焊接电弧结构与导电特性ppt课件.ppt

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1、焊工技师、高级技师培训1-2焊接电弧结构与导电特性焊接电弧结构1.电弧构造：通常测出的电弧电压就是阴极区、阳极区和弧柱区电压降之和。U弧=U阴+U阳+U柱＝U阴+U阳+bl弧式中U弧——电弧电压，V；U阴——阴极电压降，V；U阳——阳极电压降，V；U柱——弧柱电压降，V；B——单位长度的弧柱电压降一般为20-40V／cm；l弧——电弧长度，cm。阴极区：长度极短10-510-6cm、电压较大、E电场强度极高。阳极区：长度也极短10-210-4cm、电压较大、E极高。弧柱区：长度基本上等于电弧长度，电场强度较小。焊接电弧结构2.电弧温度和热

2、量分布电弧温度影响因素：电极材料气体种类焊接电流焊接方法能量密度：定义：单位面积上的热功率能量密度越大，热源的利用率越高，焊接速度提高，焊接热影响区减小，力学性能提高。焊接电弧结构焊接电弧结构焊接电弧结构阳极区弧柱区阴极区温度2330-3980oC5730-7730oC2130-3230oC热量分布43%21%36%电弧温度和热量分布特点：1.弧柱区温度较高，两极温度较低。由于电极温度与电极材料种类、导热性、熔沸点有关2.两极能量密度高于弧柱区能力密度。轴向能量密度分布于电流密度相对应焊接电弧结构焊接电弧导电特性焊接电弧的导电特性是指参与电荷

3、的运动并形成电流的带电粒子在电弧中产生、运动和消失的过程。在焊接电弧的弧柱区、阴极区和阳极区其相应的导电特性也是不同。1.弧柱区的导电特性弧柱区长度为电弧长度特点：a.弧柱区的电场强度较低：通常只有5～10V/cm。b.温度很高，5000~50000K。c.分子、原子将产生热电离，形成等离子体。弧柱是包含大量电子、正离子等带电粒子和中性粒子聚合在一起的气体状态，被称为电弧等离子体。焊接电弧导电特性弧柱区1.弧柱区的导电特性特点：d.弧柱区呈电中性带电的粒子在等离子体定向移动，基本上不受空间电场的作用，所以能够在低电压条件下，传输大电流。传输电

4、流的主要带电粒子是电子，大约占带电粒子总数的99.9%，其余为正离子。焊接电弧导电特性弧柱区但正离子的作用非常大，正电场；撞击阴极，加强热发射正离子堆积-〉正离子加速-〉碰撞-〉电子发射保证了电弧放电的低电压、大电流的特点。阳极不能发射正离子，弧柱所需要的正离子是通过阳极区电离提供的。焊接电弧导电特性弧柱区弧柱电场强度（E）：弧柱单位长度上的电压降意义：E的大小表征电弧弧柱的导电能力。电场强度E和电流I的乘积EI相当于电源供给单位弧长的电功率，与弧柱的热损失相平衡。焊接电弧导电特性弧柱区影响弧柱电场强度的因素弧柱气体介质（H2、He；单元子、

5、多原子）弧柱的热损失（强迫气流冷却等）焊接电弧导电特性弧柱区最小电压原理：电弧在稳定燃烧时，有一种使其自身能量消耗最小的特性，即当电流和电弧周围的条件（气体介质、温度、压力）一定时，稳定燃烧的电弧将选择一个确定的导电截面，使电弧的能量消耗最少。当电弧长度也是定值的时候，电场强度的大小即代表了电弧产热量的大小，因此，能量消耗最小的时候电场强度最低，即在固定弧长上的电压降最小，这就是最小电压原理。焊接电弧导电特性弧柱区电流和电弧周围条件一定时，如果电弧截面面积大于或小于其自动确定的截面，就会引起电场强度的增大，消耗的能量增多，违反最小电压原理。-

6、面积增大-面积减小焊接电弧导电特性弧柱区2.阴极区的导电特性：阴极区接收正离子，发射电子热发射型和电场发射型焊接电弧导电特性阴极区热发射型（热阴极、大电流）阴极斑点在电极表面十分稳定，其面积较大且十分均匀，在此位置弧柱不呈收缩状态，阴极区电流密度与弧柱区相近，阴极电压降较小。焊接电弧导电特性阴极区电子带走的热量的补充途径-正离子的碰撞-正离子的复合，放出电离能-电阻热焊接电弧导电特性阴极区电场发射型（冷阴极或者热阴极小电流）-电荷过剩=>正电场=>场致发射=>电子加速=>场致电离=>形成电流-正离子的作用正电场撞击阴极，加强热发射焊接电弧导电

7、特性阴极区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-电极种类（沸点高或逸出功小，热发射主导，阴极压降小）-电流大小（电流大，热发射主导，阴极压降小）-气体介质（不易于电离，热发射主导，阴极压降小）焊接电弧导电特性阴极区3.阳极区的导电特性接收电子，提供正离子阳极斑点电流密度比阴极斑点小，其形态与电极材料和电流大小有关。由于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，如果阳极表面某一区域产生均匀的金属熔化和蒸发，或蒸发比其他区域强烈，则此区域为阳极导电区。焊接电弧导电特性阳极区纯金属熔点沸点低于相应氧化物，所

8、以纯金属容易蒸发，阳极斑点自动寻找纯金属而避开氧化物。因而出现阳极斑点的跳跃现象。焊接电弧导电特性阳极区阳极不能发射正离子，弧柱所需要的正离子是通过阳极区电离提供的