材料连接设备及工艺 教学课件 作者 杨立军_ 第1章 电弧焊基础.ppt

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1、第1章电弧焊基础1.1电弧的物理基础1.1.1电弧的物理本质a,电弧：电弧是一种气体放电现象，通过放电将电能转变为热能与机械能。b,气体放电：两极间的气体被击穿而导电的过程。(1)非自持放电：放电本身不能产生导电所需的带电粒子（A+、e）。(2)自持放电：放电本身能产生导电所需的带电粒子（A+、e）；有暗放电、辉光放电、电弧放电等三种。1．带电粒子的产生在电弧中产生带电粒子主要有电离、电子发射等方式。(1)电离：在一定条件下中性原子分离成A+及e的现象。A→A++e–Wi电弧中气体粒子的电离主要有热电离、场致电离、光电离等几种形式。1）热电离：气体粒子

2、受热的作用而产生电离实质：中性粒子通过与电子碰撞，接收电子能量而电离。2）场致电离：A+、e在电场作用下被加速、与A碰撞使其电离的过程。主要是e的作用：电子获得的能量是A+的4倍。3）光电离：中性气体粒子受到光辐射的作用而产生的电离称为光电离。波长越小越易促进光电离，电弧波长包括红外线、紫外线、可见光可使AI、K、Na原子光电离。但不能使Ar、He、Fe等电离。(2)电子发射:电子发射是固体或液体金属中的自由电子在外加能量作用下，由金属表面逸出的现象。在焊接电弧中，只有从阴极表面发射出的电子在电场作用下参加导电过程。可分为热发射、电场发射、光发射、粒子

3、碰撞发射等几种。(3)负离子的产生:中性离子与电子结合的过程，是一个放热过程，所放出的热被成为电子亲和能。A+e→A-+W2．带电粒子的消失电弧导电过程中，在产生带电粒子的同时，伴随着带电粒子的消失过程，在电弧稳定燃烧时，二者是处于动平衡状态。带电粒子在电弧空间的消失主要有扩散、复合两种形式。1.1.2电弧的引燃焊接电弧的引燃（引弧），一般有两种方式：接触引弧和非接触引弧。熔化极焊接电弧一般采用接触引弧；而不熔化极焊接电弧，大多采用非接触引弧。1.接触引弧：该引弧过程可分为短路接触空载(拉开)燃弧三个阶段，如下图所示：2.非接触引弧：采取非接触引弧

4、有两项原因:一是不允许电极与工件接触;二是电极无法与工件接触。a)接触b)拉开c)燃弧方法：主要依靠高电压强电场使电极表面产生电子发射，从而引燃电弧。这种引弧方法主要用于钨极氩弧焊和等离子弧焊。1.1.3焊接电弧的结构和导电机构1．焊接电弧的结构及压降分布如下图所示，可以把整个电弧分成三个区域：阴极区、阳极区、弧柱1）阴极区：长度极短、电压较大、E（电场强度）极高2）阳极区：长度也极短、电压较大、E极高3）弧柱区长度基本上等于电弧长度，E较小2．焊接电弧最小电压原理：电流一定、周围条件一定时，稳定燃烧的电弧各导电区的半径（温度）应使电弧电场强度最小，即

5、电弧电压最小。*该原理有两个方面的含义：1）电场强度是温度或电弧断面半径的函数2）电弧半径稳定值r由电场的最小值E确定3．电弧的导电机构1）弧柱区的导电机构带电粒子的产生：电离（热电离光电离电场作用的电离）、阴极区注入的电子、阳极区注入的正离子。电流组成：电子流（约占99.9％），正离子流所占比例很小（约占0.1％）。特点：电中性、E小、Ua小。2）阴极区的导电机构①阴极区在导电过程中的作用：a产生弧柱区导电所需要电子流Ie=0.999I、b接收弧柱区来的正离子流IA+=0.001I②热发射型产生条件：W、C阴极，且电流很大带电粒子的产生方式：热发射特

6、点：无阴极区、无阴极压降Vk③电场发射型条件：W、C阴极、且I较小、或AI、Fe、Cu作阴极带电离子产生方式：场发射、场电离、热发射、碰撞发射特点：阴极附近存在—正电荷区—阴极区、阴极区断面收缩且表面上产生阴极斑点④等离子型：是低气压钨极氩弧焊或使用冷阴极、小电流时容易产生的一种导电机构，通过热发射产生带电粒子。3）阳极区的导电机构①阳极区在导电过程中的作用接收弧柱区来的电子流Ie=0.999I产生弧柱区所需要的正离子流IA+=0.001I②热电离产生条件：I较大带电离子产生方式：热电离特点：a)阳极压降小，甚至为0b)不存在阳极斑点。③电场作用下的电

7、离产生条件：I较小带电粒子的产生方式：热电离、场电离特点：a）有阳极区，发生收缩b)Ua较大c)有阳极斑点1.2焊接电弧的工艺特性1.2.1.焊接电弧的电特性1.焊接电弧的静特性：一定长度的电弧在稳定状态下，电弧电压Uf与电弧电流If之间的关系，可用式Uf=f(If)表示。影响因素：①、弧长②、气体介质导热性热分解性能③、气体介质的压力图1-6电弧的静特性曲线（L1~3代表不同的电弧长度）2.焊接电弧的动特性：一定弧长的电弧，当电弧电流以很快速度连续变化时，电弧电压瞬时值与电流瞬时值之间的关系称为电弧动态伏安特性，可用式uf=f(if)表示。特点：1、

8、电弧周期性的熄灭和引燃2、电弧电压和电流波形发生畸变3、热惯性作用较为明显交流电弧的动特性曲线