《电弧物理》PPT课件

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1、焊接物理主讲教师：黄健康2.1、电弧概论2.2、火花放电、辉光放电2.3、电弧弧柱现象2.4、探极法2.5、阳极现象2.6、阴极现象第二章电弧物理2.1.1电弧电压的两电极之间或电极与母材之间的气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。所谓气体放电，是指当两电极之间存在电位差时，电荷从一极穿过气体介质到达另一极的导电现象（图1-1）。但是并不是所有的气体放电现象都是电弧，电弧仅是其中的一种形式。2.1、电弧概论2.1.1电弧2.1、电弧概论2.1.2弧柱(电弧等离子体)电弧温度在5000～50000K，处于热平衡状态。弧柱中大部分双原子气体分解为原子，大的原子又电离为电子和阳离

2、子。从宏观上看，弧柱空间呈电中性。由于电子运动速度远远快于阳离子，因此电流几乎由电子流形成。2.1、电弧概论2.1.2弧柱(电弧等离子体)等离子体：通常指气体粒子中至少有一部分粒子化，从而由中性粒子、阳离子、电子等聚合一起所组成的气体或蒸汽状态。2.1、电弧概论热收缩效应：弧柱为保持最小热损失，收缩截面的行为。由于电弧中电流同向并流，相互吸引，使得电弧内压力高于电弧外。阴极斑点的电流密度一般比弧柱高，因此紧挨阴极的弧柱部分由收缩力产生的压力要比离开阴极的弧柱高，该压力促使气流（等离子流）从阴极吹向弧柱，速度可达100m/s。2.1.3阳极2.1、电弧概论最短电弧路径2.1.

3、3阳极2.1、电弧概论当采用低熔点材料作阳极时(Fe、Cu、A1等)，一旦阳极表面某处有熔化和蒸发现象发生时，由于金属的电离能大大低于一般气体的电离能，在有金属蒸气存在的地方，更容易产生热电离而提供正离子流，电子流也更容易从这里进入阳极，阳极表面上的导电区将在这里集中而形成阳极斑点。阳极斑点形成：金属蒸汽，电弧通过该点弧柱消耗能量较低2.1.4阴极2.1、电弧概论2.1.4阴极2.1、电弧概论电离出来的正离子与从弧柱区来的正离子一起向阴极运动,使正离子流占阴极区总电流的比率大大增加。阴极区的电子流和正离子流比率的变化如图1-7所示。2.1.4阴极阴极放电形式：1.热阴极型，

4、大电流，钨、炭2.等离子阴极型，一般焊接电弧3.冷阴极型，铜、铁2.1、电弧概论2.1.4电弧各种形态2.1、电弧概论2.1.4电弧各种形态2.1、电弧概论2.2.1自持放电自持放电：不依赖外界电离条件，仅由外施电压作用即可维持的一种气体放电。2.2、火花放电、辉光放电即使在普通状态下，大气中也存在一些阴离子、阳离子、电子。OA电流随电压增加而增大，BC为饱和状态，自然产生的离子和电子都已全部流向电极。在DE段加速的高速粒子撞击中性气体粒子电离产生一对新的电子和阳离子,为非自持放电。气体放电的形成需要具备两个基本条件：一是外施电压，它使电极间隙的空间范围内呈现一定强度的电场

5、；二是外界电离因素，它在电极间隙中形成初始带电粒子。2.2.1自持放电汤森德理论2.2、火花放电、辉光放电均匀电场中，气体间隙的击穿主要由电子的碰撞电离和正离子撞击阴极表面造成的表面电离所引起。电子碰撞电离是气体放电的主要原因，二次电子来源于正离子撞击阴极表面使得阴极表面逸出电子，逸出电子是维持气体放电的必要条件。2.2.1自持放电2.2、火花放电、辉光放电电场强度不变2.2.1自持放电要实现自持放电不需存在由阳离子引起的电离。原因有：(a)阳离子和气体离子的碰撞电离（一般称为β作用）(b)阳离子撞击阴极使之发射电子（一般称为γ作用）(c)阳离子同阴离子复合时释放光能而引起

6、的阴极电子发射。(d)在阴极附近，阳离子造成空间电荷增多，由其形成电场所引起的场致发射。(e)阳离子轰击阴极时的能量加热阴极，使之发射热电子。2.2、火花放电、辉光放电自持放电条件：γ为一个阳离子撞击阴极时，从阴极飞出的电子数，一个电子从阴极到阳极，将为增殖个数2.2.2火花放电火花放电：是一种击穿电极间绝缘后向辉光或电弧等稳定放电状态转变的过渡现象。2.2、火花放电、辉光放电火花放电即将发生之前的电极间电压，一般称着火电压。2.2.2火花放电2.2、火花放电、辉光放电He、Ne、Ar气体中电离电位高，但着火电压远低于空气的着火电压，因此更容易进行高频引弧。电晕放电:气体介

7、质在不均匀电场中的局部自持放电,主要是由于电晕放电时空间电荷的积累和分布状况不同所造成的。2.2.3空间电荷的影响2.2、火花放电、辉光放电放电空间要产生阳离子和电子，这些带电粒子沿电场力作用方向移动，其结果要改变电荷分布的状态，从而出现局部为正或者为负的空间电荷。2.2.4辉光放电2.2、火花放电、辉光放电辉光放电是稀薄气体中的自激导电现象。其物理机制是：放电管两极的电压加大到一定值时，稀薄气体中的残余正离子被电场加速，获得足够大的动能去撞击阴极，产生二次电子，经簇射过程形成大量带电粒子，使气体导电。特点是电流密