁃29 电弧偏吹示意图(www.zuozong.com)

图1⁃30 电弧一侧有铁磁物质引起的偏吹

在进行大的结构件焊接时，磁偏吹主要来自工件的剩磁场。当工件有较大的剩磁场时，它与电弧磁场叠加，从而改变了电磁周围磁场的均匀性，迫使电弧向磁场较弱一方偏移，形成磁偏吹。测试表明：当焊接部位剩磁在2×10^－3 T以下时，不会影响正常操作；在（3～5）×10^－3 T时，磁偏吹较弱，此时将地线置于焊缝下方，同时将焊条顺着磁偏吹方向倾斜一个角度即可维持焊接；当焊接部位剩磁大于5×10^－3 T时，磁偏吹较严重。

图1⁃31 电弧在钢板端部产生的磁偏吹

图1⁃32 导线接线位置产生的偏吹

（2）电弧偏吹的防止 焊接电弧偏吹会给焊接工作带来不少困难，还会使焊缝产生气孔、未焊透和焊偏等缺陷。因此必须根据电弧偏吹的规律，采取相应的措施加以克服或减少。常用的防止电弧偏吹的方法有：

1）采用交流电代替直流电焊接。当采用交流电焊接时，因变化的磁场在导体中产生感应电流，而感应电流所产生的磁场削弱了焊接电流所引起的磁场，从而控制了磁偏吹。

2）加强防风措施。在露天操作时，如果有大风则必须用挡板遮挡，对电弧进行保护。在管子焊接时必须将管口堵住，以防止气流对电弧的影响。

3）气体保护焊时，在不引起缺陷前提下增大气流量。

4）间隙较大的对接焊时，可在接缝下面加垫板，以防止热对流引起的电弧偏吹。

5）在焊缝两端各加一小块附加钢板（引弧板及引出板），使电弧两侧的磁力线分布均匀并减少热对流的影响，以克服电弧偏吹。

6）采用短弧焊接。因为短弧时电弧受气流的影响较小，而且在产生磁偏吹时，也能减小磁偏吹程度，因此采用短弧焊接是减少电弧偏吹的较好方法。

7）在操作时，适当调整焊条角度，使焊条偏吹的方向转向熔池，这种方法在实际工作中的应用较为广泛。

8）避免周围铁磁物质的影响，或安放产生对称磁场的铁磁材料，且尽量使电弧周围的铁磁物质分布均匀。

9）适当地改变工件上的接地线部位，尽可能使电弧周围的磁力线分布均匀，长、大工件两边接地，如图1⁃33所示，图中虚线表示克服磁偏吹的接线方法。

图1⁃33 改变工件接地线位置克服偏吹

10）减少工件上的剩磁。工件上的剩磁主要是原子磁畴排列整齐有序而造成的。为紊乱工件的磁畴排列达到减少或防止磁偏吹的目的，可对工件上存在剩磁的部位，进行局部加热，加热温度为250～300℃。经生产使用去磁效果良好。此外在工件的剩磁部位外加磁铁平衡磁场。

11）用反消磁法。即让工件产生相反磁场来抵消工件上的剩磁，从而克服和消除磁偏吹对焊接电弧的影响。

12）采用脉动频率高的弧焊电源。