電弧焊基礎知識28852

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1、項目一電弧焊基礎知識教學目標:了解電弧物理基礎和工藝特性；了解焊絲熔化特性與熔滴過渡形式；掌握母材熔化與焊縫成形的基本規(guī)律。教學活動設計：利用多媒體課件輔助教學；教學重點：電弧的熱特性、機械特性；熔滴過渡的形式；焊縫成形的基本規(guī)律。教學難點：熔滴過渡形式的掌握學習單元一焊接電弧一、焊接電弧的物理本質(zhì)（一）電弧及其電場強度分布1.電弧的定義：電弧是一種氣體放電現(xiàn)象，它是帶電粒子通過兩電極之間氣體空間的一種導電過程。2.氣體導電必須具備的兩個條件：①兩電極之間有帶電粒子；②兩電極之間有電場。3.氣體放電隨電流的強弱而有不同的形式，如暗放電、輝光放電、電弧放電等。4.電弧放電的主要特點是電流最大、

2、電壓最低、溫度最高、發(fā)光最強。5.電弧的結(jié)構(gòu)：由圖可見，沿電弧長度方向的電場強度分布并不均勻。按電場強度分布的特征可將電弧分為三個區(qū)域：陰極附近的區(qū)域為陰極區(qū)，其電壓Uk稱為陰極電壓降；中間部分為弧柱區(qū)，其電壓U?稱為弧柱電壓降；陽極附近的區(qū)域為陽極區(qū)，其電壓幾稱為陽極電壓降。陽極區(qū)和陰極區(qū)占整個電弧長度的尺寸皆很小，約為IO"?10'cm,故可近似認為弧柱長度即為電弧長度。?????小資料：電弧作為導體不同于金屬導體，金屬導電是通過金屬內(nèi)部自由電子的定向移動形成電流，而電弧導電時，電弧氣氛中的電子、正離子、負離子都參與導電，同時，電弧的各區(qū)域電場強度分布不均勻，說明各區(qū)域的電阻是不同的，即

3、電弧電阻是非線性的。過程要復雜得多。（二）電弧中帶電粒子的產(chǎn)生電弧兩極間帶電粒子產(chǎn)生的來源有：中性氣體粒子的電離、金屬電極發(fā)射電子、負離子形成等。其中氣體電離和陰極發(fā)射電子是電弧中產(chǎn)生帶電粒子的兩個基本物理過程。1.氣體的電離(1)電離:在外加能量作用下，使中性的氣體分子或原子分離成電子和正離子的過程稱為氣體電離。(2)第一電離能:中性氣體粒子失去第一個電子所需的最小外加能量，電離能通常以電子伏(eV)為單位。1電子伏就是指1個電子通過電位差為IV的兩點間所需做的功；失去第二個電子所需的能量稱為第二電離能，依此類推。電弧焊中的氣體粒子電離現(xiàn)象主要是一次電離。(3)電離難易程度：當其他條件(如

4、氣體的解離性能、熱物理性能等)一定時，氣體電離電壓的大小反映了帶電粒子產(chǎn)生的難易程度。電離電壓低，表示帶電粒子容易產(chǎn)生，有利于電弧導電；相反，電離電壓高表示帶電粒子難以產(chǎn)生，電弧導電困難。(4)電離種類根據(jù)外加能量來源的不同，氣體電離種類可分為以下幾種：1)熱電離氣體粒子受熱的作用而產(chǎn)生電離的過程稱為熱電離。它實質(zhì)上是由于氣體粒子的熱運動形成頻繁而激烈的碰撞產(chǎn)生的一種電離過程。電離度:電弧中帶電粒子數(shù)的多少對電弧的穩(wěn)定起著重要作用。單位體積內(nèi)電離的粒子數(shù)與氣體電離前粒子總數(shù)的比值稱為電離度，用x表示，即x=已電離的中性粒子密度/電離前的中性粒子密度電離度的影響因素:熱電離的電離度與溫度、氣體

5、壓力及氣體的電離電壓有關。隨著溫度的升高，氣體壓力的減小及電離電壓的降低，電離度隨之增加，電弧中帶電粒子數(shù)增加，電弧的穩(wěn)定性增強。2)場致電離在兩電極間的電場作用下，氣體中的帶電粒子被加速，電能將轉(zhuǎn)換為帶電粒子的動能。當帶電粒子的動能增加到一定數(shù)值時，則可能與中性粒子發(fā)生非彈性碰撞而使之產(chǎn)生電離，這種電離稱為場致電離。3)光電離中性氣體粒子受到光輻射的作用而產(chǎn)生的電離過程稱為光電離。焊接電弧的光輻射只可能對K、Na、Ca、Al等金屬蒸氣直接引起光電離，而對焊接電弧氣氛中的其他氣體則不能直接引起光電離。因此，光電離只是電弧中產(chǎn)生帶電粒子的一種次要途徑。2.陰極電子發(fā)射(1)電子發(fā)射:陰極中的自

6、由電子受到一定的外加能量作用時，從陰極表面逸出的過程稱為電子發(fā)射。邈出功電子從陰極表面逸出需要能量，1個電子從金屬表面逸出所需要的最低外加能量稱為逸出功(AJ,單位是電子伏。因電子電量為常數(shù)e,故通常用逸出電壓(UJ來表示，U.=KJe,單位為V。逸出功的大小受電極材料種類及表面狀態(tài)的影響。當金屬表面存在氧化物時逸出功都會減小。（2）陰極斑點陰極表面通?？梢杂^察到發(fā)出爍亮的區(qū)域，這個區(qū)域稱為陰極斑點。它是發(fā)射電子最集中的區(qū)域，即電流最集中流過的區(qū)域。“陰極破碎”作用：當采用鋼、銅、鋁等材料作陰極時（通常稱為冷陰極），其斑點在陰極表面作不規(guī)則的游動，甚至可觀察到幾個斑點同時存在。由于金屬氧化物

7、的逸出功比純金屬低，因而氧化物處容易發(fā)射電子。氧化物發(fā)射電子的同時自身被破壞，因而陰極斑點有清除氧化物的作用。陰極表面某處氧化物被清除后另一處氧化物就成為集中發(fā)射電子的所在。于是，斑點游動力圖尋找在一定條件下最容易發(fā)射電子的氧化物。如果電弧在惰性氣體中燃燒，陰極上某處氧化物被清除后不再生成新的氧化物，陰極斑點移向有氧化物的地方，接著又將該處氧化物清除。這樣就會在陰極表面的一定區(qū)域內(nèi)將氧化物清除干凈，顯露出金屬