电弧焊基础.ppt
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1、电弧焊基础现在学习的是第1页,共52页综合知识模块一 焊接电弧综合知识模块二 焊丝的熔化与熔滴过渡综合知识模块三 母材熔化与焊缝成形第一单元 电弧焊的基础知识现在学习的是第2页,共52页综合知识模块一 焊接电弧能力知识点1 焊接电弧的物理基础能力知识点2 焊接电弧的导电性能力知识点3 焊接电弧的工艺特性现在学习的是第3页,共52页焊接电弧的物理基础1.电弧及其电场强度分布n电弧: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。气体(绝缘体)分子、原子(电中性)气体放电的不同形式暗放电辉光放电电弧放电(电流最大、电压最低、温度最高、发光最强)现在学习的是第4页,共52
2、页焊接电弧的物理基础气体导电的两个基本条件两电极之间有带电粒子两电极之间有电场电场强度分布图1 电弧及电压分布示意图现在学习的是第5页,共52页焊接电弧的物理基础2.2.电弧中带电粒子的产生电弧中带电粒子的产生气体的电离气体的电离1)电离与激励气体电离: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。电离实质:中性粒子吸收能量电子脱离束缚自由电子和正离子电离能:中性气体粒子失去一个电子所需要的最小外加能量。第一电离能、第二电离能 单位:电子伏(eV)电离电压(V)电离电压大小与电弧导电的关系?带电粒子中性气体粒子电离金属电极发射电子负离子形成现在学习的是第6页,共
3、52页焊接电弧的物理基础2 2)电离种类:热电离、场致电离、光电离)电离种类:热电离、场致电离、光电离热电离:气体粒子受热作用产生电离的过程。热电离产生实质:气体粒子热运动粒子间碰撞电离影响因素:温度气体压力气体电离电压电离度:单位体积内电离的粒子数与气体电离前粒 子总数的比值。(x)X=已电离的中性粒子密度/电离前的中性粒子密度现在学习的是第7页,共52页焊接电弧的物理基础场致电离:在两电极间的电场作用下,气体中的带电 粒子数增加,电能将转换为带电粒子的动 能,当带电粒子的动能增加到一定数值时 则可能与中性粒子发生非弹性碰撞而使之 产生电离。产生位置:阴极压降区和阳极压降区原因:在电场作用下
4、电场强度高(阴、阳区E=105-107V/cm弧柱区E=10V/cm)现在学习的是第8页,共52页焊接电弧的物理基础光电离:中性气体粒子受到光辐射的作用而产生的电 离过程。适用范围:K、Na、Ca、Al等金属蒸汽(次要途径)现在学习的是第9页,共52页焊接电弧的物理基础阴极电子发射阴极电子发射 从阴极发射的电子在电场加速下碰撞电弧导电空间的中性气体粒子而使之电离,这样就使阴极发射充当了维持电弧导电的“原电子之源”电子发射:阴极中的电子受到一定外加能量作用时,从 阴极表面逸出的过程称为电子发射。1 1)电子发射与逸出功)电子发射与逸出功逸出功:1个电子从金属表面逸出所需要的最低外加能 量称为逸出
5、功。(Aw)单位:eV 逸出电压Uw=Aw/e 影响因素:电极材料种类和表面状态现在学习的是第10页,共52页焊接电弧的物理基础特征:微小、烁亮,发射电子最集中的区域(电流最集中 流过的区域)2 2)阴极斑点)阴极斑点形态:与阴极类型有关热阴极:斑点固定不动(钨、碳)冷阴极:斑点在阴极表面做不规则游动(钢、铜)作用:清除氧化物现在学习的是第11页,共52页焊接电弧的物理基础2 2)电子发射的类型(根据外加能量形式)电子发射的类型(根据外加能量形式)热发射:阴极表面因受热的作用而使其内部的自由电子产生 电子发射的现象。影响因素:材料的沸点场致发射:阴极内部的电子受到电场力的作用,从阴极表面 逸出
6、的现象。光发射:当阴极表面受到光辐射时,阴极内的自由电子能量 达到一定程度 而逸出阴极表面的现象。粒子碰撞发射:电弧中高速运动的粒子碰撞阴极时,把能量 传递给阴极表面的电子,使电子能量增加而 逸出阴极表面的现象。现在学习的是第12页,共52页焊接电弧的物理基础3.3.带电粒子的消失带电粒子的消失现在学习的是第13页,共52页焊接电弧的导电特性一、弧柱区的导电特性二、阴极区的导电特性三、阳极区的导电特性现在学习的是第14页,共52页弧柱区的导电特性1 1、弧柱区的温度弧柱区的温度 弧柱区的温度随电弧气体介质、电流大小的不同而不同,大约在500050000K之间。2 2、弧柱中的电流弧柱中的电流
7、弧柱中的电流是由向阴极运动的正离子流和向阳极运动的电子流的组成。由于电子的运动速度大于正离子的运动速度,因此弧柱中的电流主要由电子流构成。3、最小电压原理 当电流和电弧周围条件(如气体介质种类、温度、压力等)一定时,稳定燃烧的电弧将自动选择一个确定的导电截面,使电弧的能量消耗最小。返回现在学习的是第15页,共52页阴极区的导电特性1、热发射型阴极区的导电特性当采用热阴极且使用较大电流时,阴极区可加热到很高温度时,这时阴极主要靠热发射提供电子流来满足弧柱导电的需要。这种情况下,阴极斑点在电极表面十分稳定,其面积较大而且比较均匀,紧挨阴极表面的弧柱不呈现收缩状态,阴极区的电流密度与弧柱区也相近,阴
8、极区电压降很小。2、电场发射型阴极区的导电特性阴极区的温度较低,在靠近阴极的区域,正电荷过剩形成较强的正电场,并使阴极与弧柱之间形成一个正电性区.同时使阴极产生场致发射,向弧柱提供所需要的电子流.返回现在学习的是第16页,共52页阳极区的导电特性n阳极斑点:阳极斑点是电子集中轰击的区域.n阳极区的导电形式:n(1)阳极区的场致电离:当电弧较小时,阳极前面的电子数必将大于正离子数,形成负的空间电场,并使阳极与弧柱之间形成一个负电性区-阳极区.阳极区内的带电粒子被这个电场加速,使其在阳极区内与中性粒子产碰撞产生场致电离.压降较大.n(2)阳极区的热电离:当电弧电流较大时,阳极的过程程度加剧,金属产
9、生蒸发,阳极区温度也大大提高.阳极区将主要以热电离为主,压降较低.返回现在学习的是第17页,共52页三、焊接电弧的工艺特性n1、电弧的热能特性n2、电弧的力学特性n3、焊接电弧的稳定性现在学习的是第18页,共52页1、电弧的热能特性n(1)弧柱的产热特性:单位长度弧柱的电能为EI,它的大小决定了弧柱产热量的大小。当电弧处于稳定状态时,弧柱的产热与弧柱的热损失处于动平衡状态。n(2)阴极区的产热特性:阴极区的产热功率为:nPK=IUK-IUW-IUTn(3)阳极区的产热特性:阳极区的电流由电子流和正离子流两部分组成,其中正离子流所占比例很小。阳极区的总产热功率为:Pa=IUa+IUW+IUT下一
10、页现在学习的是第19页,共52页电弧的温度分布n(1)轴向:阴极区和阳极区的温度较低,弧柱温度较高。n(2)径向:弧柱轴线温度最高,沿径向由中心至周围温度逐渐降低,如图所示。返回现在学习的是第20页,共52页2、电弧的力学特性n(1)电磁收缩力:当电流流过n导体时,电流可看成是由许多n相距很近的平行同向电流线组n成,这些电流线之间产生相互n吸引力。电弧是可变形导体,n将使导体产生收缩,这种现象n称为电磁收缩效应,产生电磁n收缩效应的力称为电磁收缩力。n如图所示。下一页现在学习的是第21页,共52页电弧的力学特性n(2)等离子流力:因电弧呈圆锥状,n使电磁收缩力在电弧各处分布不均匀n,具有一定的
11、压力差,形成了轴向推n力。在此推力作用下,将指导靠近电n极处的高温气体推向焊件方向流动,n形成有一定速度的连续气流进入电弧n区。新加入的气体被加热和部分电离n后,受轴向推力作用继续冲向焊件,n对熔池形成附加的压力,熔池这部分n附加压力是由高温气流(等离子流)n的高速运动引起的,称为等离子流。下一页现在学习的是第22页,共52页电弧的力学特性n(3)斑点力:电极上形成斑点时,由于斑点处受到带电粒子的撞击或金属蒸发的反作用而对斑点产生的压力,称为斑点力。n阴极斑点力比阳极斑点力大的原因:n阴极斑点承受正离子撞击,阳极斑点承受电子撞击,而正离子的质量比电子的质量大,且阴极压降一般大于阳极压降;阴极斑
12、点的电流密度比阳极斑点的电流密度大,金属蒸发产生的反作用力也比阳极斑点大。返回现在学习的是第23页,共52页三、焊接电弧的稳定性n定义:焊接电弧的稳定性是指电弧保持稳定燃烧(不产生断弧、飘移和偏吹等)的程度。n影响稳定性的因素:n(1)焊接电源n(2)焊条药皮或焊剂n(3)焊接电流n(4)磁偏吹n(5)其它影响因素现在学习的是第24页,共52页(1)焊接电源的影响n焊接电源的特性:电弧焊时,电源必须提供一种能与电弧静特性相匹配的外特性才能保证电弧稳定燃烧。n焊接电源种类:直流电源比交流电源稳定。n焊接电源的空载电压:具有较高空载电压的焊接电源引弧容易,电弧稳定。现在学习的是第25页,共52页(
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