电弧焊基础知识讲课教案.ppt

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1、电弧焊基础知识+-电弧UaIa电弧放电辉光放电暗放电自持放电非自持放电UI导体导电焊接时，将焊条与焊件接触后很快拉开，在焊条端部和焊件之间会立即产生明亮的电弧，即焊接电弧见图1-1（a)示注意：焊接电弧是有焊接电源供电，在具有一定电压的两电极间或电极与焊件间，在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象通常，气体的分子和原子呈中性，气体中若没有带电粒子，在电场作用下，不会产生气体导电现象，电弧不能自发产生使电弧引燃并稳定燃烧，必须使两电极间的气体电离产生导电粒子，电流通过气体间隙形成电弧，如图1-1（b）所示图1-1（a)焊接电弧图1-1（b)电弧的产生在电弧

2、焊中，气体电离和阴极电子发射是电弧的产生与维持需要具备的两个条件，同时也伴随着激励、解离、扩散、复合及负离子产生等过程。1、气体电离电离：气体中性原子或分子（A）分离为一价正离子（A+）和电子（e）的过程。1）电离与激励（1）气体电离：在外加能量（如加热等）的作用下使中性的气体分子或原子分离成正离子（A+）和电子（e）的过程。A→A++e-Wi电离能：原子或分子电离所需要的能量单位为ev或J电子伏：一个电子被1V的电压所加速得到的能量。电离电压：电离能/电子带电量。一次电离：A→A++e二次电离：A+→A+++e……n次电离：A（n-1）+→An+

3、+eA++Ae（2）激励：当中性气体粒子受外加能量作用而不足以使其电离时，但可能使其内部的电子从原来的能级跃迁到较高的能级，这种现象叫激励。激励能：所需的最小外加能量叫激励能We。激励能电压：激励能We/e。（3）能量传递方式a、碰撞：粒子间通过相互碰撞而交换能量弹性碰撞：仅发生动能再分配非弹性碰撞：交换的能量→势能，从而导致电离或激励。b、光辐射：在光的辐射下，中性粒子直接吸收光量子的能量。AA+A-eAAeheUi（4）电离的分类：a、热电离：气体粒子受热的作用而产生电离实质：中性粒子通过与电子碰撞，接收电子能量而电离。电离度：电离了的粒子数量与

4、电离前离子数量之比。0.1%热解离：在热量的作用下，多原子分子分解为原子。解离能：分子热解离所需要的能量b、碰撞的电离：A+、e在电场作用下被加速、与A碰撞使其电离的过程。主要是e的作用：电子获得的能量是A+的4倍。c、光电离：A直接捕捉光量子并吸收其能量而电离。波长越小越易促进光电离，电弧波长包括红外线、紫外线可见光、可使Al、K、Na原子光电离。但不能使Ar、He、Fe等电离。2、极电子发射1）基本概念（1）电子发射：阴极中的自由电子受到一定的外加能量作用时，从阴极表面逸出的现象。（阴极电子发射）阴极电子发射和气体电离一样，是电弧产生和维持的重要条件

5、。（2）逸出功（Ww）：电子发射所需的最小能量。（3）逸出电压：Ww/e物理意义：Ww越小，引弧越容易，电弧稳弧性越好。（4）主要影响因素：材料，K、Na之Ww较低。表面状态：有氧化物时，逸出功降低加入杂质，例如，钍、铈及镧等可降低Ww。-2）分类根据使用阴极材料和电流大小的不同，阴极发射电子类型可分为：a、热发射：在热量的作用下产生的发射产生条件：阴极温度足够高特点：对阴极有冷却作用，这一点对TIG焊具有重要意义。可提高W极的载流能力。b、场致发射：金属表面的电子在电场力的作用下逸出的现象。特点：对阴极的冷却作用较小。c、光发射：当金属表面受到光

6、幅射作用时，金属内的自由电子能量达到一定程度而逸出金属表面的现象。实际电弧中产生光发射的可能性很小。d、撞击发射：高速运动的粒子（A+）碰撞金属表面时，将能量传给金属表面的电子，使其能量增加飞出金属表面，产生电子的碰撞发射。库仑力——3）负离子的产生中性离子与电子结合的过程，是一个放热过程，所放出的热成为电子亲和能。A+e→A-+W注意：（1）亲和能高的原子易形成A-，但高温下不利于放热反应。（2）交流电弧过零时，易形成。（3）易在电弧周边形成。（4）不利于电弧稳定。4）扩散与复合扩散：电弧中心处A+、e较多，e易向周边运动。当周边电子浓度达到一定值后，

7、在e吸引下，A+也向周边运动。从而在周边复合A++e→A+WiA++A—→2A+WiA-Ae+A-+AAe说明：在焊接过程中，四种发射所起的作用在不同焊接条件下是不同的在引弧过程中，热发射和场致发射起主要作用。使用髙沸点的材料钨或碳作为阴极时，阳极区的带电粒子主要为热发射电子若铜或铝为阳极，撞击发射和场致发射为主要作用钢作为阴极时，则热发射、撞击发射和场致发射都起作用1.1.2焊接电弧的引燃过程焊接电弧的引燃有两种方法，即接触引弧和非接触引弧法（高频、高压引弧法）。1、接触引弧手工电弧焊是采用接触引弧的。引弧时，焊条与工件瞬时接触造成短路（接触引弧过程见

8、P3图1-2所示）2、非接触引弧非接触引弧法也称为高频高压引弧法。一般借助于高频