第一讲1电弧焊基础知识.ppt

第一章电弧焊基础知识Basic knowledge of arc welding §1 焊接电弧及其特性 §2 焊丝熔化及熔滴过渡 §3 母材熔化及焊缝成形 §1 焊接电弧及其特性Welding arc and its characteristics 一、焊接电弧的概念 二、焊接电弧的极性 三、焊接电弧的导电特性 四、焊接电弧的能量特性 五、焊接电弧的温度分布 六、焊接电弧的电磁特性 一、焊接电弧的概念 电弧：是一种气体放电现象，是指两电极存在电位差时，电荷通过两电极之间的气体空间的一种导电现象。 二、焊接电弧的极性 前提：直流焊接 电弧极性：直流焊接时电弧的两极与电源的连接方式称为电弧的极性。 三、焊接电弧的导电特性 电弧的伏安特性 电弧放电区伏安特性 电弧的静特性曲线 电弧成负阻特性 电弧成平特性 电弧成上升特性 2. 带电粒子的产生 气体电离 电极发射电子 形成负离子 （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。 气体电离的形式 热电离：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：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 可见有氧化物时逸出功比较低，所以电子容易从氧化膜出逸出，形成阴极斑点。 阴极斑点 阴极斑点：阴极表面经常可以看到发出闪烁的区域，这个区域称为阴极斑点。 电子发射最集中的区域 电流最集中流过的区域 热阴极：斑点固定 W C 冷阴极：斑点不规则移动 Cu Fe Al 在焊有色金属及其合金时常用到电弧的阴极清理作用，就是源于阴极斑点的特性。 电子发射机制分类： 热发射 电场发射 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： 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。 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 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或C作电极时，阴极区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、铜、铝、镁等材料作阴极时，由于它们沸点很低，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。 （3）负离子形成 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、O2、OH、NO等离子亲和能比较大，易于形成负离子。 3.焊接电弧的构成及其导电特性 (1)弧柱区特点及导电机构 弧柱区长度为电弧长度 弧柱区的电场强度较低： 通常只有5～10V/cm。 温度很高，5000~50000K， 分子、原子将产生热电离，形成等离子体。 弧柱区呈电中性 带电的粒子在等离子体中定向移动，基本上不受空间电场的作用，所以能够在低电压条件下，传输大电流。传输电流的主要带电粒子是电子，大约占带电粒子总数的99.9%，其余为正离子。 （2）阴极区的特点及导电机构 电子之源：向弧柱提供99.9%的电子。阴极发射电子的能力，对电弧稳定性影响极大。 阴极区的长度：为10-5～10-6cm 高电场强度：如果阴极压降为10V，则阴极区的电场强度为106～107V/cm。 阴极区的导电机构分为： 热发射型阴极区导电机构： 电场发射型阴极区导电机构： 等离子型阴极区导电机构： 热发射型阴极区导电机构： 采用W、C等高熔点材料作阴极，电流较大时（大电流TIG焊），阴极区