焊接工艺2(焊工工艺学电子教案).doc

第三章：焊接电弧 电弧具有两个特性，即它能放出强烈的光和大量的热。电弧发出的光和热被广泛地应用于工业上，如电弧是所有电弧焊接方法的能源。到目前为止，电弧焊在焊接方法中其所以仍占据着主要地位，一个重要的原因就是因为电弧能有效而简便地把电能转换成熔化焊接过程所需要的热能和机械能。 为了认识和掌握电弧焊方法，首先必须弄清电弧的实质，掌握电弧的基础知识。本章就是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。 第一节： 焊接电弧的引燃过程 一、焊接电弧的概念 焊接时，将焊条与焊件接触后很快拉开，在焊条端部和焊件之间立即会产生明亮的电弧,电弧是一种气体放电现象。 我们在日常生活中经常可以看到气体放电现象，例如，每当我们切断电源的时候，在闸刀刚刚离开接触处的瞬间，往往会产生明亮的火花，这就是气体放电的现象。但它与焊接电弧相比较，焊接电弧不但能量大，而且连续持久。因此我们可以说：“由焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间或电极与焊件间，在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象，称为焊接电弧。 一般情况下，由于气体的分子和原子都是呈中性的，气体中几乎没有带电质点，因此气体不能导电，电流也通不过，电弧就不能自发地产生。要使气体呈现导电性必须使气体电离，气体电离后，原来气体中的一些中性分子或原子转变为电子、正离子等带电质点，这样电流才能通过气体间隙而形成电弧。 １．气体电离 气体和自然界的一切物质一样，电子是按一定的轨道环绕原子核运动，在常态下原子是呈中性的。但在一定的条件下，气体原子中的电子从外面获得足够的能量，就能脱离原子核的引力而成为自由电子，同时原子由于失去电子而成为正离子。这种使中性的气体分子或原子释放电子形成正离子的过程称为气体电离。 使气体电离所需要的能量称为电离电位（或电离功）。不同的气体或元素，由于原子构造不同，其电离电位也不同。 在焊接时，使气体介质电离的种类主要有热电离、电场作用下的电离、光电离。 （１）热电离：气体粒子受热的作用而产生的电离称为热电离。温度越高，热电离作用越大。 （２）电场作用下的电离：带电粒子在电场的作用下，各作定向高速运动，产生较大的动能，当不断与中性粒子相碰撞时，则不断地产生电离。如两电极间的电压越高，电场作用越大，则电离作用越强烈。 （３）光电离 中性粒子在光辐射的作用下产生的电离，称为光电离。 ２．阴极电子发射 阴极的金属表面连续地向外发射出电子的现象，称为阴极电子发射。 焊接时，气体的电离是产生电弧的重要条件，但是，如果只有气体电离而阴极不能发射电子，没有电流通过，那么电弧还是不能形成。因此阴极电子发射也和气体电离一样，两者都是电弧产生和维持的必要条件。 一般情况下，电子是不能自由离开金属表面向外发射的，要使电子逸出电极金属表面而产生电子发射，就必须加给电子一定的能量，使它克服电极金属内部正也荷对它的静电引力。所加的能量越大，促使阴极产生电子发射作用就越强烈。电子从阴极金属表面逸出所需要的能量称为逸出功，电子逸出功的大小与阴极的成分有关。 焊接时，根据阴极所吸收的能量的不同，所产生的电子发射有以下几类：热发射、电场发射、撞击发射等。阴极发射电子后，又从焊接电源获得新的电子。 1）热发射 焊接时，阴极表面温度很高，阴极中的电子运动速度很快，当电子的动能大于阴极内部正电荷的吸引力时，电子即冲出阴极表面产生热发射。温度越高，则热发射作用越强烈。 （２）电场发射 在强电场的作用下，由于电场对阴极表面电子的吸引力，电子可以获得足 够的动能，从阴极表面发射出来。当两电极的电压越高，金属的逸出功小，则电场发射作用越大。 （３）撞击发射 当运动速度较高，能量较大的正离子撞击阴极表面时，将能量传递给阴极而产生电子发射现象，叫做撞击发射。如果电场强度越大，在电场的作用下正离子的运动速度也越快则产生的撞击发射作用也越强烈。 实际上在焊接时，以上几种电子发射作用常常是同时存在，相互促进的，但在不同条件下，它们所起的作用可能稍有差异。例如，在引弧过程中，热发射和电场发射起着主要作用；电弧正常燃烧时，如采用熔点较高的材料（钨或碳等）作阴极，则热发射作用较显著；若用铜或铝等作阴极时，撞击发射和电场发射就起主要影响；而钢作阴极时，则和热发射、撞击发射、电场发射 都有关系。 二、焊接电弧的引燃过程 上面所讨论的气体电离及阴极电子发射，是电弧燃烧的必要条件，我们把开始造成两电极间气体发生电离及阴