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1、熔焊方法及设备主讲教师：林文光第一章焊接电弧本章将讲述有关焊接电弧的基础理论知识，包括电弧的物理本质、导电机构、电特性、产热机构和产力机构，以及影响焊接电弧稳定性的因素等。1.1焊接电弧的物理基础1.1.1电弧的物理本质电弧是一种气体放电现象。是两电极之间或电极与母材之间的气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。气体放电：是指当两电极之间存在电位差时，电荷从一极穿过气体介质到达另一极的导电现象（图1-1）。图1-1电弧示意图图1-2气体放电的伏安特性曲线非自持放电区和自持放电区。非自持放电:参加导电的带电粒
2、子是外界直接输入或外加措施造成,取消外加措施放电停止.导电本身不能产生带电粒子.自持放电:导电过程本身可以产生带电粒子,只需在放电开始时需要外加措施,进行点燃一旦放电开始,取消外加措施放电过程仍可继续进行.在自持放电区间,有三种放电形式:暗放电,辉光放电,电弧放电.从电弧的物理本质来看，它是一种在具有一定电压的两电极之间的气体介质中所产生的电流最大、电压最低、温度最高、发光最强的自持放电现象。1.1.2电弧中带电粒子的产生两电极之间要产生气体放电必须具备两个条件，一是必须有带电粒子，二是在两极之间必须有一
3、定强度的电场。带电粒子的产生：主要是依靠电弧中气体介质的电离和电极的电子发射两个物理过程产生的。1.气体的电离电离：在外加能量的作用下，使中性气体分子或原子分离成为正离子和电子的现象电离能：中性的气体粒子失去电子所需的最低外加能量电离能通常以电子伏（eV）为单位，1电子伏就是1个电子通过1V电位差的空间所获得的能量，其数值为1.6×10-19J。为了便于计算，常把以电子伏为单位的能量转换为数值上相等的电压来处理，单位为伏（V），此电压称为电离电压。电弧气氛中常见气体的电离电压如表1-1所示。表1-1常见气
4、体的电离电压元素电离电压/V元素电离电压/VH13.5W8.0He24.5（54.2）Cu7.68Li5.4（75.3，122）H215.4C11.3（24.4，48，65.4）N215.5N14.5（29.5，47，73，97）O212.2O13.5（35，55，77）Cl213F17.4（35，63，87，114）CO14.1Na5.1（47，50，72）NO9.5Cl13（22.5，40，47，68）OH13.8Ar15.7（28，41）H2O12.6K4.3（32，47）CO213.7Ca6.1（
5、12，51，67）NO211Ni7.6（18）Al5.96Cr7.7（20，30）Mg7.61Mo7.4Ti6.81Cs3.9（33，35，51，58）Fe7.9（16，30）续表1-1注：括号内的数字依次为二次、三次、……电离电压。一次电离：原子（分子）失去第一个电子，所发生的电离称为一次电离。第一电离能：使中性气体粒子失去第一个电子所需要的最低外加能量。激励:当中性气体分子或原子受到外加能量的作用不足以使电子完全脱离气体分子或原子，而使电子从较低的能级转移到较高的能级的现象。通过加热、电场作用或光辐射
6、均可产生激励现象。由于产生激励时电子尚未脱离分子或原子，因此气体分子或原子对外仍呈中性，但是激励状态是一种非稳定状态，它存在的时间很短暂。激励电压:使中性气体分子或原子激励所需要的最低外加能量称为最低激励能，若以伏为单位来表示，则称为激励电压。表1-2是常见气体粒子的最低激励电压。激励电压越小，说明这种气体分子或原子越容易发生激励。能量传递途径碰撞传递:气体粒子通过碰撞而传递能量的途径.弹性碰撞:粒子之间不发生内能的交换,碰撞的结果只发生速度的改变.非弹性碰撞:粒子之间有内能的交换.当中性粒子之间进行非弹
7、性碰撞时,由于它们的质量相近,最多将原动能的一半传递给对方.当电子与原子,分子进行非弹性碰撞时,电子的动能几乎可以全部传递给原子或分子,可能引起对方发生电离或激励.光辐射传递:中性气体粒子直接接受外界以光量子的形式所施加的能量.（2）电离的种类根据外加能量种类的不同，电离可以分为以下三类1）热电离气体粒子受热的作用而产生的电离称为热电离。其实质是气体粒子由于受热而产生高速运动和相互之间激烈碰撞而产生的一种电离。电离度电离度:单位体积内被电离的粒子数与气体电离前粒子总数的比.X=电离后的电子或离子的密度/电
8、离前的中性粒子的密度电弧焊时为提高电弧稳定性,只需加少量低电离电压物质则可获得显著的效果.热解离热解离:气体分子在热的作用下分解为原子的现象.解离能:气体分子产生热解离所需要的最低能量。解离能小于电离能先解离,后电离,是吸热反应.2）场致电离当气体中有电场作用时，气体中的带电粒子被加速，电能被转换为带电粒子的动能，当其动能增加到一定程度时，能与中性粒子产生非弹性碰撞，使之电离，这种电离称为场致电离。3）光电离中性粒子接受光辐射
