过程设备制造及安装第二章焊接电弧

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1、第二章电弧焊基础第一节焊接电弧的导电机理一、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而导电的过程。3、电弧的实质：在一定的条件下，电荷通过两电极之间的气体空间的一种导电现象。（气体放电现象）+-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导体导电电弧是特殊的气体放电过程：电能能转换为热能；机械能；光能；磁能。气体放电非自持放电:诱导（外加措施）；自持放电暗放电辉光放电电弧放电电压最低（几十伏）电流最大（几百安培）温度最

2、高（5000－8000K）发光最强二、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。A++Ae碱金属、碱土金属（K、Na、Ca等），外层一个或两个电子，易失去、易电离、电离电位低，药皮中加入引弧容易，电弧燃烧稳

3、定。（引弧剂，稳弧剂）。J422,J502,J423等酸性焊条。F(7个电子)电离电位较高，不易电离，加入药皮不易引弧。CaF2可去除H、S、P，焊缝含氢量较少。J507(CaF2)。碱性低氢型焊条含较多CaF2。电离：使中性的气体分子变成电子和离子过程。电离势：原子或分子电离所需要的能量。2、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、电离的分类：1）热电离：气体粒子受热的作用而产生电离

4、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：电离了的粒子数量与电离前粒子数量之比。0.1%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

5、子发射所需的最小能量。1/2~1/4Wi3）逸出电压：Ww/e物理意义：Ww越小，引弧越容易，电弧稳弧性越好。4）主要影响因素：材料，K、Na。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、阴极电子发射的分类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

6、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）负离子的产生中性粒子与电子结合的过程，是一个放热过程，所放出的热被称为电子亲和能。A+e→A-+W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三、电弧的产生（一）引弧方法：擦划，点接触。焊条与工件接触又迅速拉开的－瞬间产生的。但实际是由：“短路－空载－燃弧”三个

7、极短的阶段。①短路短路阶段：两极间有金属蒸气；药皮蒸气；电子的热发射。10m突出点接触，电流密度极大（I短>1.5～3I焊），很大的电流（I短），很小的接触面积，很大电阻热。电阻热使接触点温度骤然升高，电极表面金属熔化，蒸发，药皮中物质K、Na、Ca分解蒸发,Fe、K、Na、Ca蒸气具备电离气氛.电子的热发射阴极表面温度很高，电子获得足够的能量，活跃，冲破表面，逸出到空间去叫做热发射电子，电子逸出金属表面消耗的能量—逸出功。短路阶段：金属蒸气(Fe)；药皮蒸气(K、Na、Ca)；电子的热发射(e)。为电弧的

8、产生准备了条件。②空载焊条刚刚拉开，电弧尚未形成的一瞬间，电源处在空载状态：I=0,V=U0。空载电压较高：手工电弧焊U0＝50～90伏。不大于100伏。很短的距离，弧长＝10－5～10－6mm内。电场强度很大。E=100伏/10－5cm=106伏/cm足够大的电场强度，使电子从阴极发射出来，叫做电子自发射。空载阶主要是自发射。自发射，热发射很强烈，但刚刚开始，还不能使两极间的气体充分电离，因此电弧