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1、我们共同的课堂约定,请将手机调到静音或关掉 请勿任意走动、交谈、接听电话 保持教室安静并按照座位就坐 请准时到课，不要随便走出,第2章 焊条电弧焊,1、焊接电弧的概念由焊接电源供给的，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。 具有：电压最低 电流最大 温度最高 发光最强,2-1 焊接电弧的引燃,中性的气体分子或原子释放电子形成正离子的过程。,1.1 气体电离,2-1 焊接电弧的引燃,电弧中气体粒子的电离因外加能量的种类不同，通常分为热电离、场致电离和光电离三种类型。 （1）热电离 气体粒子因受到热的作用而发生的电离称为热电离。气体的温度越高，则
2、气体粒子的运动速度越大，动能也就越大。在相同温度下，气体粒子的质量越小，则它的运动速度越快。,2-1 焊接电弧的引燃,（2）电场电离带电粒子在电场的作用下，各自作定向高速运动，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。,2-1 焊接电弧的引燃,1.2 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。金属电极中的自由电子在外加能量的作用下，克服电极金属内部正电荷对它的静电引力，冲破电极表面的约束而逸出到电弧空间。所加的能量越大，促使阴极产生
3、电子发射的作用就越强烈。电子从阴极金属表面逸出所需要的能量称为电子逸出功，其大小与阴极的成分有关。,2-1 焊接电弧的引燃,根据外加能量的形式不同，阴极发射电子可分为以下几种： （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，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，电子可以获得中够的动能，从阴极表面发射出来。两电极间的电压越高，金属的逸出功越小，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
4、产生电子发射现象，叫做撞击发射。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。以上几种电子发射作常常是同时存在、相互促进的，但在不同的条件下，它们所起的作用稍有差异。,2-1 焊接电弧的引燃,1.3 焊接电弧的引燃过程焊接电弧从无到有的引燃过程在时间上是短暂的，物理过程却是异常激烈和复杂的，经历着导电粒子的产生、扩散、复合、负离子形成等一系列物质形态与性能的变化。焊接电弧的引燃可划分为接触、拉开和燃弧三个阶段,2-1 焊接电弧的引燃,2-1 焊接电弧的引燃,（1）接触当焊条芯端部与工件表面相碰，即正、负两极发生了接触（亦即短路）。由于焊芯端面和工件表面都不可
5、能是绝对平整光洁的，再加上操作时也不可能使焊条与工件表面完全垂直，所以它们之间只能是个别地方的点接触，电流也就从接触点流过。在接触的一瞬间，由于接触点的面积很小，电流密度很大（短路电流约是正常焊接电流的22.5倍，而接触小点上的电流密度要比焊芯截面上平均的电流密度大得多），同时又具有一定的接触电阻，所以此处产生大量的电阻热。,2-1 焊接电弧的引燃,接触点处的温度骤然升高，使部分金属熔化和蒸发，焊条药皮中的易分解或沸点较低的物质（钾、钠等元素）变成蒸气，接触点附近小空间开始具有了高温气体介质，粒子的热运动加剧，少量电离也开始发生；同时由于阴极的小面积受电阻热的作用，自由电子获得能量，阴极表面有
6、少量电子发射。这很小范围内的热电离和电子发射已为即将发生的整个电弧空间的燃弧提供了一定的物质和能量条件。,2-1 焊接电弧的引燃,(2)拉开焊条与工件接触后迅速拉开，在刚刚拉开而电弧尚未形成的一瞬间，两极之间的导电粒子还很少，导电性微弱，可认为电流接近于零，这短暂的一瞬间可看作是引弧的拉开阶段。焊接电源的空载电压通常为60 80V，当焊条端部刚离开工件表面34mm时，在这一极短的区间由空载电压建立的电场具有足够大的电场强度，在如此强的电场作用下，电极开始强烈地发射电子，电子又受到电场作用而被加速，快速运动的电子与中性粒子碰撞又将发生电离，如此连锁式反应使产生的带电粒子数目急剧增加。,2-1 焊
7、接电弧的引燃,（3）燃弧经过接触和拉开两个阶段的物理过程，两电极之间带电粒子的数量、密度和整个系统的能量已达到相当高的水平，处于发生突变前的临界状态。随着发射和电离过程的剧烈进行，当焊条或焊丝被提升到一定高度时，则两极间的空间倾刻发生突变，发出强烈的光和热，同时还能体现出声和力的存在，这表明电弧已经引燃，即完成了焊接电弧引燃的全过程。,2-1 焊接电弧的引燃,2-1 焊接电弧的引燃,影响电弧稳定性的因素：焊接电流强度的大小、电弧中电离物质、电源空载电压大小及其特性、电源的动特性等。,2. 焊接电弧的构造及静特性 2.1 焊接电弧的构造及温度,2-1 焊接电弧的引燃,（1）阴极区阴极区是阴极端都
8、附近区域，该区沿弧长方向的尺寸很小，约为10-510-6。阴极区的作用是向弧柱区提供电子流，接受从弧柱过来的正离子流，以组成总电流满足弧柱需要，从而维持电弧稳定放电。阴极温度一般达21303230 ，放出的热量占36%左右，取决于阴极金属材料的沸点阴极斑点：集中发射电子的微小区域。,2-1 焊接电弧的引燃,（2）阳极区电弧紧靠正电极的区域为阳极区。阳极区较阴极区宽，约为104103cm.阳极斑点是集中接收电子的微小区域。阳极与阴极材料相同时，阳极区温度略于阴极。一般为23303930，放出的热量占43%左右。一般手工电弧焊时，阳极的温度比阴极温度高。,2-1 焊接电弧的引燃,（3）弧柱区弧柱区
9、是介于阴极区和阳极区之间的区域，占据了电弧长度上的绝大部分.弧柱区温度较高。根据气体种类、电流大小和弧柱所受到的压缩程度不同，弧柱温度一般为60008000 。放出的热量占21%左右。其温度与弧柱中气发体介质和焊接电流等因素有关，焊 接电流越大，弧柱中电离程度也越大，弧柱温度也越高。,2-1 焊接电弧的引燃,2-1 焊接电弧的引燃,（4）电弧电压电弧两端之间的电压降称为电弧电压。与电弧长度成正比。,阳极、阴极和弧柱三部分的受热材质及物理性能等存在差异，因而各部分的温度也不一样。弧柱区的温度高，电流密度和能量密度低从轴向来看，两极温度低弧柱温度高。从弧柱径向温度来看，在弧柱中轴线上温度高，沿径向
10、则温度逐渐降低。,（5）电弧的温度分布,2-1 焊接电弧的引燃,2-1 焊接电弧的引燃,2.2 电弧的静特性 2.2.1.电弧的静特性及静特性曲线在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，焊接电弧稳定燃烧时,电弧电流与电弧电压变化的关系称为电弧的静特性， 即电弧的静态伏安特性。焊接电弧的静特性曲 线是类似于“U”形的， 因此可形象地称之为 “ U形曲线”。,2-1 焊接电弧的引燃,可将U形曲线分为A、B、C三个不同的区域，如右图所示，当电流较小时（A区），随着电流的增加电压减小，电弧静特性属下降特性区；当电流增大时（B区） 电压几乎不变，电弧静特性属平特性区；当电流较大时（C区），电压随电流的增
11、加而升高，电弧静特性属上升特性区。,2-1 焊接电弧的引燃,不同的电弧焊方法，在一定的条件下，其静特性只是曲线的某一区域：手工电弧焊：平特性区（无上升特性区）埋弧自动焊：正常电流密度焊接时为平特性区 ，大电流密度焊接时为上升特性区。钨极氩弧焊：小电流焊接时为下降特性区，大电流焊接时为平特性区。细丝熔化极气体保护焊：由于电流密度较大，所以其静特性曲线为上升特性区。,2-1 焊接电弧的引燃,2-1 焊接电弧的引燃,在一般情况下，电 弧电压总是和电弧长 度成正比地变化，当 电弧长度增加时，电 弧电压升高，其静特 性曲线的位置也随之 上升。,3. 焊接电源的极性、应用及电弧的稳定性 3.1 焊接电源的
12、极性,2-1 焊接电弧的引燃,2-1 焊接电弧的引燃,3.2 焊接电源极性的应用主要应根据焊条的性质和焊件所需的热量来决定。酸性焊条的选择原则：焊接厚板时采用直流正极性，以获得较大的熔深。焊接薄板时采用直流反极性，防止烧穿。碱性焊条的选择原则：碱性低氢钠型焊条，必须采用直流反极性，可减少飞溅和气孔的产生，并能使电弧稳定燃烧。药皮的影响直流正接飞溅较大直流反接可减少氢气孔的产生,3.3 电弧燃烧的稳定性,2-1 焊接电弧的引燃,焊接电弧的稳定性是指在电弧燃烧过程中，电弧能维持一定的长度、不偏吹、不摇摆、不熄灭，电弧电压和电流保持一定。 正常焊接时，焊接电弧的轴线与焊条的轴线基本上在同一条中心线上。但在焊接过程中，有时也发现电弧偏离焊条中心线而向某一方向偏吹。电弧偏吹会影响电弧的稳定性，焊工难以控制电弧对熔池的集中加热，并会影响电弧对熔池金属的保护作用，侵入有害气体，结果使焊缝产生气孔、未焊透、焊偏和成形不良等缺陷，降低焊接质量。严重的电弧偏吹还会使电弧熄灭，无法进行焊接。因此，在焊接过程中，必须注意防止产生电弧偏吹。,3.3 影响电弧燃烧的稳定性的因素 3.3.1 焊接电源的影响焊接电源的特性焊接电流的种类焊接电源的空载电压 3.3.2 焊接电流的影响 3.3.3 焊条药皮的影响 3.3.4 电弧长度的影响 3.3.5 其他因素的影响,2-1 焊接电弧的引燃,
