焊接方法与设备-1焊接电弧

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1、第一章焊接电弧电弧的作用的二个：产力和产热从简单的焊接系统来看弧焊电源§1-1电弧的导电机理一、电弧的放电特点+-IaUa+§1-1电弧的导电机理电弧放电非自持放电（暗放电）自持放电辉光放电(日光灯)电弧放电(强光、高温、低压大电流)§1-1电弧的导电机理电弧是由两个电极和它们之间的气体空间组成。电弧中的带电粒子主要依靠两电极之间的气体电离和电极发射电子两个物理过程所产生的，同时也伴随着解离、激励、扩散、复合、负离子的产生等过程。二、电弧中带电粒子的产生（一）气体的电离1.电离与激励§1-1电弧的导电机理电离：在一定条件下中性

2、气体分子或原子分离为正离子和电子的现象称为电离。主要问题：电离、电离能、多级电离、多组分电离、电离与电弧稳定性关系。1.电离与激励+++++e二级电离一级电离+e§1-1电弧的导电机理激励当中性粒子接受外来能量的作用还不足以使电子完全脱离气体原子或分子时，但可能使电子从较低的能级转移到较高的能级，这种现象称为激励。表征激励能力用激励电压。主要问题：激励能、激励与电离关系、激励作用1.电离与激励2.能量传递方式§1-1电弧的导电机理碰撞传递粒子之间以相互碰撞传递能量的形式称为碰撞传递。弹性E1+E2=E1’+E2’(低动能时)非弹性

3、E1+E2=E1’+E2’+ΔE(高动能时)ΔE〉W激励发生激励ΔE〉W电离发生电离。光辐射传递中性气体粒子可以接受外界以光量子形式所施加的能量，提高其内能并改变其内部结构，使气体粒子被激励或电离。比较：在电弧燃烧过程中碰撞传递是主要形式碰撞§1-1电弧的导电机理高温下气体粒子受热的作用相互碰撞而产生的电离称为热电离。3.电离种类电离T1T2T1〈T2fv热电离电场电离光电离热电离§1-1电弧的导电机理电离度影响因素：电离度随温度的升高、压力的减小，电离电压的减少而增加。实效电离度解离电弧中的多原子气体（是由两个以上原子构成的气

4、体原子）在热作用下分解为原子的现象称为解离。热解离属吸热反应。表征能力：解离能。主要问题：概念、影响因素、与电离关系、作用。§1-1电弧的导电机理电场电离带电粒子从电场中获得能量，通过碰撞而产生的电离过程称为电场作用下的电离。自由行程λ：两次碰撞之间的路程长度。当某一气体中同时存在中性粒子、离子和电子时，在一定温度和压力下它们的自由行程分别为：§1-1电弧的导电机理光电离中性粒子接受光辐射的作用而产生的电离现象称为光电离。总结：热电离是弧柱部分产生带电粒子的最主要途径；在普通电弧中，弧柱因E一般为10V/cm左右，较小，故热电离是

5、主要形式。而阴极和阳极区因E约为105—107v/cm，电场作用的电离才显著；可见光几乎对所有气体都不能直接引起光电离。电弧弧光可直接对K,Na,Ca,AL等金属产生光电离。§1-1电弧的导电机理（二）电极发射电子金属表面接受一定的外加能量，自由电子冲破金属表面的约束而飞到电弧空间的现象。电子发射热发射电场发射光发射碰撞发射§1-1电弧的导电机理1.热发射热发射：金属表面承受热作用而产生的电子发射现象。热阴极--W、C电极的最高温度不能超过沸点；冷阴极--Fe,Cu,Al,Mg.等。影响因素：温度、材质、表面形态§1-1电弧的导电

6、机理2.电场发射当金属表面空间存在一定强度的正电场时，金属内的自由电子受此电场静电库伦力的作用，当此力达到一定程度时，电子可飞出金属表面，这种现象称电场发射。对低沸点材料，电场发射对阴极区提供带电粒子起重要作用。影响因素：温度、材质、电场大小§1-1电弧的导电机理3.光发射当金属表面接受光辐射时，也可使金属表面自由电子能量增加，冲破金属表面的约束飞到金属外面来，这种现象称为光发射。hγ≥eUw，K,Na,Ca在可见光。光发射在阴极发射中起次要作用。4.粒子碰撞发射高速运动的粒子（电子或离子）碰撞金属表面时，将能量传给金属表面的自由

7、电子，使其能量增加而跑出金属表面，这种现象称为粒子碰撞发射。在一定条件下，粒子碰撞发射是电弧阴极区提供导电所需电子的主要途径。§1-1电弧的导电机理（三）带电粒子的消失消电离负离子形成扩散复合§1-1电弧的导电机理1.负离子形成在一定条件下，有些中性原子或分子能吸附一个电子而形成负离子，形成过程中放出热量。表征形成负离子的能力，用电子亲和能表示，常见元素的亲和能见P17表1-7，从表中可看到，电弧中卤族元素，氧的亲和能大。亲和能大，电弧气氛中形成的负离子就多，电弧的导电能力就差。负离子形成一般发生在电弧的外围温度低的区域，中性原子

8、或分子捕获运动动能较低的电子。主要问题：亲和能、影响因素、作用。§1-1电弧的导电机理2.扩散带电粒子由密度高向密度低的地方移动，并趋向密度均匀化，这种现象称为带电粒子的扩散现象。3.复合电弧空间的正负带电粒子（正离子、负离子、电子），在一定条件下