《电弧焊与电渣焊》第1章焊接电弧

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1、电弧焊与电渣焊第1章焊接电弧本章将讲述有关焊接电弧的基础理论知识，包括电弧的物理本质、导电机构、电特性、产热机构、和产力结构，以及影响焊接电弧稳定性的因素等。1.气体放电现象:气体放电是指气体电离。电离气体具有与通常状态下的气体所不同的性质，被称作等离子体。继固体、液体、气体之后的物质的第四种存在状态，以高导电性为其特征。电弧的本质是气体放电。§1.1焊接电弧的物理基础一、电弧的物理本质2.气体放电形式1)非自持放电特点：需要外加能量2)自持放电特点：不需要外加能量暗放电辉光放电电弧放电特点：电流最大；电压最低；温度最高；发光最强。应用：工业

2、中广泛应用来作为热源和光源。三种形式3.放电形式与电流、电压的关系二、电弧中带电离子的产生产生电弧的两个基本条件：1.有带电离子2.两电极之间有一定的电场强度带电粒子种类正离子负离子电子带电粒子来源电极的电子发射扩散及复合电弧中气体介质的电离（一）阴极电子发射阴极电子发射是电源持续向电弧供给能量的唯一途径，也是电弧产热及中性粒子电离的初始根源。阴极电子发射种类：1.热电子发射（1）定义：金属表面承受热作用而产生的电子发射。（2）过程描述（3）热阴极（W、C）和冷阴极（钢、Cu及Al等）2.场致发射（1）定义：阴极表面空间有强电场存在并达到一定

3、程度时，电子获得足够能量而冲破电极表面飞入电弧空间。（2）特点电场存在相当于减小了逸出电压，所以在较低温度下可发射电子。3.光发射金属表面受到光照射后，其电子接受某一特定波长光子的能量后提高了自身的能量所产生的电子逸出。高速运动的外部粒子碰撞金属表面后，把其自身动能传递给金属中的电子，促使其逸出金属表面，在电弧条件下表现为正离子对阴极的碰撞。4.粒子碰撞发射2.分类（根据外加能量种类）热电离场电离光电离（二）气体电离1.定义在外加能量的作用下，使中性气体分子或原子分离成为正离子和电子的现象。1.带电粒子的扩散带电粒子在定向运动过程中出现从电弧

4、内部向外部周边区域的移动；在电弧形态上表现出扩展形态；不会造成电弧整体电荷密度的均一分布；扩散使得电弧中带电粒子的分布处于相对的动平衡状态。2.带电离子的复合电子与正离子相遇后重新结合成中性粒子；主要出现在电弧温度较低的区域,以电弧外围区域表现更为频繁；是一项重要的电弧行为,对电弧热量平衡和导电性造成影响；带走热量。（三）电弧中带电离子的消失§1.2焊接电弧的产生过程电弧焊时，仅仅把焊接电源电压加到电极与焊件两端是不能产生电弧的，首先需要在电极与焊件之间提供一个导电的通道，才能引燃电弧。两种引弧方式:接触式引弧非接触式引弧1.定义2.引弧的三

5、阶段（1）短路阶段（2）分离阶段（3）燃弧阶段3.应用一、接触式引弧焊条与焊件短路时的接触状态1.定义2.引弧的两阶段（1）激发阶段（2）燃弧阶段3.引弧高压种类（1）高频高压（2）高压脉冲4.应用二、非接触式引弧高频高压引弧电压波形高压脉冲引弧电压波形§1.3焊接电弧的构造及导电机构一、焊接电弧的构造：阴极区、阳极区和弧柱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较小二、阴极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。（一）阴极区在导电过程中的作用

6、1、产生弧柱区导电所需要电子流Ⅰe=0.999Ⅰ2、接收弧柱区来的正离子流Ⅰ+=0.001Ⅰ（二)阴极区在导电机构分类1、热发射型2、场至发射型3、等离子型1.热发射型（1）产生条件：W、C阴极，且电流很大（2）带电粒子的产生方式：热发射热阴极：弧柱导电所需要的电子可完全由热发生来产生的阴极。冷阴极：热发射能力不足的阴极。热阴极材料：熔点高的材料冷阴极材料：熔点低的材料。（3）特点：无阴极区、无阴极压降Uk。2.场致发射型（1）条件：（a）W、C阴极、且Ⅰ较小（b）AI、Fe、Cu作阴极（2）带电离子产生方式（a）场发射；（b）场电离；（c

7、）热发射；（d）碰撞发射。（3）特点：（a）阴极附近存在一个正电荷区；（b）fe<0.999Ⅰ、f+>0.001Ⅰ；（c）阴极区断面收缩；（d）阴极表面上产生阴极斑点。++++++++++++++++++++++------+++++-----Uk阴极区弧柱区阴极热发射场发射碰撞发射场电离0.999I电场发射型导电机构（1）条件：（a）W、C热阴极，且I较小：或AI、Fe、Cu冷阴极；（b）气压较小，Uk0.001Ⅰ；（c）阴极区

8、断面收缩；（d）阴极表面上产生阴极斑点。3.等离子型导电机构三、弧柱区的导电机构1.带电粒子的产生（1）电离：热电离、光电离和场致电离（2）阴极区注入的电子（3）阳