电焊工技术教案本.doc

第一章 焊接电弧 学习目的：为了认识和掌握电弧方法，首先弄清电弧的实质，掌握电弧的基础知识。本章就从理论上对电弧的性质及作用进行分析，通过学习，使我们能把焊接电弧的知识应用到电弧焊焊接工作中去，从而达到提高焊接质量的目的。 重点难点：焊接电弧的产生焊接电弧的概念焊接电弧的产生中性气体原来是不能导电的，为了在气体中产生电弧而通过电流，就必须使气体分子(或原子)电离成为正离子和电子。而且，为了使电弧维持燃烧，要求电弧的阴极不断发射电子，这就必须不断地输送电能给电弧，以补充能量的消耗。气体电离和电子发射是电弧中最基本的物理现象。 　　1.气体原子的激发与电离　　 　　如果气体原子得到了外加的能量，电子就可能从一个较低的能级跳跃到另一个较高能级，这时原子处于“激发”状态。使原子跃为“激发”状态所需的能量称为激发能。气体原子的电离就是使电子完全脱离原子核的束缚，形成离子和自由电子的过程。由原子形成正离子所需的能量称为电离能。 　　在焊接电弧中，根据引起电离的能量来源，有以下3种形式： 　　(1)撞击电离。是指在电场中，被加速的带电粒子(电子、离子)与中性点(原子)碰撞后发生的电离。 　　(2)热电离。是指在高温下，具有高动能的气体原子(或分子)互相碰撞而引起的电离。 　　(3)光电离。是指气体原子(或分子)吸收了光射线的光子能而产生的电离。 　　气体原子在产生电离的同时，带异性电荷的质点也会发生碰撞，使正离子和电子复合成中性质点，即产生中和现象。当电离速度和复合速度相等时，电离就趋于相对稳定的动平衡状态。一般地，电弧空间的带电粒子数量越多，电弧越稳定，而带电粒子的中和现象则会减少带电粒子的数量，从而降低电弧的稳定性。 　　2．电子发射 　　在阴极表面的原子或分子，接受外界的能量而释放出自由电子的现象称为电子发射。电子发射是引弧和维持电弧稳定燃烧的一个很重要的因素。按其能量来源不同，可分为热发射、光电发射、重粒子碰撞发射和强电场作用下的自发射等。 　　(1)热发射。物体的固体或液体表面受热后，其中某些电子具有大于逸出功的动能而逸出到表面外的空间中去的现象称为热发射。热发射在焊接电弧中起着重要作用，它随着温度上升而增强。 　　(2)光电发射。物质的固体或液体表面接受光射线的能量而释放出自由电子的现象称为光电发射。对于各种金属和氧化物，只有当光射线波长小于能使它们发射电子的极限波长时，才能产生光电发射。 　　(3)重粒子撞击发射。能量大的重粒子(如正离子)撞到阴极上，引起电子的逸出，称为重粒子撞击发射。重粒子能量越大，电子发射越强烈。 　　(4)强电场作用下的自发射。物质的固体或液体表面，虽然温度不高，但当存在强电场并在表面附近形成较大的电位差时，使阴极有较多的电子发射出来，这就称为强电场作用下的自发射，简称自发射。电场越强，发射出的电子形成的电流密度就越大。自发射在焊接电弧中也起着重要作用，特别是在非接触式引弧时，其作用更加明显。 焊接电弧的概念电弧是一种气体导电（放电）现象。焊接电弧则是两个电极之间强烈而持久的放电现象。电弧产生的条件就是气体要成为导电体。通常气体是不导电的，气体成为导体则需要两个条件，即阴极电子发射和气体电离。 　阴极电子发射 　　阴极的金属表面连续地向外发射电子的现象叫做阴极电子发射。一般情况下，电子是不能离开金属表面向外发射的。如果阴极电子获得一定能量后，就可以克服金属内部正电荷对它的引力而向外发射。这种能量可以是热能、电能或者运动能量，即阴极在高温状态下，电子运动速度加快，当其能量大于正电荷对其的静电引力，即可有电子发射；或者当两极间的电场强度达到一定程度后，电场对阴极表面电子的吸引力大于正电荷的静电引力时，也可发生电子发射。同时，在电场作用下，阴离子的运动速度加快，撞击阴极表面，将能量传递给阴极，也可使电子发射。 　　 气体电离 　　中性的气体原子在受到电场或热能作用时，气体原子中电子获得足够的能量，克服原子核对电子的引力，而成为自由电子。中性原子因失去带负电荷的电子而成为带正电荷的正离子的过程，就叫做气体电离。当有阴极电子发射，电子高速运动与气体原子相互碰撞，如果撞击的能量大于气体原子核与电子间的引力时，则发生气体电离；或者在高温下，气体原子的运动速度加快，原子间相互碰撞，也会引起气体电离。焊条(covered electrode) 气焊或电焊时熔化填充在焊接工件的接合处的金属条。焊条的材料通常跟工件的材料相同。焊条的组成焊条由焊芯及药皮两部分构成。焊条是在金属焊芯外将涂料(药皮)均匀、向心地压涂在焊芯上。焊条种类不同，焊芯也不同。焊芯即焊条的金属芯，为了保证焊缝的质量与性能，对焊芯中各金属元素的含量都有严格的规定，特别是对有害杂质（如硫、磷等)的含量，应有严格的限制，优于母材。焊芯成分直接影响着焊缝金属的成分