電弧的力學特性

電弧力不僅直接影響焊件的熔深及熔滴過渡，而且也影響到熔池的攪拌、焊縫成形及金屬飛濺等，因此，對電弧力的利用和控制將直接影響焊縫質量。電弧力主要包括電磁收縮力、等離子流力、斑點力等。

1．電弧力及其作用

（1）電磁收縮力 當電流流過導體時，電流可看成是由許多相距很近的平行同向電流線組成，這些電流線之間將產生相互吸引力。如果是可變形導體（液態或氣態），將使導體產生收縮，這種現象稱為電磁收縮效應，產生電磁收縮效應的力稱為電磁收縮力。這個電磁收縮力往往是形成其他電弧力的力源。

焊接電弧是能夠透過很大電流的氣態導體，電磁效應在電弧中產生的收縮力表現為電弧內的徑向壓力。通常電弧可看成是一圓錐形的氣態導體。電極端直徑小，焊件端直徑大。由於不同直徑處電磁收縮力的大小不同，直徑小的一端收縮壓力大，直徑大的一端收縮壓力小，因此將在電弧中產生壓力差，形成由小直徑端（電極端）指向大直徑端（工件端）的電弧軸向推力。而且電流越大，形成的推力越大。

電弧軸向推力在電弧橫截面上分佈不均勻，弧柱軸線處最大，向外逐漸減小，在焊件上此力表現為對熔池形成的壓力，稱為電磁靜壓力。這種分佈形式的力作用在熔池上，則形成碗狀熔深焊縫形狀。

（2）等離子流力 高溫氣體流動時要求從電極上方補充新的氣體，形成有一定速度的連續氣流進入電弧區。新加入的氣體被加熱和部分電離後，受軸向推力作用繼續衝向焊件，對熔池形成附加的壓力，如圖1-8所示。熔池這部分附加壓力是由高溫氣流（等離子氣流）的高速運動引起的，所以稱為等離子流力，也稱為電弧的電磁動壓力。

等離子流力可增大電弧的挺直性，在熔化極電弧焊時促進熔滴軸向過渡，增大熔深並對熔池形成攪拌作用。

（3）斑點力 電極上形成斑點時，由於斑點處受到帶電粒子的撞擊或金屬蒸發的反作用而對斑點產生的壓力，稱為斑點壓力或斑點力。

陰極斑點力比陽極斑點力大，主要原因是：①陰極斑點承受正離子的撞擊，陽極斑點承受電子的撞擊，而正離子的質量遠大於電子的質量，且陰極壓降一般大於陽極壓降，所以陰極斑點承受的撞擊遠大於陽極斑點；②陰極斑點的電流密度比陽極斑點的電流密度大，金屬蒸發產生的反作用力也比陽極斑點大。

由於陰極斑點力大於陽極斑點力，所以在直流電弧焊時可透過採用反接法來減小這種影響。熔化極氣體保護焊採用直流反接，可以減小熔滴過渡的阻礙作用，減少飛濺，鎢極氬弧焊採用直流反接，由於陰極斑點位於焊件上，正離子的撞擊使電弧具有陰極清理作用。

電弧的氣體吹力

這種力出現在焊條電弧焊中。焊條電弧焊時，焊條藥皮的熔化滯後於焊芯的熔化，這樣在焊條的端頭形成套筒。此時藥皮中造氣劑產生的氣體及焊芯中碳元素氧化的CO氣體在高溫作用下急劇膨脹，從套筒中噴出作用於熔滴。不論是何種位置的焊接，電弧氣體吹力總是促進熔滴過渡。