电弧焊基础知识28852

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1、项目一电弧焊基础知识教学目标:了解电弧物理基础和工艺特性；了解焊丝熔化特性与熔滴过渡形式；掌握母材熔化与焊缝成形的基本规律。教学活动设计：利用多媒体课件辅助教学；教学重点：电弧的热特性、机械特性；熔滴过渡的形式；焊缝成形的基本规律。教学难点：熔滴过渡形式的掌握学习单元一焊接电弧一、焊接电弧的物理本质（一）电弧及其电场强度分布1.电弧的定义：电弧是一种气体放电现象，它是带电粒子通过两电极之间气体空间的一种导电过程。2.气体导电必须具备的两个条件：①两电极之间有带电粒子；②两电极之间有电场。3.气体放电随电流的强弱而有不同的形式，如暗放电、辉光放电、电弧放电等。4.电弧放电的主要特点是电流最大、

2、电压最低、温度最高、发光最强。5.电弧的结构：由图可见，沿电弧长度方向的电场强度分布并不均匀。按电场强度分布的特征可将电弧分为三个区域：阴极附近的区域为阴极区，其电压Uk称为阴极电压降；中间部分为弧柱区，其电压U•称为弧柱电压降；阳极附近的区域为阳极区，其电压几称为阳极电压降。阳极区和阴极区占整个电弧长度的尺寸皆很小，约为IO"〜10'cm,故可近似认为弧柱长度即为电弧长度。•••••小资料：电弧作为导体不同于金属导体，金属导电是通过金属内部自由电子的定向移动形成电流，而电弧导电时，电弧气氛中的电子、正离子、负离子都参与导电，同时，电弧的各区域电场強度分布不均匀，说明各区域的电阻是不同的，即

3、电弧电阻是非线性的。过程要复杂得多。（二）电弧中带电粒子的产生电弧两极间带电粒子产生的来源有：中性气体粒子的电离、金属电极发射电子、负离子形成等。其中气体电离和阴极发射电子是电弧中产生带电粒子的两个基本物理过程。1.气体的电离(1)电离:在外加能量作用下，使中性的气体分子或原子分离成电子和正离子的过程称为气体电离。(2)第一电离能:中性气体粒子失去第一个电子所需的最小外加能量，电离能通常以电子伏(eV)为单位。1电子伏就是指1个电子通过电位差为IV的两点间所需做的功；失去第二个电子所需的能量称为第二电离能，依此类推。电弧焊中的气体粒子电离现象主要是一次电离。(3)电离难易程度：当其他条件(如

4、气体的解离性能、热物理性能等)一定时，气体电离电压的大小反映了带电粒子产生的难易程度。电离电压低，表示带电粒子容易产生，有利于电弧导电；相反，电离电压高表示带电粒子难以产生，电弧导电困难。(4)电离种类根据外加能量来源的不同，气体电离种类可分为以下几种：1)热电离气体粒子受热的作用而产生电离的过程称为热电离。它实质上是由于气体粒子的热运动形成频繁而激烈的碰撞产生的一种电离过程。电离度:电弧中带电粒子数的多少对电弧的稳定起着重要作用。单位体积内电离的粒子数与气体电离前粒子总数的比值称为电离度，用x表示，即x=已电离的中性粒子密度/电离前的中性粒子密度电离度的影响因素:热电离的电离度与温度、气体

5、压力及气体的电离电压有关。随着温度的升高，气体压力的减小及电离电压的降低，电离度随之增加，电弧中带电粒子数增加，电弧的稳定性增强。2)场致电离在两电极间的电场作用下，气体中的带电粒子被加速，电能将转换为带电粒子的动能。当带电粒子的动能增加到一定数值时，则可能与中性粒子发生非弹性碰撞而使之产生电离，这种电离称为场致电离。3)光电离中性气体粒子受到光辐射的作用而产生的电离过程称为光电离。焊接电弧的光辐射只可能对K、Na、Ca、Al等金属蒸气直接引起光电离，而对焊接电弧气氛中的其他气体则不能直接引起光电离。因此，光电离只是电弧中产生带电粒子的一种次要途径。2.阴极电子发射(1)电子发射:阴极中的自

6、由电子受到一定的外加能量作用时，从阴极表面逸出的过程称为电子发射。邈出功电子从阴极表面逸出需要能量，1个电子从金属表面逸出所需要的最低外加能量称为逸出功(AJ,单位是电子伏。因电子电量为常数e,故通常用逸出电压(UJ来表示，U.=KJe,单位为V。逸出功的大小受电极材料种类及表面状态的影响。当金属表面存在氧化物时逸出功都会减小。（2）阴极斑点阴极表面通常可以观察到发出烁亮的区域，这个区域称为阴极斑点。它是发射电子最集中的区域，即电流最集中流过的区域。“阴极破碎”作用：当采用钢、铜、铝等材料作阴极时（通常称为冷阴极），其斑点在阴极表面作不规则的游动，甚至可观察到几个斑点同时存在。由于金属氧化物

7、的逸出功比纯金属低，因而氧化物处容易发射电子。氧化物发射电子的同时自身被破坏，因而阴极斑点有清除氧化物的作用。阴极表面某处氧化物被清除后另一处氧化物就成为集中发射电子的所在。于是，斑点游动力图寻找在一定条件下最容易发射电子的氧化物。如果电弧在惰性气体中燃烧，阴极上某处氧化物被清除后不再生成新的氧化物，阴极斑点移向有氧化物的地方，接着又将该处氧化物清除。这样就会在阴极表面的一定区域内将氧化物清除干净，显露出金属