焊接电弧的基础知识备课讲稿.ppt

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1、焊接电弧的基础知识二、焊接电弧的导电特性（一）弧柱区的导电特性（二）阴极区的特点（三）阳极区的特点（四）焊接电弧的静态伏安特性三、焊接电弧的工艺特性（一）电弧的热能特性⑴弧柱、阴极区、阳极区的产热（2）电弧的温度分布（二）电弧的力学特性（三）焊接电弧的稳定性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。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。Ⅰ、焊接电弧的产生电弧的引燃过程（1）焊条与工件接触短路短

2、路时，电流密集的个别接触点被电阻热所加热，极小的气隙的电场强度很高。结果：①少量电子逸出。②个别接触点被加热、熔化，甚至蒸发、汽化。③出现很多低电离电位的金属蒸汽。（2）提起焊条保持恰当距离在热激发和强电场作用下，负极发射电子并作高速定向运动，撞击中性分子和原子使之激发或电离。结果：气隙间的气体迅速电离，在撞击、激发和正负带电粒子复合中，其能量转换，发出光和热。电弧放电电压最低，电流最大，温度最高，发光最强。将电弧放电用作焊接热源，既安全，加热效率也高。电弧放电产生高热和强光，电弧切割、碳弧气刨、电弧焊接等；强光能照明，如探照灯，用弧光灯放

3、电影焊接电弧电压分为三个区：阴极区、阳极区和弧柱区。阴极区和阳极区上有活性斑点，即阴极斑点和阳极斑点（电流密度大，温度高，发出光亮的点）Ⅱ、电弧的构成一、焊接电弧的物理基础电弧的实质：气体放电（导电）（一）电弧及其电场强度分布电弧的特点：低电压、大电流、温度高、亮度大Ⅲ.焊接电弧及其特性1、气体电离：电离：中性气体分子或原子分离成电子和正离子的现象。电离电压：电离能用电离电压来表示，电离电压低说明气体的电离比较容易，电弧比较稳定。（二）电弧中带电粒子的产生气体电离电极发射电子形成负离子碰撞电离气体电离的形式热电离：气体粒子的热运动，形成频繁

4、而激烈的碰撞产生的电离，是弧柱区产生带电粒子的主要途径。电场作用下的电离：阴极区和阳极区的电场强度非常高，高达105~107V/cm，气体电离以电场作用下的电离为主。光电离：光辐射只可能对K、Na、Ca、Al等金属蒸汽直接引起光电离；次要途径。2、电子发射电子发射：电极表面受到外加能量的作用，使其内部的电子冲破电极表面的束缚飞到电弧空间的现象称为电子发射。逸出功：使一个电子从金属表面飞出所需的能量称为逸出功。通常用逸出电压表示。常用金属的逸出功金属WFeAl纯金属4.544.484.25氧化物3.923.9可见有氧化物时逸出功比较低，所以电

5、子容易从氧化膜出逸出，形成阴极斑点。电子发射机构分类：电场发射、热发射、光发射、粒子碰撞发射；实际焊接中往往是多种电子发射机构共同完成电子发射的任务。热发射：金属表面受热的作用，内部的自由电子的热运动加剧，当自由电子的动能大于逸出功时，电子飞出金属表面加入电弧，参与电弧的导电过程。热发射（对电极有冷却作用）热发射强弱受到阴极材料沸点的影响；沸点高的钨或碳做阴极时，电极可以被加热到比较高的温度，通过热发射可以提供足够多的电子。热发射电场发射电场发射：当金属表面存在一定强度的正电场时，金属内部的电子会受到电场力的作用，如果电场力足够大，电子飞出

6、金属表面，这种现象称为电场发射。冷阴极主要是这种发射电子的机理（钢、Cu、Al等作阴极时）光发射与粒子碰撞发射光发射：金属表面受光能照射，使内部的自由电子冲破表面约束而产生的电子发射称为光发射。粒子碰撞发射：焊接电弧中正离子撞击阴极表面，将其动能传给阴极内部的电子，使其逸出金属表面的发射过程称为碰撞发射。冷阴极与热阴极热阴极：当使用沸点高的材料W（沸点5950K）或C(4200K)作电极时，阴极区(3500K以上)的带电粒子主要靠热发射提供，这种阴极称为热阴极。冷阴极：钢（3013K）、铜(2868K)、铝(2770)等材料作阴极时，由于它

7、们沸点很低，电极加热温度受沸点的限制不可能很高，热发射不能提供足够的带电粒子，此时电场发射起主要作用，这种电极称为冷阴极。热阴极：斑点固定WC冷阴极：斑点不规则移动CuFeAl甚至可观察到几个斑点同时存在。由于金属氧化物的逸出功比纯金属低，氧化物处容易发射电子。氧化物处发射电子的同时自身被破坏，阴极斑点有清除氧化物作用。负离子的形成主要是由中性气体粒子（原子或分子）吸附一个电子形成的，负离子所带电量与电子相同，但是质量大，不能有效参与电弧导电过程。造成电弧不稳不希望电弧中存在大量的负离子大多数粒子亲和能比较小，不易形成负离子F、Cl、O、O

8、H、NO等离子亲和能比较大，易于形成负离子。（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。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