焊接方法与设备——焊接电弧

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1、第一章焊接电弧一基本要求熟练掌握本章的基本概念，理解并掌握最小电压原理、电弧力。了解电弧各个区域的组成、导电机构、产热机构、交流电弧的特点以及阴极斑点的特点及其对焊接质量的影响。二基本概念电弧、气体放电、电离、电子发射、阴极斑点、阳极斑点、刚直性、磁偏吹、电离能、逸出功、电离电压、逸出电压三难点1）最小电压原理2）电弧的导电机构四重点1）电弧、电离、气体放电、刚直性、磁偏吹等一些基本概念。2）电弧力。3）电弧的产热机理。4）阴极斑点的特点。5）最小电压原理。§1-1电弧物理基础一）电弧的基本概念1、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。2、气体放电：两极间的气体被击穿

2、而导电的过程。非自持放电：放电本身不能产生导电所需的带电粒子（A+、e）。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。+-电弧UaIa电弧放电辉光放电暗放电暗放电自持放电非自持放电UI导体导电二）带电粒子的产生过程产生方式：电离：气体中性原子或分子（A）分离为一价正离子（A+）和电子（e）的过程。电子发射：金属表面逸出电子的现象（一）电离与激励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电离能：原子或分子电离所需要的能量单位为ev或J电子伏：一个电子被1V的电压所加速得到的能量。电离电压：电离能/电子带电量。一

3、次电离：A→A++e二次电离：A+→A+++en次电离：A（n-1）+→An++eA++Ae2、激励：气体原子得到的一定的能量，虽然小于Wi，但可使电子从低能级跃迁到高能级。这种现象叫激励。激励能：所需的最小外加能量叫激励能We。激励能电压：激励能We/e。3、能量传递方式1）碰撞：粒子间通过相互碰撞而交换能量弹性碰撞：仅发生动能再分配非弹性碰撞：交换的能量→势能，从而导致电离或激励。2）光幅射：在光的辐射下，中性粒子直接吸收光量子的能量。AA+A-eAAeheUi4、电离的分类：1）热电离：气体粒子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。电离度：电离了的粒子

4、数量与电离前离子数量之比。0.1%热解离：在热量的作用下，多原子分子分解为原子。解离能：分子热解离所需要的能量2）电场作用下的电离：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：A直接捕捉光量子并吸收其能量而电离。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。（二）电子发射1、基本概念1）电子发射：电子从金属表面逸出的现象。对电弧导电起作用的主要是阴极的发射。2）逸出功（Ww）：电子发射所需的最小能量。3）逸出电压：Ww/e物理意义：Ww越小，引弧越容易，电弧

5、稳弧性越好。4）主要影响因素：材料，K、Na之Ww较低。表面状态：有氧化物时，逸出功降低加入杂质，例如，钍、铈及镧等可降低Ww。-2、分类1）热发射：在热量的作用下产生的发射产生条件：阴极温度足够高特点：对阴极有冷却作用，这一点对TIG焊具有重要意义。可提高W极的载流能力。2）电场发射：金属表面的电子在电场力的作用下逸出的现象。特点：对阴极的冷却作用较小。3）光发射：光幅射作用下产生的发射。实际电弧中产生光发射的可能性很小。4）粒子碰撞发射：高速运动的A+碰撞到阴极上导致的发射。库仑力——（三）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-

6、+W注意：1）亲和能高的原子易形成A-，但高温下不利于放热反应。2）交流电弧过零时，易形成。3）易在电弧周边形成。4）不利于电弧稳定。（四）扩散与复合扩散：电弧中心处A+、e较多，e易向周边运动。当周边电子浓度达到一定值后，在e吸引下，A+也向周边运动。从而在周边复合A++e→A+WiA++A—→2A+WiA-Ae+A-+AAe三）电弧各区域的导电机构（一）区域组成由阴极区、阳极区、弧柱三部分组成。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UAUCUK阳极区阴极区弧柱-+10-510-6cm10-210

7、-4cm（二）弧柱区的导电机构所谓导电机构就是指带电粒子产生、运动方式。1、带电粒子的产生1）电离：热电离光电离电场作用的电离2）阴极区注入的电子3）阳极区注入的正离子2、带电离子的运动A+冲向阴极→正离子流IA+e冲向阳极→电子流IeI=IA++Ie其中：IA+=0.1%IIe=99.9%I3、特点：1）电中性；2）E小、Ua小IA+IeI三）、阴极区的导电机构1、阴极区在导电过程中的作用1)产