焊接時(shí)，在兩電極之間通過空氣的電離，產(chǎn)生連續(xù)持久而強(qiáng)烈的放電過程，空氣因電離而變成良好的導(dǎo)體，因而產(chǎn)生電弧。
焊接電弧由陰極區(qū)、陽極區(qū)、弧柱三個(gè)部分組成，如圖1-3所示。
圖1-3 焊接電弧的構(gòu)造
1—電極；2—弧柱；3—焊件；4—陰極輝點(diǎn)；5—陰極區(qū)；6—陽極區(qū)；7—陽極輝點(diǎn)
（1）陰極區(qū)。在陰極區(qū)的陰極表面有一個(gè)明亮的斑點(diǎn)，稱為陰極輝點(diǎn)。電子就是從陰極輝點(diǎn)發(fā)射出來的。這個(gè)區(qū)的尺寸很小，它的厚度只有萬分之一毫米左右。從陰極輝點(diǎn)發(fā)射出來的電子，受到陽極吸引，很快離開陰極向陽極移動(dòng)。電弧中被電離的陽離子也受到陰極的吸引向陰極移動(dòng)。但陽離子的質(zhì)量比電子大，活動(dòng)速度較小，所以在陰極表面每一瞬間陽離子的濃度都比電子的濃度大得多，使陰極表面附近的空間形成了一層陽離子層。
陰極溫度的高低主要取決于陰極的電極材料，一般都低于陰極金屬材料的沸點(diǎn)，見表1-1。此外，如果增加電極中的電流密度，陰極區(qū)的溫度也可以相應(yīng)提高。
表1-1 陰極區(qū)和陽極區(qū)的溫度
（2）陽極區(qū)。在陽極區(qū)的陽極表面有一個(gè)明亮斑點(diǎn)，稱為陽極輝點(diǎn)。陽極輝點(diǎn)是由電子對(duì)陽極表面的撞擊而形成的。由于電子的質(zhì)量小，運(yùn)動(dòng)速度大，電子在陽極表面附近聚集的濃度比陽離子在陰極表面附近聚集的濃度相應(yīng)要小。但陽極區(qū)的厚度與陰極區(qū)的厚度相近。
陽極區(qū)的溫度與陰極區(qū)的比較，在陽極和陰極材料相同時(shí)，陽極輝點(diǎn)溫度略高于陰極輝點(diǎn)。另外，陽極和陰極的溫度與焊接工藝方法有關(guān)，鎢極氬弧焊時(shí)陽極溫度高于陰極溫度；熔化極氬弧焊時(shí)，陽極溫度低于陰極溫度。
（3）弧柱。弧柱是處于陰極區(qū)和陽極區(qū)之間的區(qū)域。它是電子和陽離子的混合物，也有一些陰離子和中性微粒。弧柱的溫度由于不受材料沸點(diǎn)的限制，通常高于陰極輝點(diǎn)和陽極輝點(diǎn)的溫度?；≈行臏囟瓤蛇_(dá)6000～8000K。
電弧電壓是由陰極區(qū)電壓（U陰）、陽極區(qū)電壓（U陽）和弧柱電壓（U柱）三部分組成。即當(dāng)弧長(zhǎng)一定時(shí)，電弧電壓=U陰+U陽+U柱。
由于陰極區(qū)和陽極區(qū)的電弧長(zhǎng)度方向很小，可視二者之和為一定值a。則
U弧=a+U柱=a+bl柱
式中b——單位長(zhǎng)度的弧柱電壓，一般為20～40V/cm；
l柱——弧柱長(zhǎng)度。
由此可見，電弧電壓與弧柱長(zhǎng)度成正比。
二、焊接電弧的靜特性
1.電弧的靜特性的意義
在電弧長(zhǎng)度一定時(shí)，電弧燃燒電壓與焊接電流之間的關(guān)系稱為電弧靜特性。表示它們關(guān)系的曲線稱為電弧的靜特性曲線。
焊接電弧是焊接回路中的負(fù)載，它起著把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿淖饔?，在這一點(diǎn)上，它與普通的電阻有相似之處。但是，它與普通的電阻相比又有明顯的特點(diǎn)。
普通電阻通過電流時(shí)，電阻兩端的電壓降與通過的電流值成正比。根據(jù)歐姆定律，其比值基本是不變的，稱為電阻靜特性，如圖1-4中的虛線1所示。而焊接電弧在燃燒時(shí)，電弧兩端的電壓降與通過電弧的電流值不成正比關(guān)系，其比值是隨著電流值的不同而變化的，如圖1-4中的曲線2所示。
（1）ab段是在電流很小情況下的變化。電流小，電弧電壓增高；電流增大時(shí)電弧的溫度升高，氣體電離和陰極電子發(fā)射增強(qiáng)，所以維持電弧所需的電弧電壓就降低。
（2）bc段為在正常工藝參數(shù)焊接時(shí)，電流通常從幾十安培到幾百安培。加大電流只是增加對(duì)電極材料的加熱和熔化程度，電弧電壓卻不再隨著電流強(qiáng)度的改變而改變。
（3）當(dāng)焊接電流從曲線c點(diǎn)繼續(xù)增加時(shí)，如果電極直徑仍然不變，則由于電極區(qū)電流密度過大，電極輝點(diǎn)受電極端面積限制而相對(duì)地比正常狀態(tài)有所壓縮，使電極區(qū)的電壓降增大，于是維持電弧所需的電弧電壓隨著焊接電流的增加而增加，形成曲線cd段。
圖1-4 普通電阻靜特性與電弧靜特性
1—普通電阻靜特性；2—電弧靜特性
2.弧長(zhǎng)變化對(duì)電弧靜特性的影響
自動(dòng)熔化極氬弧焊和自動(dòng)鎢極氬弧焊中，兩極間距離基本固定不變，所以弧長(zhǎng)變化不大。手工鎢極氬弧焊或半自動(dòng)熔化極氬弧焊中，均以手工操作運(yùn)弧，所以弧長(zhǎng)隨時(shí)變化。因此，電弧的靜特性曲線位置也隨之變化，但電弧靜特性曲線形狀基本不變。電弧拉長(zhǎng)時(shí)，電弧靜特性曲線向上移動(dòng)；電弧縮短時(shí)，電弧靜特性曲線向下移動(dòng)，見圖1-5。
圖1-5 不同弧長(zhǎng)對(duì)靜特性曲線位置的影響
l1—正?；￠L(zhǎng)；l2—拉長(zhǎng)弧長(zhǎng)；l3—縮短弧長(zhǎng)
3.電弧靜特性曲線各區(qū)段的應(yīng)用范圍
焊接時(shí)，電弧靜特性曲線中如圖1-4所示的b～d區(qū)段的任何一點(diǎn)均可使電弧穩(wěn)定燃燒。氬弧焊中，隨著使用的電極類別不同，對(duì)電弧靜特性曲線各區(qū)段的選用也不同。
（1）鎢極氬弧焊。由于鎢極的使用電流小，電流密度也小，電弧受氣體的壓縮作用較小，故一般只用電弧靜特性曲線的水平區(qū)段（b～c區(qū)段）。
（2）熔化極氬弧焊。由于焊絲細(xì)，許用電流大，電流密度也大，同時(shí)氣流對(duì)弧柱起著強(qiáng)烈的壓縮和冷卻作用，故一般都用電弧靜特性曲線的上升區(qū)段（c～d區(qū)段）。
