第一章焊接电弧及其特性
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焊接电弧的构造及静特性
1、焊接电弧的构造
焊接电弧组成
(1)阴极区:电弧紧靠负电极的区域,很窄,约10-5~10-6cm 。
阴极斑点:电弧放电时,负电极表面集中发射电子的微小区域——阴极斑点。
T 阴=2130~3230o C ,放出的热量占36%
(2)阳极区:电弧紧靠正电极的区域,比阴极区宽,约10-3~10-4cm 。
阳极斑点:电弧放电时,正电极表面集中接收电子的微小区域—阳极斑点。
T 阳 =2330~3930o C 占总热量的43%左右。
(3)弧柱区:介于阳极区与阴极区之间的区域。
T 弧柱=5730~7730o C.占总热量的21%。
阳极区 阴极区
弧柱区
(4)电弧电压:即电弧两端(或电极)之间的电压降。
U弧=U阴+U阳+U柱
2、焊接电弧的静特性
含义:在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下,电弧稳定燃烧时,焊接电流与电弧电压变化的关系称为电弧静特性,也称为伏——安特性。
表示它们之间关系的曲线称为电弧的静特性曲线。
(1)电弧静特性曲线:呈“U”形;
ab段—下降特性区
bc段—平特性区
cd段—上升特性区
(2) 电弧静特性曲线应用:
不同的焊接方法在一定的条件下其电弧静特性只是曲线中的某一区域;下降特性区电弧燃烧不稳定,一般不采用。
①焊条电弧焊、埋弧焊一般工作在平特性区,电弧电压只随弧长变化,与焊接电流关系很小。
②钨极氩弧焊、等离子弧焊一般也工作在平特性区。
当电流较大时才工作在上升特性区。
③熔化极氩弧焊、二氧化碳气体保护焊和熔化极活性气体保护焊基本上工作在上升特性区。
第一节焊接电弧电弧是一种空气导电现象,它有两个特性,即发出强烈的光和大量的热。
电弧焊正是利用了电弧所产生的热能来熔化被焊金属及焊材,实施了金属之间的连接。
电弧是目前焊接热源中应用最为广泛的一种热源。
一、焊接电弧的产生焊接电弧是由焊接电源供电的,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。
通常情况下,气体的分子或原子呈中性,气体中没有带电粒子,即使在电场作用下,也不会产生气体导电现象,电弧不能自发产生。
要使电弧引燃并稳定燃烧,就必须使两电极间的气体电离产生导电粒子。
1.气体电离气体分子或原子在常态下是由原子核及带负电荷的电子组成的稳定系统,呈中性。
但当它受到外来一定的能量(如加热等)作用时,气体分子被电离,产生导电现象,即所谓的气体放电。
气体导电时,其电流与电压之间的关系不符合欧姆定律(图1-1-1)。
根据气体放电电流大小的变化,气体放电现象可分为非自持放电和自持放电。
非自持放电现象发生在很小的电流区间里,气体中的带电粒子不能通过导电过程本身产生,需外加条件或直接输入带电粒子,外加条件的存在与否决定着非自持放电现象的存在与否。
自持放电现象是通过一定的外加条件,制造出带电粒子,一旦放电开始,取消外加条件,放电过程仍能持续。
根据放电电流的大小,气体放电分为暗放电、辉光放电和电弧放电三种形式。
电弧放电是气体放电现象中电压最低、电流最大、温度最高、发光最强的一种放电现象。
借助这种特殊的放电过程,电能被转换成热能、机械能和光能,因此电弧在工业中被广泛地应用。
图1-1-1气体放电时的伏安特性曲线电弧中气体粒子的电离根据外加能量的种类不同可分为热电离、电场电离和光电离三类。
电弧焊过程中,在电弧的高温作用下,通过气体粒子间的碰撞将能量传递给中性粒子产生的热电离,是维持电弧导电的最主要途径。
由于电弧的电场强度仅为lOV/cm左右,因此电场作用下的电离很小,而光电离在整个气体电离过程中也是次要的。
第1章焊接电弧及其电特性1 气体原子的电离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为电离。
由原子形成正离子所需的能量称为电离能。
2 电离的形式在焊接电弧中,根据引起电离的能量来源,有如下三种电离形式:(1) 撞击电离; (2) 热电离; (3) 光电离。
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。
按其能量来源的不同,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3 焊接电弧的引燃 1 接触引弧即是在弧焊电源接通后,电极(焊条或焊丝)与工件直接短路接触,随后拉开,从而把电弧引燃起来。
这2 非接触引弧它是指在电极与工件之间存在一定间隙,施以高电压击穿间隙,使电弧引燃。
4 交流电弧的特点;电弧周期性地熄灭和引燃交流电流每当经过零点并改变极性时,电弧熄灭、电弧空间温度下降。
电弧电压和电流波形发生畸变。
热惯性作用较为明显。
5影响交流电弧稳定燃烧的因素z 空载电压z 引燃电压z 电路参数z 电弧电流--z 电源频率 fz 电极的热物理性能和尺寸6 提高交流电弧稳定性的施z 为了提高交流电弧的稳定性,在焊接电源方面除了焊接回路要有足够大的电感量之外,还可以采用如下措施:(1)提高弧焊电源频率;(2)提高电源的空载电压;但不应该太高(3)改善电弧电流的波形;如改为矩形波(4)叠加高压电。
7交流电弧的分类(1)按电流种类可分为:交流电弧、直流电弧和脉冲电弧(包括高频脉冲电弧)。
(2)按电弧状态可分为:自由电弧和压缩电弧。
(3)按电极材料可分为:熔化极电弧和不熔化极电弧。
第2章对弧焊电源的基本要求1弧焊工艺对弧焊电源的要求(1)保证引弧容易;(2)保证电弧稳定;(3)保证焊接规范稳定;(4)具有足够宽的焊接规范调节范围。
2 “电源一电弧”系统的稳定性(1)系统在无外界因素干扰时,能在给定电弧电压和电流下,维持长时间的连续电弧放电,保持静态平衡。