第一章 焊接电弧及其电特性

《第一章 焊接电弧及其电特性》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第一章焊接电弧及其电特性本章论述焊接电弧的物理本质、形成、结构和伏安特性，着重研究焊接电弧的电特性及交流电弧燃烧的特点。第一章焊接电弧及其电特性第一章焊接电弧及其电特性电弧是电弧焊接的热源，而弧焊电源则是电弧能量的供应者。弧焊电源电特性的好坏，直接影响到电弧燃烧的稳定性，而电弧是否稳定燃烧又直接影响焊接过程的稳定性和焊缝的质量和焊接生产效率。所以，我们首先必须了解焊接电弧的物理本质和特别是电特性，然后才能研究电弧对弧焊电源电气性能的要求。1.1焊接电弧的物理本质和引燃弧焊电源电弧图1-1电弧焊接过程示意图第一章焊接电弧及其电特性电压的两电极之间或电极与母材之间的气体

2、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1-2）。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。显然，焊接电弧的物理本质是气体放电！1.1.1焊接电弧的物理本质图1-2电弧示意图第一章焊接电弧及其电特性图1-3是一对电极气体放电的伏安特性曲线，根据气体放电的特性，可以将其分为两个区域，即非自持放电区和自持放电区。当导电电流大于一定值时，就会产生这种自持放电。在自持放电区内，当电流数值不同时，导电机构也有差异，可以分为暗放电、辉光放电和电弧放电三种形式。图1-3气体放电

3、的伏安特性曲线第一章焊接电弧及其电特性其中，暗放电和辉光放电的电流较小，电压较高，发热发光较弱；电弧放电的电流最大，电压最低，温度最高、发光最强。正是因为电弧具有这样的特点，因此在工业中广泛用来作为热源和光源，在焊接技术中成为一种不可缺少的能源。综上所述，从电弧的物理本质来看，它是一种在具有一定电压的两电极之间的气体介质中所产生的电流最大、电压最低、温度最高、发光最强的自持放电现象。即，焊接电弧的物理本质是阴极电压低、电流密度大的一种气体放电现象！第一章焊接电弧及其电特性两电极之间要产生气体放电必须具备两个条件，一是必须有带电粒子；二是在两极之间必须有一定强度的电场

4、。电弧中的带电粒子指的是电子、正离子和负离子。引燃电弧和维持电弧燃烧的带电粒子是电子和正离子。这两种带电粒子主要是依靠电弧中气体介质的激发、电离和电极的电子发射两个物理过程产生的。在电弧引燃和燃烧的过程中，除了存在电离和发射这两个过程外，还伴随有气体解离、激发、生成负离子、复合等过程。1.1.2焊接电弧中带电粒子的产生第一章焊接电弧及其电特性两电极之间的气体受到外加能量（如外加电场、光辐射、加热等）作用时，气体分子热运动加剧。当能量足够大时，由多原子构成的气体分子就会分解为原子状态，这个过程称为解离。（1）电离与激发在外加能量的作用下，使中性气体分子或原子分离成为正

5、离子和电子的现象称为电离。电离时，中性气体分子或原子吸收了足够的能量，使得其中的电子脱离原子核的束缚而成为自由电子，同时使原子成为正离子。使中性气体粒子失去第一个电子所需要的最低外加能量称为第一电离能，生成的正离子称为一价正离子，所发生的电离称为一次电离。1.气体的电离第一章焊接电弧及其电特性电离能通常以电子伏（eV）为单位，1电子伏就是1个电子通过1V电位差的空间所获得的能量，其数值为1.6×10-19J。为了便于计算，常把以电子伏为单位的能量转换为数值上相等的电压来处理，单位为伏（V），此电压称为电离电压。电弧气氛中常见气体的电离电压如表1-1所示。元素电离电压

6、/V元素电离电压/VH13.5W8.0He24.5（54.2）Cu7.68Li5.4（75.3，122）H215.4C11.3（24.4，48，65.4）N215.5N14.5（29.5，47，73，97）O212.2O13.5（35，55，77）Cl213F17.4（35，63，87，114）CO14.1Na5.1（47，50，72）NO9.5表1-1常见气体的电离电压第一章焊接电弧及其电特性Cl13（22.5，40，47，68）OH13.8Ar15.7（28，41）H2O12.6K4.3（32，47）CO213.7Ca6.1（12，51，67）NO211Ni7.

7、6（18）Al5.96Cr7.7（20，30）Mg7.61Mo7.4Ti6.81Cs3.9（33，35，51，58）Fe7.9（16，30）注：括号内的数字依次为二次、三次、……电离电压。表1-1续第一章焊接电弧及其电特性气体电离电压的大小说明电子脱离原子或分子所需要外加能量的大小，也说明某种气体电离的难易程度。在相同的外加条件下，气体电离电压低说明产生带电粒子比较容易，就此而言，有利于维持电弧稳定燃烧。不仅原子状态的气体可以被电离，而且分子状态的气体也可以直接被电离。但由于一般情况下电子脱离气体分子需要克服原子对电子和分子对电子的两层约束，因此分子状态时的气体