(04) 焊接电弧力及焊丝的熔化.ppt

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1、上讲回顾1、电极：热阴极、冷阴极2、电源：直流电源（正接、反接）、交流电源3、电弧静特性：下降、水平、上升。4、直流电源电弧动特性：电流从大到小高于静特性，从小到大，低于静特性。回形曲线5、交流电源电弧动特性：回形曲线。问题：交流电弧的再引弧电压与冷态时的引弧电压相比，谁高？uωtuΦifiabcdufUfUyh电感＋电阻电路焊接电弧电压随时间的变化曲线4焊接电弧的构造及导电机构阴极区：狭窄(10-5－10-6cm)，压降大，电场强度大。阳极区：比阴极区稍宽(10-3－10-4cm)，压降比阴极区小，电场强度比阴极区小。弧柱区：长度长，压降小（近似为0），电场强度小，温度高（热电

2、离）。阴极、阴极区、阳极、阳极区正离子跑向阴极时有一部分会与阴极发射的电子复合，所以库伦兹力会削弱一点，距离会稍窄。电子跑向阳极时呢？4.1焊接电弧的构造焊接电弧由阴极压降区、弧柱压降区和阳极压降区组成。4.2焊接电弧的导电机构1）阴极区、阳极区、弧柱区2）电子流比率：电子流占总电流的比率。3）总电流：由电子流和正离子流共同组成的。4.2.1阴极区的导电机构阴极导电的主要类型热阴极（W/C）冷阴极(Al/Cu/Fe)电流大热发射型导电（没有阴极斑点）场致型导电（阴极斑点游动）电流小场致型导电（阴极斑点固定不动）等离子型导电（1）热发射型（热阴极大电流）特点：A.阴极区温度高B.不

3、形成阴极斑点C.阴极区的电压降很小实例：大电流钨极氩弧焊电子带走的热量的补充途径：A.正离子的碰撞B.正离子的复合，放出电离能C.电阻热阴极区电子流比率与弧柱区相同，99.9％。（2）场致发射型（冷阴极大电流、热阴极小电流）形成的原因：阴极温度低形成的条件：电子不足，正离子过剩，阴极压降明显，阴极区电场强度足够高。实例：熔化极电弧焊特点：有阴极斑点，其中冷阴极斑点游动，热阴极斑点固定不动。冷阴极：热发射和场致发射冷阴极中存在热发射和场发射，其所占的份额受以下因素影响：（1）电极种类（熔点高或逸出功小，热发射主导，阴极压降小）；（2）电流大小（电流大，热发射主导，阴极压降小）；（3

4、）气体介质（不易于电离的气体热发射主导，阴极压降小）。图1－7阴极压降区的电子流（3）等离子型（冷阴极小电流）阴极前方会出现一个很亮的球形区域，温度很高，接近10000℃，此处产生强烈的热电离。低气压钨极氩弧焊和冷阴极、小电流产生等离子型导电，很难产生热发射型导电和场致发射型导电。（原因？？？）等离子型导电原因：难以产生热发射型导电（阴极温度低）和场致发射型导电（小电流）。条件：弧柱方向来的正离子撞击阴极表面：A.动能变成热能；B.正离子与电子在阴极复合，释放出电离能；C.复合后的中性粒子被弹回到弧柱区附近（阴极前方），温度高，形成高亮度点。4.2.2弧柱区的导电机构弧柱区充满了

5、电子（99.9％）、正离子（0.1％）、气体原子、气体分子、负离子（少）。弧柱呈电中性，等离子体。（单位体积内数量相等）弧柱电阻小：电子流和正离子流通过弧柱时不受空间电荷电场的作用，阻力小，因而弧柱区电压降低。5－10V/cm(不会产生电子场致发射)弧柱区温度高：带电粒子处于紊乱状态，平均动能大大提高，温度达到5000－50000K。4.2.3阳极区的导电机构阳极区接受电子流（占总电流99.9％的电子流）阳极区向弧柱区发送占总电流0.1％的正离子流。Q:阳极能发射正离子吗？A1:阳极产生电子但电子发射不出来。正离子更是不可能出来。A2:正离子是由阳极区气体电离提供的。PS:气体有

6、什么？不仅CO2是气体，金属蒸汽也是气体！！！阳极区正离子流的产生方式金属蒸汽的电离电压比周围气体介质的低，因而电离易在金属蒸汽处发生。阳极斑点：避开氧化物，寻找纯金属！正离子流的产生方式：场致电离和热电离。场致电离：电流密度小时产生,电子被加速后与中性粒子碰撞产生电子与正离子。热电离：电流密度大时，阳极温度高，阳极前产生蒸气并电离。阳极区接受电子（阳极斑点）发射正离子发射电子（阴极斑点）接受正离子阴极区总而言之阴极（区？）发射电子后因而正离子多，弧柱区的正离子运动到阴极附近时受同种电荷排斥力作用形成一个富正离子区。阳极区发射正离子因而电子多，弧柱区的电子运动到阳极附近时受同种电

7、荷排斥力作用形成一个富电子区。位置前移！阴极发射电子和阳极区发射正离子分别有两种类型：热发射（热电离）、场致发射（场致电离）。总而言之库伦斥力只有在很近的区域内才能发挥作用，因而阴极区和阳极区都很短。阴极区和阳极区压降都很大，因而电场强度大。弧柱区内要求电场强度小，电子运动容易（导电性好！）。电弧的这种不均匀的电场强度分布，说明电弧各区域的电阻是不同的，即电弧电阻是非线性的。4.3最小电压原理自由电弧的导电截面可以扩大和缩小。最小电压原理：对于一个轴对称的电弧，在给定电流和边界条