《焊接电弧》ppt课件

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1、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、产热机构和产力机构，以及影响焊接电弧稳定性的因素等。第一章焊接电弧1.1焊接电弧的物理基础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。1.1.1电弧的物理本质图1-2气体放电的伏安特性曲线图1-2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

2、，可以分为暗放电、辉光放电和电弧放电三种形式。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，而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。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。电弧中的

3、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、激励、生成负离子、复合等过程。1.1.2电弧中带电粒子的产生气体不含自由移动带电粒子；所有粒子都可以自由移动不呈现导电性金属含自由移动带电电子；离子不可以自由移动呈现导电性带电粒子的产生无论是什么物质，能否呈现导电性，都取决于其在电场的作用下，是否拥有可自由移动

4、的带电粒子。带电粒子的产生方式：(1)气体电离(2)电极发射电子(3)形成负离子1气体电离a电离：中性气体分子或原子分离成电子和正离子的现象。b电离电压：电离能用电压来表示，电离电压低说明气体的电离比较容易，电弧比较稳定。气体一次电离电压/v气体一次电离电压/vHe24.5Ar15.7Fe蒸汽7.9CO213.71.气体的电离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。（待删除）在

5、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）电离与激励a)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

6、来处理，单位为伏（V），此电压称为电离电压。b)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。c)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电离电压比原子状态时的电离电压值要高一些。例如氢原子为13.5V，而氢分子为15.4V。但是有些气体分子

7、的电离电压反而比原子的电离电压低，如NO分子的电离电压为9.5V，而N原子和O氧子的电离电压分别为14.5V和13.5V。d)当电弧空间同时存在电离电压不同的几种气体时，在外加能量的作用下，电离电压较低的气体粒子将首先被电离。如果这种低电离电压的气体供应充分，电弧空间的带电粒子将主要依靠这种气体的电离来提供，所需外加的能量也主要是取决于这种气体的电离电压。例如，Fe的电离电压为7.9V，比CO2（13.7V）或Ar（15.7V）低很多，当用气体保护焊焊接钢材时，如果焊接电流足够大，电弧空间将充满由

8、铁蒸汽电离而生成的带电粒子，外加能量相对较低。e)激励是当中性气体分子或原子受到外加能量的作用不足以使电子完全脱离气体分子或原子，而使电子从较低的能级转移到较高的能级的现象。通过加热、电场作用或光辐射均可产生激励现象。由于产生激励时电子尚未脱离分子或原子，因此气体分子或原子对外仍呈中性，但是激励状态是一种非稳定状态，它存在的时间很短暂。使中性气体分子或原子激励所需要的最低外加能量称为最低激励能，若以伏为单位来表示，则称为激励电压。（2）电离的种类根据外加能量种类的不同，电离可以分为