二保焊电流和电压对电焊作用分别是什么？

发布时间：

2024-09-23 03:22

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这个问题有点意思。

题主在副标题中问：“电流和电压，分别在电焊焊接时候，有什么作用和影响？”。这句话道出了题主提问的关键。我给题主说说吧。

图1：电焊电弧

当供配电线路中出现电弧时，第一要务是把电弧灭掉。然而电焊的电弧，我们要用电弧产生的高温（3000度）来熔化焊条和焊接件的钢材，显然电焊电弧必须稳定。这就是电焊电弧的特点。

焊机有两大类，分别是直流焊机和交流焊机，它们产生的电弧分别是直流电弧和交流电弧。直流电弧与交流电弧有何不同？它们的电压和电流关系是什么？

以下，我们来探讨一番吧，我们这就开始。限于篇幅，我们仅以直流电弧来展开讨论。

1.直流电焊机产生的直流电弧特性曲线

我们看下图：

图2：直流焊机电路图和直流电弧

我们从图2中看到，直流电焊机的工作电路其实就是直流电源，再加上焊枪、焊条与焊接件之间的直流电弧气隙。我们把图2简化成下图：

图3：直流电弧电路及直流电弧的伏安特性曲线

我们从图3中看到了直流电弧电路，以及右侧的直流电弧伏安特性曲线。

所谓电弧的伏安特性曲线，指的是纵坐标是电压，横坐标是电流，我们把直流电弧在不同电压、电流值下的点连接起来，构成的特性曲线，也就是图3中的绿色线。

2.关于气体放电的知识

电弧，我们知道它其实就是一团高温的等离子气体，而电弧的本质其实就是气体放电。以下这篇帖子供参考：

电晕、辉光、电火花、电弧、尖端放电、低气压放电和高压电弧的机理都是什么样的？它们的区别在哪里？

3.电阻与电弧的动态电阻分析

当我们把流过电弧的电流Ih减小后，电弧的温度降低，它的等效电阻Rh加大，电弧电压降Uh加大；反之，我们把电弧电流Ih加大，电弧的温度升高，它的等效电阻Rh减小，电弧电压降Uh降低，见图3右侧的绿色线。我们由此认识到，电弧具有负阻特性。

图4：伏安特性曲线上某点处的电压与电流之比其实就是动态电阻Rd

图4中，蓝色线就是电阻的伏安特性曲线。根据欧姆定律，我们知道流过电阻的电流越大，电阻两端的电压就越高，因此有：

$电阻的动态电阻Rd：R_d=\frac{U_{B'}-U_{A'}}{I_{B'}-I_{A'}}=\frac{\Delta U}{\Delta I}>0$ ，式1

故电阻具有正阻特性。

图4中，绿色线就是电弧的伏安特性曲线。我们已经知道，流过电弧的电流越大，电弧的温度就越高，电弧的等效电阻就越低，电弧的电压也越低，因此有：

$电弧的动态电阻Rd：R_d=\frac{U_{B}-U_{A}}{I_{B}-I_{A}}=\frac{\Delta U}{\Delta I}<0$ ，式2

在这里，ΔI大于零，而ΔU小于零，故电弧的动态电阻Rd具有负阻特性。我们看到，随着电弧电流Ih加大，电弧电压Uh呈现单调下降的趋势。认识到这一点很重要！

4.直流电弧的稳定工作点和弧长

我们再看图3。我把图3重绘如下：

图4：直流电弧的稳定工作点

我们首先根据基尔霍夫第二定律KVL来列写电路方程，如下：

$E=I_hR-L\frac{dI_h}{dt}+U_h$ ，式3

式3等号右边第二项就是电感的工作特性表达式。

当直流焊机焊枪夹持的焊条与焊接件直接接触时，此时没有电弧，电弧电压Uh=0。我们忽略掉电感线圈的电阻，则电弧电流 $I_h=E/R$ ，也就是图4横坐标的K点；当直流焊机焊枪远离焊接件时，此时电流Ih=0，电弧电压Uh=E，也就是图4纵坐标的E点。我们把E点和K点用直线连接起来，这条线EK叫做直流负载线。当电焊直流电弧出现后，它的稳定工作点必须位于直流负载线上，也即A点或者B点。那么A点和B点到底哪个是真正的稳定工作点？