电弧物理基础ppt课件.ppt

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1、一、焊接电弧的物理基础（一）电弧及其电场强度分布电弧: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。电弧的实质：气体放电（导电）气体导电必须具备两个条件：①两电极之间有带电粒子；②两电极之间有电场。带电粒子在电场作用下运动形成电流，从而使两电极之间的气体空间成为导体，也就形成了电弧。电弧的特点：低电压、大电流、高温度、可移动等第一节焊接电弧1沿电弧长度方向，电场强度分布不均匀！2获得电弧的途径：气体电离+电子发射（二）电弧中带电粒子的产生1、电离的种类：热电离　场致电离　光电离电离能及其与引弧的关系2、（阴极）电子发射热发射　场致

2、发射　光发射　粒子碰撞发射逸出功及其与引弧的关系3（三）带电粒子的消失带电粒子通过扩散、复合和电子结合成负离子等的过程消失。电弧稳定“燃烧”时，带电粒子的产生和消失处于动平衡状态。负离子的存在对电弧稳定性的影响。4二、焊接电弧的导电特性参与电荷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。（一）区域组成由阴极区、阳极区、弧柱区三部分组成。UaUcUk阳极区阴极区弧柱区-+10-510-6cm10-210-4cm1、阴极区：长度极短、电压较大、E（电场强度）极高2、阳极区：长度也极短、电压较大、E极高3、弧柱区长度基本上等于电弧长度，E较小

3、5（二）弧柱区的导电特性IA+IeI1、带电粒子的产生（1）电离：热电离光电离场电离（2）阴极区注入的电子（3）阳极区注入的正离子2、带电离子的运动A+冲向阴极→正离子流IA+e冲向阳极→电子流IeI=IA++Ie其中：IA+=0.1%IIe=99.9%I（Me》MA+）3、特点：（1）电中性；（2）E小、Uc小6（三）阴极区的导电特性1、阴极区在导电过程中的作用2、热发射型（1）产生弧柱区导电所需要电子流Ie=0.999I（2）接收弧柱区来的正离子流IA+=0.001I（1）产生条件：W、C阴极，且电流很大（2）带电粒子的产生方式：热发射热阴极：弧柱

4、导电所需要的电子可完全由热发射来产生的阴极。冷阴极：热发射能力不足的阴极。热阴极材料：熔点高的材料。冷阴极材料：熔点低的材料。（3）特点：阴极压降很小73、电场发射型（1）条件：a.W、C阴极、且I较小b.Al、Fe、Cu作阴极（2） 带电离子产生方式a.场发射b.场电离c.热发射d.碰撞发射（3）特点：a.阴极附近存在—正电性区—阴极区b.阴极区断面收缩c.阴极表面上产生阴极斑点8++++++++++++++++++++++------+++++-----Uk阴极区弧柱区电场发射型阴极热发射场发射碰撞发射场电离0.999I9（四）阳极区的导电机构1

5、、阳极区在导电过程中的作用（1）接收弧柱区来的电子流Ie=0.999I（2）产生弧柱区所需的正离子流IA+=0.001I2、热电离（1）产生条件：I较大（2）带电粒子产生方式：热电离（3）特点：a.阳极压降小，甚至为0b.不存在阳极斑点。3、场致电离（1）产生条件：I较小（2）带电粒子的产生方式：场电离（3）特点：a.有阳极区，发生收缩b.Ua较大c.有阳极斑点10----------------++-++++++++++++------------Ua阳极区弧柱区阳极压降的形成+11（五）阴极斑点与阳极斑点1、阴极斑点：阴级上导通电流的一些灼亮的弧立

6、点。（1）产生条件：a.W、C阴极且I很小b.AI、Fe、Cu作阴极（2）某点充当阴极斑点的条件a.电弧通过该点时耗能最小b.该点能发射电子（3）特点a.电流密度大、温度高b.跳跃性及粘着性c.存在斑点力：蒸发反力、A+的撞击力d.自动寻找氧化膜，对于铝、镁及其合金的焊接非常重要，起到阴极雾化作用。12---A焊接方向粘着性焊接方向-+AB跳跃性132、阳极斑点（1）产生条件：I很小（2）点充当阳极斑点的条件a.通过该点导通电流时，耗能最小b.易蒸发，产生金属蒸气（3）特点：a.电流密度大、温度高b.粘着性、跳跃性c.避开氧化膜d.斑点力，小于阴极斑点

7、力（六）最小电压原理电流与周围条件一定时，电弧稳定燃烧时，会自动选择一个确定的导电截面，使电弧电场强度最小，能耗最小，固定弧长上电压降最小。14（一）电弧的热能特性1、电弧热的形成机构电能→热能（1）弧柱的产热①本质：A+、e在电场作用下被加速、动能增大的过程。宏观表现为温度上升→产热。由于运动速度，自由程度不同，A+、e得到的能量不同，TA+、Te、TA有可能不同。电子动能：定向运动动能—Ie散乱运动动能—热运动，表现为热能。②产热量主要用于散热损失—对流、幅射、传导。三、焊接电弧的工艺特性15③影响因素不仅取决于电流。凡是影响Ua的因素均影响弧柱的

8、产热。（2）阴极区的产热①本质：产生电子、接受正离子的过程中有能量变化，这些能量的平衡结果就是