第一章_电弧焊基础知识 (2)分解

第一章电弧焊基础知识一、教学目的：能正确认识焊接电弧中带电粒子的产生原理了解焊接电弧的工艺特性及电弧力的种类了解阴极斑点及阳极斑点的定义了解熔滴上的作用力掌握熔滴过渡的主要形式及其特点能正确认识焊缝形成过程了解焊接工艺参数对焊缝成形的影响了解焊缝成形缺陷的产生及防止二、教学重点：焊接电弧中带电粒子的产生原理熔滴过渡的主要形式及其特点焊接工艺参数对焊缝成形的影响三、教学难点：电离和激励极斑点及阳极斑点最小电压原理焊缝成形缺陷的产生及防止四、参考学时数：4～6学时五、主要教学内容：第一节焊接电弧一、焊接电弧的物理基础（一）电弧及其电场强度分布电弧是一种气体放电现象，它是带电粒子通过两电极之间气体空间的一种导电过程。

电弧有三个部分构成：阴极区、阳极区、弧柱区。

（二）电弧中带电粒子的产生1、气体的电离在外加能量作用下，使中性的气体分子或原子分离成电子和正离子的过程称为气体电离。

其本质是中性气体粒子吸收足够的能量，使电子脱离原子核的束缚而成为自由电子和正离子的过程。

电离种类：（1）热电离气体粒子受热的作用而产生电离的过程称为热电离。

其本质为粒子热运动激烈，相互碰撞产生的电离。

（2）场致电离带电粒子在电场中加速，和其中的中性粒子发生非弹性膨胀而产生的电离。

电离程度：电离度：单位体积内电离的粒子数浴气体电离前粒子总数的比值称为电离度。

（3）光电离中性气体粒子受到光辐射的作用而产生的电离过程称为光电离。

2、阴极电子发射（1）电子发射：阴极中的自由电子受到外加能量时从阴极表面逸出的过程称为电子发射。

其发射能力的大小用逸出功A w表示。

（2）阴极斑点阴极表面光亮的区域称为阴极斑点。

阴极斑点具有“阴极清理”（“阴极破碎”）作用，原因：由于氧化物的逸出功比纯金属低，因为阴极斑点会移向有氧化物的地方，将该氧化物清除。

（3）电子发射类型1）热发射阴极表面受热引起部分电子动能达到或超过逸出功时产生的电子发射。

热阴极以热发射为主要的发射形式。

焊接工程基础第一章电弧焊基础知识第一节焊接电弧1.焊接电弧的导电特点电弧是一种气体放电现象，即当两电极之间存在电位差时，电荷通过两极之间的气体空间的一种导电现象。

电弧是由两个电极和它们之间的气体放电空间构成,电弧的带电粒子主要由气体的电离和电极发射电子产生。

电弧放电区是气体放电中电压最低、电流最大、温度最高、发光最强的一个放电区域。

电离：在一定的条件下，中性气体分子或原子分离成为电子和正离子的现象。

使中性气体粒子失去第一个电子所需要的最低外加能量称为第一电离能，生成的正离子称为一价正离子，这种电离称为一次电离。

通常把这种决定电弧气氛的电离电压称为实效电离电压。

当中性气体粒子受外来能量作用，但能量不足以使电子完全脱离气体原子或分子，而可能使电子从较低的能级转移到较高的能级时，中性粒子内部的稳定状态将被破坏，但对外仍呈电中性，这种状态称为激励。

使中性粒子激励所需的最低外加能量称为最低激励能。

激励能小于电离能，也用电压值来表示，称为激励电压。

能量的传输途径：碰撞传递（主要途径）：1.弹性碰撞：引起粒子温度变化，不产生电离 2.非弹性碰撞：导致粒子内部结构变化，并产生电离（当具有足够动能的电子与中性粒子碰撞时，其动能几乎可以全部传递给中性粒子，转换为内能，使其电离。

）光辐射传递（次要途径）：通过光辐射传递能量的方法直接接受外界所施加的能量，使其内能增加，造成内部结构改变而电离。

电弧中气体粒子的电离因外加能量的种类不同而分为三种：由于气体粒子的热运动发生碰撞而产生的热电离；带电粒子在电场的作用下与中性粒子产生非弹性碰撞而产生的场电离；中性粒子由于光辐射的作用而产生的光电离。

电子发射是电极表面的电子在外加能量的作用下冲破表面的束缚而飞到电弧空间的现象。

热发射：金属表面由于受热将使其内部的电子的热运动加剧，当最外层电子的动能大于逸出功时，飞出金属表面参加电弧的导电现象。

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，当电场力足够大时电子飞出金属表面的现象。

第一章焊接电弧基础1. 电弧的本质是气体放电，是气体放电的一种表现形态。

2. 三种放电形式：（自持，非自持，辉光）放电3. 带电粒子来源：一是电源通过电极（阴极）向气隙空间发射电子。

二是气隙中的中性粒子被电离产生电子和离子。

4. 阳离子和电子来源：阳离子（电离）电子（阴极电子发射，包括热发射，场致发射）5. 电弧压降包括哪三部分：（阳极，弧柱，阴极）压降6. 维持电弧放电的条件：1、放电气隙内带电粒子的生成。

2、保持阴极、阳极与电弧间电的连续性。

7. 焊接电弧的热量的来源：焊接电弧的热量来自电源提供的电能，电源向电弧的弧柱区、阳极区和阴极区即电弧整体提供的电能：Pa=IUa=I（Ua+Uc+Up）8. 焊接电弧的热效率影响因素：热效率的数值与焊接方法、弧长因素、母材情况等有关。

热效率：相对于电弧功率（电弧电压X电弧电流），向母材传送的热量（热输入量）所占的比例称作焊接电弧热效率。

9. 电弧静压力（电磁收缩力）在两根互相平行导体中，通过同方向的电流时，导体间产生相互吸引的力，若电流方向相反，则产生排斥力。

10. 交流电弧：是指电弧（电极）极性随时间交替变化的电弧，也就是焊接电流方向按照一定的时间间隔变化，一般用在TIG焊接、等离子弧焊接和焊条电弧焊中。

11. 直流正/反接的区别：直流正接的热量比反接的热量要高，所以焊接厚板的时候多用直流正接。

焊接薄板的时候为了防止焊穿，采用直流反接的方法。

而焊接铝镁合金的时候直流反接，钨极为正极，电流大，对氧化膜有冲击清理的作用，但是容易烧穿，所以用交流焊接交替电波焊接，这样可以有效清理氧化膜还防止烧穿。

12. 焊接电弧静特性产生原因:小电流区，电弧温度低，其间粒子电离度低，电弧导电性较差，需要有较高的电场推动电荷运动在电弧极区，特别是阴极区，由于电极温度较低，极区的电子提供能力较差，不能实现大量的热电子发射，会形成较强的极区电压降，表现出较高的电压值。

增大电流值弧柱温度增加，电弧中的粒子电离度增加，电弧的导电性增加，同时电极温度提高，阴极热发射能力增强，Uc值降低，阳极蒸发量增加UA值降低，两极区电场相对减弱，电弧电压下降。