焊接時(shí)，在兩電極之間通過(guò)空氣的電離，產(chǎn)生連續(xù)持久而強(qiáng)烈的放電過(guò)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(yáng)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(yáng)極區(qū)；7—陽(yáng)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(chēng)為陰極輝點(diǎn)。電子就是從陰極輝點(diǎn)發(fā)射出來(lái)的。這個(gè)區(qū)的尺寸很小，它的厚度只有萬(wàn)分之一毫米左右。從陰極輝點(diǎn)發(fā)射出來(lái)的電子，受到陽(yáng)極吸引，很快離開(kāi)陰極向陽(yáng)極移動(dòng)。電弧中被電離的陽(yáng)離子也受到陰極的吸引向陰極移動(dòng)。但陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(jiàn)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(yáng)極區(qū)的溫度
（2）陽(yáng)極區(qū)。在陽(yáng)極區(qū)的陽(yáng)極表面有一個(gè)明亮斑點(diǎn)，稱(chēng)為陽(yáng)極輝點(diǎn)。陽(yáng)極輝點(diǎn)是由電子對(duì)陽(yáng)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(yáng)極表面附近聚集的濃度比陽(yáng)離子在陰極表面附近聚集的濃度相應(yīng)要小。但陽(yáng)極區(qū)的厚度與陰極區(qū)的厚度相近。
陽(yáng)極區(qū)的溫度與陰極區(qū)的比較，在陽(yáng)極和陰極材料相同時(shí)，陽(yáng)極輝點(diǎn)溫度略高于陰極輝點(diǎn)。另外，陽(yáng)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(yáng)極溫度高于陰極溫度；熔化極氬弧焊時(shí)，陽(yáng)極溫度低于陰極溫度。
（3）弧柱。弧柱是處于陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)之間的區(qū)域。它是電子和陽(yáng)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(yáng)極輝點(diǎn)的溫度。弧柱中心溫度可達(dá)6000～8000K。
電弧電壓是由陰極區(qū)電壓（U陰）、陽(yáng)極區(qū)電壓（U陽(yáng)）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(yáng)+U柱。
由于陰極區(qū)和陽(yáng)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(jiàn)，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(chēng)為電弧靜特性。表示它們關(guān)系的曲線稱(chēng)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)闊崮艿淖饔茫谶@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(guò)電流時(shí)，電阻兩端的電壓降與通過(guò)的電流值成正比。根據(jù)歐姆定律，其比值基本是不變的，稱(chēng)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(guò)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(guò)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(jiàn)圖1-5。
圖1-5 不同弧長(zhǎng)對(duì)靜特性曲線位置的影響
l1—正常弧長(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(lèi)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）。
