电弧焊接：阴极斑点和阳极斑点以及特点

HEATS

　　阴极斑点的定义：电弧放电时，负电极表面上集中发射电子的光亮极小区域。

　　当阴极材料熔点、沸点较低，而且导热性很强时，即使阴极温度达到材料的沸点开始蒸发，此温度也不足以通过热发射产生足够数量的电子，阴极将进一步自动缩小其导电面积，直到在阴极导电面积前面形成密度很大的正离子空间电荷，形成很大的阴极压降值，足以产生强的电场发射，以补足热发射的不足，向弧柱提供足够的电子流维持电弧燃烧。此时阴极将形成面积更小、电流密度更大的斑点(该斑点的电流密度达106～108A/cm2)来导通电流，这种导电斑点称为阴极斑点。在用高熔点材料(W、C等)作阴极时，在小电流情况下，也可能产生上述的阴极斑点。当用低熔点材料(A1、Cu、Fe等)作阴极时，无论电流大小都可能产生阴极斑点。此时，阴极表面将由许多分离的阴极斑点组成斑点区，这些斑点在斑点区以很高速度跳动(其速度可达104～105cm/s)。形成新的阴极斑点应具有如下条件，首先该点应具有发射电子的条件(主要是场发射和热发射)，其次是电弧通过该点弧柱能量消耗较小，也就是IELC较小(I——电流，E——弧柱电场强度，LC——弧柱长度)。总之阴极斑点的跳动，总是自动选择发射电子时消耗能量最低的点。如采用直流反极性焊铝时，阴极斑点有自动寻找氧化膜的倾向，如图4所示。

+ P4 r+ T& W7 @* F; B5 m

' D3 H; C n0 f( ~

　　阳极斑点的定义：电弧放电时，正电极表面上集中接受电子的光亮微小区域。

　　阳极的作用是接受电子和由阳极区提供弧柱所需要的0.001/I正离子流。当采用低熔点材料作阳极时(Fe、Cu、A1等)，一旦阳极表面某处有熔化和蒸发现象发生时，由于金属的电离能大大低于一般气体的电离能，在有金属蒸气存在的地方，更容易产生热电离而提供正离子流，电子流也更容易从这里进入阳极，阳极表面上的导电区将在这里集中而形成阳极斑点。阳极斑点电流密度比阳极斑点要小，其数量级一般为102～103A/cn2。对于低熔点阳极材料形成阳极斑点的条件是，首先该点有金属蒸发，其次是电弧通过该点弧柱消耗能量较低(亦即IELC较小)。阳极斑点的移动不可能连续进行，总是跳动形式，如图5。新的阳极斑点总是自动寻找纯金属表面而避开氧化膜，因为大多数金属氧化物的熔点和沸点皆高于纯金属，而金属氧化物的电离电压较高。在小电流氩弧焊不锈钢薄板时，易发生阳极斑点跳动现象，这是十分不利的。

( X- g2 c" i& i# m0 h% L

g ]$ z9 {4 h- r* R

　　此外，许多情况下也可能不形成阴极斑点或阳极斑点。如以高熔点电极(W、C等)作阴极，在大电流时，阴极温度很高，依靠热发射就可以维持电弧，阴极表面的电流密度与弧柱接近，温度均匀，不会形成阴极斑点。又如当电流较大时，阳极温度很高时，依靠阳极前面中性粒子热电离就可以提供0.001/I的正离子流，则阳极压降UA接近于零。这时电弧与阳极接触不产生任何收缩，也不能形成阳极斑点。