现代电弧焊接方法及设备 教学课件 作者 吴志生 杨立军 李志勇 主编第1-2章焊接电弧特性.ppt

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1、第一章电弧物理基础二、基本概念电弧、气体放电、电离、电子发射、阴极斑点、阳极斑点、电离能、逸出功、电离电压、逸出电压三、难点最小电压原理电弧的导电机构四、重点电弧、电离、气体放电等一些基本概念。阴极斑点的特点。最小电压原理。一、基本要求熟练掌握本章的基本概念。理解并掌握最小电压原理。一、电弧的基本概念电弧是一种气体放电现象，通过放电将电能转变为热能与机械能。第一章电弧放电一、电弧的基本概念电弧：在一定条件下电荷通过两电极间气体空间的一种导电过程，即一种气体放电现象。非自持放电放电本身不能产生导电所需的带电粒子(A+、e)。自持放电放电本身能产生导电所需的带电粒子(A+、e)；有暗

2、放电、辉光放电、电弧放电等三种。＊气体放电两极间的气体被击穿而导电的过程。第一章+-电弧第一章第一态（固态）第二态（液态）第三态（气态）分子平均动能>晶体结合能分子平均动能>范德瓦尔力键结合能第四态（等离子体态）：粒子平均动能>电离能(一)电离与激励1、电离：在一定条件下中性原子分离成A+及e的现象。A→A++e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+++en次电离：A(n-1)+→An++e二、带电粒子的产生过程A++Ae电离：气体中性原子或分

3、子(A)分离为一价正离子(A+)和电子(e)的过程。电子发射：金属表面逸出电子的现象。产生方式第一章2、激励：气体原子得到的一定的能量,虽然小于Wi,但可使电子从低能级跃迁到高能级,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1)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。2)光幅射：在光的辐射下,中性粒子直接吸收光量子的能量。AA+A-eAAeheUi第一章4、电离的分类：1)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

4、能量而电离。电离度：电离了的粒子数量与电离前离子数量之比。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。2)电场作用下的电离：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。3)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AI、K、Na原子光电离。但不能使Ar、He、Fe等电离。第一章（二）电子发射1、基本概念1)电子发射：电子从金属表面逸出的现象。(对电弧导电起作用的主要是阴极的发射)2)逸出功（Ww）：电子发射所需的最小能量。3)逸出电

5、压：Ww/e①物理意义：Ww越小，引弧越容易，电弧稳弧性越好。②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。第一章2、分类1)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。2)电场发射：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。3)光发射：光幅射作用下产生的发射。实际电弧中产生光发射的可能性很小。4)粒子碰撞发射：高速运动的A+碰撞到阴极上导致的发射。库仑力第一章(三)负离子的产生中性离子与电子

6、结合的过程，是一个放热过程，所放出的热被称为电子亲和能。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。(四)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，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+WieAA-+A第一章A-+Ae三、电弧各区域的导电机构★区域组成由阴极区、阳极区、弧柱区三部分组成。1、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

7、上等于电弧长度，E较小阳极区阴极区弧柱10-510-6cm10-210-4cmUAUCUK-+第一章（一）弧柱区的导电机构所谓导电机构就是指带电粒子产生、运动方式。1、带电粒子的产生1)电离：热电离光电离电场作用的电离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%I3、特点：1)电中性；2)E小、Ua小IA+IeI第一章(二)阴极区的导电机构1、阴极区在导电