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1、长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧 本章将讲述有关焊接电弧的根底实际知识，包括电弧的物理本质、导电机构、电特性、产热机构和产力机构，以及影响焊接电弧稳定性的要素等。第一章第一章 焊接电弧焊接电弧长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧1.11.1焊接电弧的物理根底焊接电弧的物理根底 电弧是一种气体放电景象，它是带电粒子经过两电极之间气体空间的一种导
2、电过程。1.1.11.1.1电电弧的物理本弧的物理本质质长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧图图1-2 1-2 气体放电的伏安特性曲线气体放电的伏安特性曲线 长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧 图1-2是一对电极气体放电的伏安特性曲线，根据气体放电的特性，可以将其分为两个区域，即非自持放电区和自持放电区。 当导电电流大于一定值时，就会产生这种自
3、持放电。在自持放电区内，当电流数值不同时，导电机构也有差别，可以分为暗放电、辉光放电和电弧放电三种方式。 长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧 其中，暗放电和辉光放电的电流较小，电压其中，暗放电和辉光放电的电流较小，电压较高，发热发光较弱，而电弧放电的电流最大，电压最低，温度较高，发热发光较弱，而电弧放电的电流最大，电压最低，温度最高、发光最强。正是由于电弧具有这样的特点，因此在工业中最高、发光最强。正是由于电弧具有这样的特点，因此在工业中广泛用来作为热源和光源，在焊接
4、技术中成为一种不可短少的能广泛用来作为热源和光源，在焊接技术中成为一种不可短少的能源。综上所述，从电弧的物理本质来看，它是一种在具有一定电源。综上所述，从电弧的物理本质来看，它是一种在具有一定电压的两电极之间的气体介质中所产生的电流最大、电压最低、温压的两电极之间的气体介质中所产生的电流最大、电压最低、温度最高、发光最强的自持放电景象。度最高、发光最强的自持放电景象。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧 两电极之间要产生气体放电必需具备两个条件:一是必需有带电粒子，二是
5、在两极之间必需有一定强度的电场。 电弧中的带电粒子指的是电子、正离子和负离子。引燃电弧和维持电弧熄灭的带电粒子是电子和正离子。这两种带电粒子主要是依托电弧中气体介质的电离和电极的电子发射两个物理过程产生的。 在电弧引燃和熄灭的过程中，除了存在电离和发射这两个过程外，还伴随有气体解离、鼓励、生成负离子、复合等过程。 1.1.2 1.1.2 电电弧中弧中带电带电粒子的粒子的产产生生 长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧气体不含自在挪动带电粒子；一切粒子都可以自在挪动不呈现导
6、电性金属含自在挪动带电电子；离子不可以自在挪动呈现导电性带电粒子的产生带电粒子的产生 无论是什么物质，能否呈现导电性，都取决于其在电场的作用下，能否拥有可自在挪动的带电粒子。 带电粒子的产生方式：(1)气体电离 (2)电极发射电子 (3)构成负离子 长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧1 气体电离a a电离：电离： 中性气体分子或原子分别成电子和正离子的景象。中性气体分子或原子分别成电子和正离子的景象。b b电离电压：电离电压： 电离能用电压来表示，电离电压低阐明气体的
7、电电离能用电压来表示，电离电压低阐明气体的电离比较容易，电弧比较稳定。离比较容易，电弧比较稳定。 气体一次电离电压/v气体一次电离电压/vHe24.5Ar15.7Fe蒸汽7.9CO213.7长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧 在外加能量的作用下，使中性气体分子或原子分别成为正离子和电子的景象称为电离。电离时，中性气体分子或原子吸收了足够的能量，使得其中的电子脱离原子核的束缚而成为自在电子，同时使原子成为正离子。 使中性气体粒子失去第一个电子所需求的最低外加能量称为第一
8、电离能，生成的正离子称为一价正离子，所发生的电离称为一次电离。1 1电离与鼓励电离与鼓励长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧 a)电离能通常以电子伏eV为单位，1电子伏就是1个电子经过1V电位差的空间所获得的能量，其数值为1.610-19J。为了便于计算，常把以电子伏为单位的能量转换为数值上相等的电压来处置，单位为伏V，此电压称为电离电压。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology
9、第一章第一章 焊接电弧焊接电弧b)气体电离电压的大小阐明电子脱离原子或分气体电离电压的大小阐明电子脱离原子或分子所需求外加能量的大小，也阐明某种气体电子所需求外加能量的大小，也阐明某种气体电离的难易程度。在一样的外加条件下，气体电离的难易程度。在一样的外加条件下，气体电离电压低阐明产生带电粒子比较容易，就此而离电压低阐明产生带电粒子比较容易，就此而言，有利于维持电弧稳定熄灭。言，有利于维持电弧稳定熄灭。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧 c)不仅原子形状的气体可以被电
10、离，而不仅原子形状的气体可以被电离，而且分子形状的气体也可以直接被电离。但且分子形状的气体也可以直接被电离。但由于普通情况下电子脱离气体分子需求抑由于普通情况下电子脱离气体分子需求抑制原子对电子和分子对电子的两层约束，制原子对电子和分子对电子的两层约束，因此分子形状时的气体电离电压比原子形因此分子形状时的气体电离电压比原子形状时的电离电压值要高一些。状时的电离电压值要高一些。 例如氢原子为例如氢原子为13.5V，而氢分子为，而氢分子为15.4V。但是有些气体分子的电离电压反而比原子但是有些气体分子的电离电压反而比原子的电离电压低，如的电离电压低，如NO分子的电离电压为分子的电离电压为9.5V，
11、而，而N原子和原子和O氧子的电离电压分别为氧子的电离电压分别为14.5V和和13.5V。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧 d)当电弧空间同时存在电离电压不同的几种气体时，在外加能量的作用下，电离电压较低的气体粒子将首先被电离。假设这种低电离电压的气体供应充分，电弧空间的带电粒子将主要依托这种气体的电离来提供，所需外加的能量也主要是取决于这种气体的电离电压。 例如，Fe的电离电压为7.9V，比CO213.7V或Ar15.7V低很多，当用气体维护焊焊接钢材时，假设焊接电
12、流足够大，电弧空间将充溢由铁蒸汽电离而生成的带电粒子，外加能量相对较低。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧 e)鼓励是当中性气体分子或原子遭到外加能量的作用缺乏以使电子完全脱离气体分子或原子，而使电子从较低的能级转移到较高的能级的景象。经过加热、电场作用或光辐射均可产生鼓励景象。由于产生鼓励时电子尚未脱离分子或原子，因此气体分子或原子对外仍呈中性，但是鼓励形状是一种非稳定形状，它存在的时间很短暂。 使中性气体分子或原子鼓励所需求的最低外加能量称为最低鼓励能，假设以伏为
13、单位来表示，那么称为鼓励电压。 长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧 2电离的种类 根据外加能量种类的不同，电离可以分为以下三类： 1热电离 气体粒子受热的作用而产生的电离称为热电离。其本质是气体粒子由于受热而产生高速运动和相互之间猛烈碰撞而产生的一种电离。气体粒子的平均速度与温度的关系：长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧a) 这些高速运动的气
14、体粒子相互之间频繁而猛烈地碰撞，这些高速运动的气体粒子相互之间频繁而猛烈地碰撞，碰撞的结果有两种情况：碰撞的结果有两种情况：弹性碰撞：碰撞时粒子之间只发生动能的传送和再分配，弹性碰撞：碰撞时粒子之间只发生动能的传送和再分配，碰撞前后两个粒子的动能之和根本不变，粒子的内部构造碰撞前后两个粒子的动能之和根本不变，粒子的内部构造也不发生任何变化，只能引起粒子运动速度和温度变化。也不发生任何变化，只能引起粒子运动速度和温度变化。这种情况通常是在气体粒子拥有的动能较低时发生的。这种情况通常是在气体粒子拥有的动能较低时发生的。非弹性碰撞：是破坏性的，通常在气体粒子拥有较大动能非弹性碰撞：是破坏性的，通常在
15、气体粒子拥有较大动能时发生。碰撞时，部分或全部动能转化为内能，被碰撞的时发生。碰撞时，部分或全部动能转化为内能，被碰撞的气体粒子内部构造将发生变化。假设此内能大于鼓励电压，气体粒子内部构造将发生变化。假设此内能大于鼓励电压，那么粒子被鼓励，假设此内能大于电离所需求的电压，那那么粒子被鼓励，假设此内能大于电离所需求的电压，那么粒子被电离么粒子被电离长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧随着T升高，P减小，Ui减小；X增大相互碰撞的两物体的能量传送情况与它们的质量有亲密关系。
16、相互碰撞的两物体的能量传送情况与它们的质量有亲密关系。电子的质量远远小于气体原子、分子或离子，因此当具有足电子的质量远远小于气体原子、分子或离子，因此当具有足够动能的电子与中性粒子进展非弹性碰撞时，它的动能几乎够动能的电子与中性粒子进展非弹性碰撞时，它的动能几乎可以全部传给中性粒子，转换为中性粒子的内能，使其鼓励可以全部传给中性粒子，转换为中性粒子的内能，使其鼓励或电离。或电离。b) b) 电离度电离度X X长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧2 2场致电离场致电离 当
17、气体中有电场作用时，气体中的带电粒子当气体中有电场作用时，气体中的带电粒子被加速，电能被转换为带电粒子的动能，当其动被加速，电能被转换为带电粒子的动能，当其动能添加到一定程度时，能与中性粒子产生非弹性能添加到一定程度时，能与中性粒子产生非弹性碰撞，使之电离，这种电离称为场致电离。碰撞，使之电离，这种电离称为场致电离。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧a)a)连锁反响电离连锁反响电离b)b)对于普通电弧来说，由于各个部位的温度、电场对于普通电弧来说，由于各个部位的温度、
18、电场强度不同，因此所产生的电离方式不尽一样。强度不同，因此所产生的电离方式不尽一样。弧柱部分：温度高达弧柱部分：温度高达5000500030000K30000K，而电场强度只，而电场强度只需需10V/cm10V/cm左右，因此热电离是其产生带电粒子的主左右，因此热电离是其产生带电粒子的主要途径，场致电离是次要的；要途径，场致电离是次要的；阳极压降区和阴极压降区即阳极和阴极前面的极阳极压降区和阴极压降区即阳极和阴极前面的极小区间温度低于弧柱部分，而电场强度高达小区间温度低于弧柱部分，而电场强度高达105105107V/cm107V/cm，因此场致电离很显著。，因此场致电离很显著。长大工院机械系长
19、大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧3 3光电离光电离 中性粒子接受光辐射的作用而产生的电离中性粒子接受光辐射的作用而产生的电离景象称为光电离。景象称为光电离。气体都存在一个能产生光电离的临界波长，气气体都存在一个能产生光电离的临界波长，气体的电离电压不同，其临界波长也不同，只体的电离电压不同，其临界波长也不同，只需当接受的光辐射波长小于临界波长时，中需当接受的光辐射波长小于临界波长时，中性气体粒子才能够被直接电离。性气体粒子才能够被直接电离。电弧的光辐射波长电弧的光辐射波长170-5
20、00nm170-500nm，对，对K,Na,Ca,AlK,Na,Ca,Al能能直接引起光电离。直接引起光电离。光电离是产生带电粒子的次要途径。光电离是产生带电粒子的次要途径。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧2.2.电子的发射电子的发射 电极外表接受一定外加能量作用，使其内部的电子冲破电极外表的束缚而飞到电弧空间的景象称为电子发射。 电子发射在阴极和阳极皆能够发生，但是从阳极发射出来的电子因遭到电场的排斥，不能参与导电过程，只需从阴极发射出的电子，在电场的作用下才干参
21、与导电过程。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧使一个电子从电极外表飞出所需求的最低外使一个电子从电极外表飞出所需求的最低外加能量称为逸出功加能量称为逸出功WwWw，单位为电子伏。，单位为电子伏。因电子电量因电子电量e e是一个常数，通常以逸出电压是一个常数，通常以逸出电压Uw=Ww/eUw=Ww/e来反映逸出功的大小，单位为伏。来反映逸出功的大小，单位为伏。 几种金属及其氧化物的逸出电压如表几种金属及其氧化物的逸出电压如表1-1-4 4所示。由表中可以看出，当金属外表
22、附有所示。由表中可以看出，当金属外表附有其氧化物时，逸出电压均会减小。其氧化物时，逸出电压均会减小。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧表表1-4 1-4 几种金属及其氧化物的逸出功几种金属及其氧化物的逸出功金属种类WFeAlCuKCaMg逸出功（eV）纯金属4.544.484.254.362.022.123.78金属氧化物3.923.93.850.461.83.31长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineer
23、ing technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧 根据外加能量的不同方式，电子发射有以下几种： 1热发射 金属外表接受热作用而产生电子发射的景象称为热发射。过程：金属电极内部的自在电子遭到热作用以后，热运动加剧，动能添加，当自在电子的动能大于该金属的电子逸出功时，就会从金属电极外表飞出，参与电弧的导电过程。能量：电子发射时从金属电极外表带走能量，故能对金属产生冷却作用。当电子被另外的同种金属外表接受时，将释放能量，使金属外表加热。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊
24、接电弧影响电子流密度的要素：影响电子流密度的要素：温度：温度：T升高，升高，i增大；增大；资料：资料：热阴极电弧：热阴极电弧：W(5950k),C(4200K),主要依托热发射；主要依托热发射；冷阴极电弧：钢冷阴极电弧：钢3008K，铜，铜2868K，铝，铝 2770K，须依托其它方式补充发射电子。，须依托其它方式补充发射电子。 长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧2 2场致发射场致发射 当阴极外表空间有强电场存在时，金属电极内的当阴极外表空间有强电场存在时，金属电极内
25、的电子在电场静电库仑力的作用下，从电极外表飞出的电子在电场静电库仑力的作用下，从电极外表飞出的景象称为场致发射。景象称为场致发射。 冷阴极电弧正是主要依托这种方式获得足够的电子以维持电弧稳定熄灭的。 电子从阴极带走的热量减少，对阴极的冷却作用降低。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧3 3光发射光发射 当金属电极外表接受光辐射时，电极外表的自当金属电极外表接受光辐射时，电极外表的自在电子能量添加，当电子的能量到达一定值时能飞在电子能量添加，当电子的能量到达一定值时能飞出
26、电极的外表，这种景象称为光发射。出电极的外表，这种景象称为光发射。 电子发射吸收的是光辐射能，不从金属外表带走热量，电子发射吸收的是光辐射能，不从金属外表带走热量，因此对电极没有冷却作用。因此对电极没有冷却作用。 电弧焊时，焊接电弧发出的光可以引起电极产生光发电弧焊时，焊接电弧发出的光可以引起电极产生光发射，但有时候由于光亮缺乏够强。因此，光发射在阴极电射，但有时候由于光亮缺乏够强。因此，光发射在阴极电子发射中居于次要的位置。子发射中居于次要的位置。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章
27、焊接电弧焊接电弧4 4粒子碰撞发射粒子碰撞发射 高速运动的粒子电子或正离子碰撞金高速运动的粒子电子或正离子碰撞金属电极外表时，将能量传给电极外表的电子，属电极外表时，将能量传给电极外表的电子，使电子能量添加并飞出电极外表，这种景象称使电子能量添加并飞出电极外表，这种景象称为粒子碰撞发射。为粒子碰撞发射。 焊接接电弧中正离子撞弧中正离子撞击阴极外表阴极外表产生的生的电子子发射是射是很典型的粒子碰撞很典型的粒子碰撞发射射: :过程：程：电场加速正离子加速正离子获得得动能能 ，撞，撞击阴极外表阴极外表将将动能能WKWK传给阴极，从阴极阴极，从阴极夺取一个取一个电子与其复合子与其复合释放出放出电离能离
28、能Wi,Wi,夺取取电子耗子耗费逸出功逸出功WwWw剩余的能量：剩余的能量：Wk+Wi-WwWk+Wi-Ww发射射电子的条件子的条件Wk+Wi2WwWk+Wi2Ww长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧热发射：当所用的电极是热阴极型且电流较大时，热发射：当所用的电极是热阴极型且电流较大时，主要依托热发射向电弧提供电子；主要依托热发射向电弧提供电子；场致发射而当所用的电极是冷阴极型时，热发射不场致发射而当所用的电极是冷阴极型时，热发射不能提供足够的电子，此时场致发射起主要作
29、用；能提供足够的电子，此时场致发射起主要作用；碰撞发射由于焊接电弧的阴极区前面有大量正离子碰撞发射由于焊接电弧的阴极区前面有大量正离子聚集，构成具有一定强度的电场，能使正离子加速聚集，构成具有一定强度的电场，能使正离子加速撞击阴极，因此在一定条件下，粒子碰撞发射可以撞击阴极，因此在一定条件下，粒子碰撞发射可以成为向电弧提供导电所需电子的主要途径；成为向电弧提供导电所需电子的主要途径；光发射：在阴极电子发射中那么居于次要位置。光发射：在阴极电子发射中那么居于次要位置。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technolog
30、y第一章第一章 焊接电弧焊接电弧 电弧中的带电粒子除了电子和正离子之外，还有负离子。负离子是在一定电弧中的带电粒子除了电子和正离子之外，还有负离子。负离子是在一定条件下一些中性原子或分子吸附一个电子而构成的。条件下一些中性原子或分子吸附一个电子而构成的。a)中性粒子吸附电子构成负离子时，其内部的能量不是添加而是减少。减少的中性粒子吸附电子构成负离子时，其内部的能量不是添加而是减少。减少的这部分能量称为中性粒子的电子亲和能。通常是以热或辐射能光的方式释这部分能量称为中性粒子的电子亲和能。通常是以热或辐射能光的方式释放出来。放出来。b)电子亲和能电子亲和能:F,Cl,Br,I)大，易构成负离子；大
31、，易构成负离子； O，O2，OH，NO，H2O，Li等可构成负离子；等可构成负离子； 惰性气体不能构成。惰性气体不能构成。c)在温度较低的电弧周边构成缘由：电弧中心，电子速度快；构成过程是发在温度较低的电弧周边构成缘由：电弧中心，电子速度快；构成过程是发热过程热过程d)质量大，速度低，抵消电子数量，降低电弧稳定性。质量大，速度低，抵消电子数量，降低电弧稳定性。3 3产生负离子产生负离子长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧1.1.3 1.1.3 电弧中带电粒子的消逝电弧中
32、带电粒子的消逝 电弧导电过程中不仅有带电粒子的产生过程，而且有带电粒子的消逝过程，而且，当电弧稳定熄灭时这两个过程处于动态平衡形状，即在单位时间内产生的带电粒子数目等于消逝的带电粒子的数目。 主要有两种方式：“分散：即带电粒子分开它们原来的地方，而逃逸到电弧的周围，不再参与放电过程； “复合：即正的带电粒子和负的带电粒子结合成中性的原子或分子，这里既有电子与正离子的复合，也有负离子与正离子的复合。在复合的过程中释放出大量的热和光。包括：空间复合和电极外表复合。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一
33、章第一章 焊接电弧焊接电弧空空间复合复合:电弧中心，弧中心，带电粒子数量多，温度高，粒子数量多，温度高，速度大，复合几率小；速度大，复合几率小； 电弧周弧周边：温度低，速度低，可：温度低，速度低，可以以产生复合；生复合； 中心正离子受周中心正离子受周边负离子的吸引，离子的吸引，在在电弧周弧周边能能够复合；复合； 交流交流电弧，由于弧，由于电流瞬流瞬间熄熄灭，温，温度降低，度降低，带点粒子大量复合，引弧困点粒子大量复合，引弧困难。电极外表复合：正离子撞极外表复合：正离子撞击阴极，并从阴极阴极，并从阴极夺取取 一个一个电子与其复合：子与其复合： 剩余的能量：剩余的能量：Wk+Wi-Ww 假假设Wk
34、+Wi2Ww 那么那么还能能够发射一个射一个电子子长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧1.1.4、焊接电弧的极性 焊接电弧的极性：直流焊接时电弧的两极与电源的衔接方式称为电弧的极性。 直流正接，正极性直流正接，正极性直流反接，负极性直流反接，负极性长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧运用酸性焊条焊接时,采用直流正接法焊接厚板,可以获得较大熔深,保
35、证焊透,而采用直流反接法焊薄板,可防止烧穿,运用碱性低氢型焊条时,采用直流反接,可以减少氢气孔的产生长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧1.21.2焊接电弧的产生过程焊接电弧的产生过程 电弧焊时，仅仅把焊接电源电压加到电极和焊件两端是不能产生电弧的，首先需求在电极和焊件之间提供一个导电的通道，才干引燃电弧。两种引弧方式：两种引弧方式： 接触式引弧和非接触式引弧。接触式引弧和非接触式引弧。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college o
36、f engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧1.2.11.2.1接触式引弧接触式引弧 接触式引弧亦称为短路引弧，常用于焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体维护电弧焊等。操作方法:将焊条或焊丝和焊件分别接通于弧焊电源的两极，将焊条或焊丝 与焊件悄然地接触，然后迅速提拉或焊丝自动爆断，这样就能在焊条或焊丝端部与焊件之间产生一个电弧。 这是一种最常见的引弧方式。焊接电弧虽然是在一瞬间产生的，但实践上包含了短路、分别和燃弧三个阶段。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章
37、 焊接电弧焊接电弧1 1短路阶段短路阶段 当焊条或焊丝一经接触焊件，便发生了短路。短路时电压等于零，而电流急剧增大。由于焊条或焊丝端部外表和焊件外表都不能够是绝对平整光洁的，因此，它们之间只是在几个突出的点上接触，电流也只是从这些点流过见图1-4。由于接触点的面积很小，因此流过这些点的电流密度极大，这导致在接触点上产生大量的电阻热，使接触点处的温度骤然升高并发生熔化，构成液态金属间层。 长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧图图1-4 1-4 焊丝与焊件短路时的接触形状焊
38、丝与焊件短路时的接触形状长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧2 2 分别阶段分别阶段 在焊条或焊丝与焊件短路后，假设是焊条电弧焊或埋弧焊，普通是迅速将焊条或焊丝从焊件上稍稍提起，这使液态金属横截面减小，电流密度急剧增大，温度猛烈升高和电磁收缩力增大，因此使液态金属很快断开；假设是熔化极气体维护电弧焊，由于焊丝直径普通较细，液态金属那么会发生爆断。在焊条或焊丝与焊件分别的瞬间，一方面焊条或焊丝与焊件之间的电场强度急剧增大；另一方面两极之间能产生大量电离势较低的金属蒸汽和药
39、皮蒸汽。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧3 3 燃弧阶段燃弧阶段 当两极之间既具有足够强的电场作用，又具有足够多的带电粒子时，就会引燃电弧。电弧引燃后，温度继续升高，还产生了弧光，各种方式的发射和电离均得到加强，正、负粒子分别跑向两极。 在这个过程中，带电粒子的产生和消逝交错在一同，各种能量的释放和耗费交错在一同。经过短暂的调整，带电粒子的产生和消逝、能量的释放和耗费到达动态平衡，焊接电弧就进入了稳定熄灭阶段。在燃弧阶段，由于电极为冷阴极，电子发射仍以场致发射为主。
40、长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧1.2.2 1.2.2 非接触式引弧非接触式引弧 非接触式引弧是指在电极与焊件之间存在一定间隙，施以高电压击穿间隙，使电弧引燃的方法，常用于钨极氩弧焊、等离子弧焊等。为了防止钨极被污染或呵斥焊缝夹钨，普通不允许钨极与焊件接触，此时只能采用非接触式引弧。 长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧 非接触式引弧有两种方
41、式：高频高压引弧：电压峰值普通为20003000V，每次振荡频率为150260KHZ。高压脉冲引弧：电压峰值普通为30005000 V，频率为50HZ或100HZ。引弧施加方式有并联和串连两种：并联方式是直接把引弧电压接到钨极和焊件两端，串联方式是把引弧电压串联到焊接回路中，经过高频输出变压器和旁路电容加到钨极和焊件上。串联方式主回路构成简单，而且引弧效果好，目前用的比较多。图1-5 1-5 高高频和脉冲引弧表示和脉冲引弧表示图 a) a)引弧器接入方式引弧器接入方式 b b高高频高高压引弧引弧电压波形波形 c c高高压脉冲引弧脉冲引弧电压波形波形 UyhUyh引弧引弧电压 t t时间长大工院
42、机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧非接触式引弧只包含激发和燃弧两个阶段：非接触式引弧只包含激发和燃弧两个阶段：激发阶段：在钨极和焊件之间除了施加焊接电源的激发阶段：在钨极和焊件之间除了施加焊接电源的空载电压外，还施加了高频高压引弧电压或高压脉空载电压外，还施加了高频高压引弧电压或高压脉冲引弧电压。由于引弧电压很高，在阴极外表能产冲引弧电压。由于引弧电压很高，在阴极外表能产生非常剧烈的场致发射，因此能为电极空间提供大生非常剧烈的场致发射，因此能为电极空间提供大量的电子。这些电子
43、在强电场的作用下被加速运动，量的电子。这些电子在强电场的作用下被加速运动，能撞击中性原子，因此也能产生剧烈的场致电离，能撞击中性原子，因此也能产生剧烈的场致电离，使带电粒子数量进一步添加。使带电粒子数量进一步添加。燃弧阶段燃弧阶段 长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧1.3 1.3 焊接电弧的构造及其导电机构焊接电弧的构造及其导电机构 焊接电弧：阴极区：狭窄10-510-6cm，UK大，场强大，阴极斑点阳极区：稍宽10-210-3cm， UA较小，场强较小，阳极斑点弧柱
44、区：很长， Uc小，场强很小在长度方向上,带电粒子的分布是均匀的,因此电压降UC与电弧长度成正比, 其径向方向上,中心的带电粒子密度大，而周围的小。1.3.1 1.3.1 焊接电弧的构造焊接电弧的构造图图1-6 1-6 电弧各区的电压分布电弧各区的电压分布长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧 对于每一个焊接电弧,电弧的电压Ua都等于阴极电压降UK 、弧柱电压降UC和阳极电压降UA之和,即Ua = UK + UC + UA长大工院机械系长大工院机械系Yangtze uni
45、versity college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧1.3.2 1.3.2 焊接电弧的导电机构焊接电弧的导电机构 组成：阴极区的总电流是由电子流和正离子流 共同组成的。电子流占总电流的比率60-80%取决于电极资料的种类、电流大小、气体介质等任务条件。1.1.阴极区的导电机构阴极区的导电机构导电机构三类导电机构三类: :1 1热发射型热发射型2 2场致发射型场致发射型3 3等离子型等离子型( (比例非常少比例非常少长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering techn
46、ology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧1 1热发射型热发射型 条件：当采用条件：当采用W, CW, C等热阴极资料作为阴极等热阴极资料作为阴极, ,而且流过大电流时而且流过大电流时, ,能发生热发射型导电。能发生热发射型导电。在这种情况下在这种情况下, ,阴极区可以到达很高的温度阴极区可以到达很高的温度, ,因此可以产生很剧烈的电子热发射。因此可以产生很剧烈的电子热发射。 特点：特点：a)a)假假设电流足流足够大，阴极大，阴极经过热发射就可以提供弧柱区所需求射就可以提供弧柱区所需求的的电子比率。子比率。b)b)阴极外表以外的区域将与弧柱区没有区阴极外表以外的区域将与弧柱区没有区别：其其电流流
47、组成与成与弧柱区一弧柱区一样( (电子流比率子流比率约占占99.9%)99.9%)，其空，其空间电荷荷总和和为零零, ,对外呈中性外呈中性, , 弧柱的断面不断到阴极外表不弧柱的断面不断到阴极外表不发生很大生很大变化，不化，不产生收生收缩。阴极外表阴极外表导电区域的区域的电流密度也与弧柱区相近流密度也与弧柱区相近( (约为103A/cm2),103A/cm2),阴极外表不再存在阴极斑点力，阴极外表不再存在阴极斑点力，阴极区的阴极区的电压降降很小，甚至很小，甚至为零。零。c)c)在大在大电流流钨极氬弧极氬弧焊时这种阴极种阴极导电机构占主要位置。机构占主要位置。长大工院机械系长大工院机械系Yang
48、tze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧 2场致发射型 条件：当采用Cu、 Fe、 Al等冷阴极型资料作为阴极,或采用W、C等热阴极型资料作为阴极但电流比较小时,将主要发生场致发射型导电。导电机构：冷阴极型电极受资料沸点的限制，其外表的温度不能升得很高.因此阴极外表不能够产生剧烈的电子热发射。由于最初电子供应缺乏,使得接近阴极的区域正负电荷处于非平衡形状，正离子过剩并呵斥堆积,构成正的空间电荷,因此在阴极外表前面构成部分较高的电场。只需阴极不能发出足够的电子数量,正离子将继续堆积,电场强度将继续添加。当电场强
49、度足够大时,就会使阴极外表的电子冲破束缚发射出来,即产生场致发射。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧W、C阴极，小电流Fe、Al、Cu等冷阴极热发射不够，呵斥正离子在阴极前的堆积，从而构成正电场，在电场作用下电极经过电场发射方式发射电子。所以热发射和电场发射同时存在。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧 从阴极发射的电从阴极发射的电子被该电场加
50、速，子被该电场加速，当动能大于气体的当动能大于气体的电离能时，就会在电离能时，就会在阴极区的终端与中阴极区的终端与中性粒子碰撞并电离。性粒子碰撞并电离。电离出来的正离子电离出来的正离子与从弧柱区来的正与从弧柱区来的正离子一同向阴极运离子一同向阴极运动动, ,使正离子流占阴使正离子流占阴极区总电流的比率极区总电流的比率大大添加。阴极区大大添加。阴极区的电子流和正离子的电子流和正离子流比率的变化如图流比率的变化如图1-71-7所示。所示。图图1-7 1-7 阴极压降区的电子流和离子流阴极压降区的电子流和离子流长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of e
51、ngineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧 特点： 在场致发射型导电时,阴极外表有阴极斑点：a)当用W、C等资料作阴极且电流比较小时,阴极斑点是固定不动的,电流密度较低,即使是交流电弧也很稳定。 b)当用Cu、Fe、Al 等资料做阴极时,阴极斑点是游动的,电弧自动选择最有利于场致发射的点作为阴极斑点, 阴极斑点能够是一个,也能够是多个,电流密度较高，在交流情况下电弧不稳定。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧特点特点:a)场致谢发射的导电机
52、构是熔化极电弧焊场致谢发射的导电机构是熔化极电弧焊常见的导电机构。常见的导电机构。b)在通常的情况下场致发射型和热发射型在通常的情况下场致发射型和热发射型两种导电机构并存。两种导电机构并存。c)当电极资料的熔点较高或逸出功较小时当电极资料的熔点较高或逸出功较小时,热发射的比例较大，场致发射的比例较小；热发射的比例较大，场致发射的比例较小；反之反之,热发射的比例较小热发射的比例较小,场致发射的比例场致发射的比例较大较大,阴极压降也比较大。阴极压降也比较大。d)当焊接电流增大时当焊接电流增大时,普通热发射的比例普通热发射的比例增大增大,场致发射的比例减小场致发射的比例减小,阴极压降也减阴极压降也减
53、小。小。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧2.2.弧柱区的导电机构弧柱区的导电机构 组成： 弧柱区充溢了电子、正离子、气体原子、气体分子,以及负离子。由于负离子的数量比较少,弧柱区的带电粒子主要是电子和正离子。研讨阐明,弧柱区的总电流是由约占99.9%的电子流和约占0.1%的正离子流组成的。在每个瞬间，每个单位体积内的正、负带电粒子数量是相等的，因此从整体上看，弧柱是呈电中性的。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of e
54、ngineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧 从宏观上看,弧柱区的电子流是来自阴极区,正离子流是来自阳极区，在外加电场的作用下,分别沿着相反的方向运动。但从微观上来看,弧柱内粒子的碰撞、分散、解离、鼓励、电离、复合等过程都进展得非常猛烈。 弧柱的温度很高弧柱的温度很高, ,可以到达可以到达5000-50000K5000-50000K。其电离和。其电离和复合过程也进展得非常猛烈。由于复合复合过程也进展得非常猛烈。由于复合, ,虽然使正、负带虽然使正、负带电粒子的数量减少，但是在弧柱中心部位猛烈地进展着电粒子的数量减少，但是在弧柱中心部位猛烈地进展着电离过程，又可产生大
55、量的电子和正离子。当电弧稳定电离过程，又可产生大量的电子和正离子。当电弧稳定熄灭时熄灭时, ,这两个过程处于一种动态平衡形状。这两个过程处于一种动态平衡形状。 长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧 弧柱区的能量也在猛烈地转换，由电源提供的电能弧柱区的能量也在猛烈地转换，由电源提供的电能不断地转化成热能、辐射能、机械能等，当电弧稳定熄不断地转化成热能、辐射能、机械能等，当电弧稳定熄灭时灭时, ,能量转换也处于一种动态平衡形状。能量转换也处于一种动态平衡形状。 弧柱单位长度
56、上的电压降即为弧柱的电场强度弧柱单位长度上的电压降即为弧柱的电场强度E E。E E的大小反映了弧柱的导电性能的大小反映了弧柱的导电性能,E,E值越小值越小, ,阐明弧柱的导电阐明弧柱的导电性能越好。性能越好。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧3.3.阳极区的导电机构阳极区的导电机构 电弧熄灭时,阳极区主要接受来自弧柱的占总电流99.9%的电子流，同时，还要向弧柱区发送约占总电流0.1%的正离子流。每一个电子到达阳极时，将向阳极释放出相当于电子逸出功的能量。阳极区可以经
57、过两种不同的方式场致电离，热电离提供正离子。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧1 1 场致电离场致电离 当电流密度较小时当电流密度较小时, ,在阳极区难以在阳极区难以发生热电离过程发生热电离过程, ,阳极前面的正离子缺乏阳极前面的正离子缺乏, ,正离子数正离子数少于电子数少于电子数, ,因此阳极前方能构成负的空间电荷和空因此阳极前方能构成负的空间电荷和空间电场间电场, ,因此能产生一定的阳极压降因此能产生一定的阳极压降UAUA。在阳极压降。在阳极压降的作用下的作用下,
58、 ,来自弧柱区的电子被加速来自弧柱区的电子被加速, ,其动能大大提其动能大大提高。此时高。此时, ,电子不仅拥有弧柱区给予的动能电子不仅拥有弧柱区给予的动能, ,而且添而且添加了阳极区给予的动能。当阳极压降加了阳极区给予的动能。当阳极压降UAUA添加到一定添加到一定程度时，其中有一部分电子与中性粒子发生碰撞后程度时，其中有一部分电子与中性粒子发生碰撞后产生场致电离。产生场致电离。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧 生成的电子与生成的电子与从弧柱来的电子共从弧柱来的电子
59、共同组成阳极电流进同组成阳极电流进入阳极，生成的正入阳极，生成的正离子向弧柱区保送。离子向弧柱区保送。当经过场致电离提当经过场致电离提供应弧柱的正离子供应弧柱的正离子流到达总电流的流到达总电流的0.1%0.1%时，阳极压降时，阳极压降UAUA不再继续升高不再继续升高, ,而坚持稳定。而坚持稳定。图1-9 阳极区带电粒子的运动情况和电位分布表示图长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧 2 2热电离热电离 当电流密度较大时当电流密度较大时, ,阳极外表及其前面的温度都很高阳极
60、外表及其前面的温度都很高, ,阳阳极的温度可以到达阳极资料的沸点极的温度可以到达阳极资料的沸点, ,因此能发生蒸发因此能发生蒸发, ,使使阳极区充溢大量的蒸汽。金属蒸气中原子的电离能普通阳极区充溢大量的蒸汽。金属蒸气中原子的电离能普通都比较低都比较低, ,因此在高温的作用下容易发生电离。因此在高温的作用下容易发生电离。 假设电流足够大，阳极区的温度很高，阳极区完全能经假设电流足够大，阳极区的温度很高，阳极区完全能经过电离满足弧柱区对正离子流的需求，此时，阳极区压过电离满足弧柱区对正离子流的需求，此时，阳极区压降很低，可接近于零。降很低，可接近于零。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze u
61、niversity college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧1.3.3 1.3.3 最小电压原理最小电压原理含义含义: : 在电流和周围条件一定的情况下在电流和周围条件一定的情况下, ,稳定稳定熄灭的电弧将自动选择一适当的断面熄灭的电弧将自动选择一适当的断面, ,以保证以保证电弧的电场强度具有最小的数值电弧的电场强度具有最小的数值, ,即在固定弧即在固定弧长上的电压最小。这意味着电弧总是坚持最长上的电压最小。这意味着电弧总是坚持最小的能量耗费。小的能量耗费。 ErR*E*电弧半径的稳定电弧半径的稳定值由电场的最小值由电场的最小值决议值决议
62、长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧 根据最小电压原理,在电流和周围条件一定时,电弧的断面既不能大于其自动确定的值,也不能小于其自动确定的值。假设断面大了,电弧与周围介质的接触面将增大,电弧向周围介质散失的热量要添加,必需添加电场强度，以产生更多的热量才干与其相平衡。在这种情况下,电弧会自动减少其断面积,以减小能量损耗；假设断面小了,电弧的电流密度要添加,即在较小的断面里要经过一样数量的带电粒子,使电阻率添加,要维持一样的电流也必需添加电场强度。在这种情况下,电弧会自动
63、增大其断面,以减少能量损耗。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧1.4 1.4 焊接电弧的电特性焊接电弧的电特性 焊接电弧的电特性主要指的是焊接电弧的静特性和焊接电弧的动特性。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧1.4.1 1.4.1 焊接电弧的静特性焊接电弧的静特性 焊接电弧的静特性是指在电极资焊接电弧的静特性是指在电极资料、气体介质和弧长一定
64、的情况下，电料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定熄灭时，焊接电流与电弧电压变弧稳定熄灭时，焊接电流与电弧电压变化的关系，也称伏化的关系，也称伏- -安特性。安特性。 影响要素：弧长；气体介质；电极资料影响要素：弧长；气体介质；电极资料长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧图1-10 W电极-CU 母材之间的TIG电弧静特性曲线长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章
65、 焊接电弧焊接电弧 当焊接电流在很大范围内变化时，焊接电弧的静特性曲当焊接电流在很大范围内变化时，焊接电弧的静特性曲线是一条呈线是一条呈U U型的曲线，故也称为型的曲线，故也称为U U型特性。型特性。包含下降特性、平特性和上升特性三个阶段：包含下降特性、平特性和上升特性三个阶段：下降特性区：电流小，电弧电压随着电流的增大而下降，呈下降特性区：电流小，电弧电压随着电流的增大而下降，呈负阻性；负阻性；平特性区：电流中等，电弧电压在电流变化时可近似地看成平特性区：电流中等，电弧电压在电流变化时可近似地看成不变；不变；上升特性区电流大，电弧电压随电流的增大而增大，呈正阻上升特性区电流大，电弧电压随电流
66、的增大而增大，呈正阻性。性。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧SAWsubmerged arc welding埋弧埋弧焊焊 ; SMAWshielded metal arc welding焊焊条条电电弧弧焊焊 钨钨极极氩氩弧弧焊焊 TIG)的的电电弧静特性曲弧静特性曲线线普通都能明普通都能明显显地表地表现现出三个出三个阶阶段段铝铝合金熔化极惰性气体合金熔化极惰性气体维护焊维护焊的的电电弧静特性曲弧静特性曲线线在小在小电电流区几乎看不到下降特性，流区几乎看不到下降特性，
67、在可用在可用电电流以上区域都呈流以上区域都呈现现上升特性；上升特性；埋弧埋弧焊电焊电弧静特性曲弧静特性曲线线呈下降呈下降趋势趋势。UaIa小电小电流流TIGSAWTIGMIGMAG长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧在在A区：区：电电流流较较小，小，电电弧弧热热量量较较低，低，电电离度低，离度低，电电弧的弧的导电导电性性较较差，需求有差，需求有较较高的高的电场电场推推进电进电荷运荷运动动；电电弧阴极区：由于弧阴极区：由于电电极温度低，极温度低，电电子提供才干子提供才干较
68、较差，不能差，不能实现实现大大量的量的电电子子发发射，会构成比射，会构成比较较强强的阴极的阴极电压电压降。所以降。所以电电流越小流越小电电压压越高。越高。 TIG焊焊小小电电流成下降特性。流成下降特性。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧在在B区：电流稍大，电极温度提高，阴极热发射才干加强，区：电流稍大，电极温度提高，阴极热发射才干加强，阴极电压降低；阳极蒸发加剧，阳极电压降低。也就是阴极电压降低；阳极蒸发加剧，阳极电压降低。也就是说电弧中产生和运动等量的电荷不需求更强
69、的电场。说电弧中产生和运动等量的电荷不需求更强的电场。 电弧电压自动的维持一定的数值，保证产热和散热的平电弧电压自动的维持一定的数值，保证产热和散热的平衡。成平特性。衡。成平特性。普通埋弧焊、手工焊、大电流普通埋弧焊、手工焊、大电流TIG焊等都任务在平特性段。焊等都任务在平特性段。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧 在在C区：电流更大时，金属蒸汽的发射及等离子流的冷却作用进区：电流更大时，金属蒸汽的发射及等离子流的冷却作用进一步加强，同时由于电磁力的作用，电弧截面不能
70、成比例添加一步加强，同时由于电磁力的作用，电弧截面不能成比例添加,电弧的电导率减小，要保证较大的电流经过相对比较小的截面，电弧的电导率减小，要保证较大的电流经过相对比较小的截面，需求更高的电场。需求更高的电场。 MIG焊的电弧普通任务在上升段。焊的电弧普通任务在上升段。 长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧 熄灭时可以产生热量，这是焊接电弧的一个重要的性能。正是这种性能，使焊接电弧成为一种非常重要的热源被运用于熔焊方法中，并构成了熔焊方法中的一个重要分支，即电弧焊方法。
71、1.5 1.5 焊接电弧的产热及温度分布焊接电弧的产热及温度分布长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧1.5.1 1.5.1 焊接电弧的产热机构焊接电弧的产热机构 焊接电弧是具有很强能量的导电体，焊接电弧是具有很强能量的导电体，其能量来自于焊接电源。单位时间焊接电源其能量来自于焊接电源。单位时间焊接电源向阴极区、弧柱区和阳极区提供的总能量向阴极区、弧柱区和阳极区提供的总能量P P可可以用下式表示：以用下式表示：P = IUk +IUc +IUA P = IUk +IUc
72、+IUA I IUk +Uc +UAUk +Uc +UA (1-10)(1-10)长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧1.1.阴极区的产热阴极区的产热 阴极区电流阴极区电流I I是由电子和正离子两种带是由电子和正离子两种带电粒子组成的。在阴极区，这两种带电粒子不电粒子组成的。在阴极区，这两种带电粒子不断地产生、消逝和运动，便构成了能量的转变断地产生、消逝和运动，便构成了能量的转变和传送过程。和传送过程。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university c
73、ollege of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧阴极区阴极区单位位时间获得的能量有得的能量有: : 1 1电子从阴极外表子从阴极外表发射后射后, ,电子流穿子流穿过阴极区阴极区时被阴极被阴极压降降UKUK加速加速, ,在在单位位时间里里获得的能量；得的能量； 2 2向阴极运向阴极运动的正离子流在到达阴极前，被的正离子流在到达阴极前，被阴极阴极压降降UKUK加速，在加速，在单位位时间里里获得的能量；得的能量； 3 3正离子在阴极外表与正离子在阴极外表与电子复合子复合释放出原来放出原来电离离时所吸收的能量。所吸收的能量。长大工院机械系长大工院机械系Ya
74、ngtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧阴极区在单位时间失去的能量有：阴极区在单位时间失去的能量有： 1 1阴极外表发射电子流在单位时间耗费的逸出功阴极外表发射电子流在单位时间耗费的逸出功IUwIUw注注UwUw为逸出电压；为逸出电压； 2 2正离子在阴极外表拉出电子与之复合，单位时正离子在阴极外表拉出电子与之复合，单位时间耗费的逸出功间耗费的逸出功IUwIUw； 3 3在阴极区的终端在阴极区的终端( (临近弧柱区临近弧柱区) )，中性粒子电离，中性粒子电离成电子和正离子时单位时间耗费的电离能成电子和正离
75、子时单位时间耗费的电离能IUiIUi； 4 4从阴极区的终端进入了弧柱区的电子流应具有从阴极区的终端进入了弧柱区的电子流应具有与弧柱区温度相对应的热能，这部分热能由阴极区提供，与弧柱区温度相对应的热能，这部分热能由阴极区提供，其功率为其功率为IUTIUT注：注：UTUT为弧柱区温度的等效电压。为弧柱区温度的等效电压。阴极区单位时间得到的热能阴极区单位时间得到的热能PKPK为为: : PK = I (UK-UW-UT) (1-11) PK = I (UK-UW-UT) (1-11) 长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering t
76、echnology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧2.2.阳极区的产热阳极区的产热阳极接受电子流时可得到以下三部分能量阳极接受电子流时可得到以下三部分能量: : 1 1电子流穿过阳极区时被阳极压降电子流穿过阳极区时被阳极压降UAUA加加速，在单位时间里获得的能量速，在单位时间里获得的能量IUAIUA； 2 2电子流被拉进阳极时电子流被拉进阳极时, ,单位时间释放单位时间释放出的逸出功出的逸出功IUwIUw； 3 3电子流从弧柱带来的与弧柱温度相对电子流从弧柱带来的与弧柱温度相对应的热能应的热能IUTIUT。 单位时间阳极区所得到的热能单位时间阳极区所得到的热能PAPA为：为：PA =I(UA+U
77、W+UT) (1-PA =I(UA+UW+UT) (1-12)12) 长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧3.3.弧柱区的产热弧柱区的产热弧柱区单位时间获得的能量主要有弧柱区单位时间获得的能量主要有: : 1 1在弧柱压降在弧柱压降UcUc的作用下的作用下, ,电子流被加速电子流被加速, ,在单位时间在单位时间里获得的能量里获得的能量99.9%IUc,99.9%IUc,以及正离子流被加速，在单位时以及正离子流被加速，在单位时间里获得的能量间里获得的能量0.1% IUc0
78、.1% IUc。两者之和为。两者之和为IUcIUc； 2 2从阴极区进入弧柱区的电子流从阴极区进入弧柱区的电子流( (占占99.9%)99.9%)单位时间单位时间带来的热能带来的热能99.9% IUT99.9% IUT； 3 3弧柱区周边发生的正、负粒子复合所释放出的电离弧柱区周边发生的正、负粒子复合所释放出的电离能能WiWi。 长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧 弧柱区单位时间失去的能量主要有: 1分开弧柱区进入阳极区的电子流(占99.9%)单位时间带走的热能99.
79、9% IUT； 2弧柱中心部位发生的中性粒子电离耗费的电离能,其值与周边正、负粒子复合时释放的电离能Wi根本相等。 弧柱区单位时间里得到的热能为弧柱区单位时间里得到的热能为: : Pc =IUc (1-13) Pc =IUc (1-13) 长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧 弧柱区的热能在普通情况下不能直接作用于电极或母材,主要是经过对流、辐射和传导散失在周围气体中。普通电弧焊时,对流损失约占总损失的80%以上，辐射损失为10%左右，而传导的损失是很少的。当采用等离子
80、弧焊接、切割或钨极氩弧焊时，那么可以利用弧柱的热量来加热焊丝和焊件。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧1.5.2 1.5.2 焊接电弧的温度分布焊接电弧的温度分布1. 1. 焊接电弧轴向温度焊接电弧轴向温度分布分布 弧柱区温度高：电极弧柱区温度高：电极受资料的熔点和沸点限受资料的熔点和沸点限制，而弧柱中的气体不制，而弧柱中的气体不受限制；金属电极导热受限制；金属电极导热好，热量散失多。好，热量散失多。阴极和阳极产生的热量阴极和阳极产生的热量相近，但阴极发射电子相近，但
81、阴极发射电子耗费的较多，温度比阳耗费的较多，温度比阳极低。阴极温度约为极低。阴极温度约为2200-3500K2200-3500K，而阳极温，而阳极温度约为度约为2400-4200K2400-4200K温度电流密度功率密度长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧影响要素：影响要素：a a电极的温度电极的温度b b弧柱区的温度受电流大小、电极资料、气体介质、弧柱的弧柱区的温度受电流大小、电极资料、气体介质、弧柱的紧缩程度等要素的影响较大。紧缩程度等要素的影响较大。1 1焊接电流
82、增大焊接电流增大2 2金属蒸汽的电离电压金属蒸汽的电离电压3)3)当电弧周围有高速气流流动时当电弧周围有高速气流流动时( (如等离子弧如等离子弧) )，由于气流的，由于气流的冷却作用，使弧柱区电场强度提高冷却作用，使弧柱区电场强度提高, ,温度上升；温度上升；4)4)当气体介质中含有较多易电离的物质当气体介质中含有较多易电离的物质长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧2.2.焊接电弧径向温度分布焊接电弧径向温度分布 在焊接电弧的横断面内在焊接电弧的横断面内, ,温度沿径向
83、的分布是温度沿径向的分布是不均匀的不均匀的, ,中心轴温度最高中心轴温度最高, ,分开中心轴的温度逐渐分开中心轴的温度逐渐降低降低, ,如图如图1-221-22所示。这主要是由于外围散热快呵斥所示。这主要是由于外围散热快呵斥的。焊接电流越大的。焊接电流越大, ,电弧中心的温度越高电弧中心的温度越高, ,如图如图1-231-23所示。所示。图图1-23 1-23 电弧径向温度分布电弧径向温度分布长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧1.6 1.6 焊接电弧力及其影响要素焊接
84、电弧力及其影响要素 焊接电弧熄灭时焊接电弧熄灭时, ,不仅能产生不仅能产生热，而且能产活力械作用力热，而且能产活力械作用力, ,包括电磁包括电磁收缩力、等离子流力、斑点压力等收缩力、等离子流力、斑点压力等, ,这这些力统称为焊接电弧力。焊接电弧力些力统称为焊接电弧力。焊接电弧力对熔滴过渡、熔深尺寸、焊缝成形、对熔滴过渡、熔深尺寸、焊缝成形、飞溅大小飞溅大小, ,以及焊缝的外观缺陷以及焊缝的外观缺陷( (如咬如咬肉、焊瘤、烧穿等肉、焊瘤、烧穿等) )均产生很大的影响。均产生很大的影响。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering
85、technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧1.6.1 1.6.1 焊接电弧力焊接电弧力 焊接时焊接时, ,焊接电弧能产生以下机械作用力焊接电弧能产生以下机械作用力: :1.1.电磁收缩力电磁收缩力 柱形导体中的电磁收缩力流态导体中电磁收缩力的影响长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧2. 2. 等离子流力等离子流力 ( (电弧动压力电弧动压力) ) 由于焊接电弧呈圆锥状由于焊接电弧呈圆锥状, ,使得接近电极处的电磁收缩力大使得接近电极处的电磁收缩力大, ,接近焊件
86、处的电磁收缩力小接近焊件处的电磁收缩力小, ,因因此构成沿弧柱轴线的推力此构成沿弧柱轴线的推力F F推推 。在在F F推的作用下推的作用下, ,较小截面处较小截面处( (如如图图1-271-27中中A A点处点处) )的高温粒子向焊的高温粒子向焊件方向件方向( (如图如图1-271-27中中B B点处点处) )流动流动, ,同时在电极上方不断补充新的气同时在电极上方不断补充新的气体进入电弧区体进入电弧区, ,并被加热和剧烈并被加热和剧烈电离电离, ,从而构成延续不断的等离从而构成延续不断的等离子气流，并冲向焊件外表子气流，并冲向焊件外表, ,产生产生压力作用。这种由电弧推力引起压力作用。这种由
87、电弧推力引起的等离子气流高速运动所构成的的等离子气流高速运动所构成的力称为等离子流力力称为等离子流力, ,也称为电弧也称为电弧动压力。动压力。图图1-27 1-27 电弧等离子气流的产生电弧等离子气流的产生长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧斑点力斑点力斑斑点点是是阴阴极极发发射射电电子子或或阳阳极极导导入入电电子子的的导导电电点点，斑斑点点力力是是电电弧弧施施加加在在电电极极上上的的作作用用力力。在在一一定定条条件件下下将将妨妨碍碍金金属属熔熔滴滴的的过过渡。渡。斑斑
88、点点压压力力可可以以是是正正离离子子或或电电子子对对电电极极的的撞撞击击力力，也也可可以以是是电电磁磁收收缩缩力力或或电电极极资资料料蒸蒸发发的反作用力等。的反作用力等。阴极斑点力阴极斑点力较较大，而阳极的大，而阳极的较较小。小。 长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧1 1 正离子和正离子和电子子对电极的撞极的撞击力力 电弧弧焊时, ,阴极遭到正离子的撞阴极遭到正离子的撞击, ,阳极遭到阳极遭到电子的撞子的撞击, ,因正离子的因正离子的质量量远远大于大于电子的子的质量量
89、, ,而阴极而阴极压降降UKUK又大于阳极又大于阳极压降降UA,UA,因此撞因此撞击力在阴极上力在阴极上较大大, ,而而在阳极上在阳极上较小。小。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧2 2电磁收缩力电磁收缩力 当电极上构成熔滴并出现斑点当电极上构成熔滴并出现斑点时时, ,焊丝、熔滴及电弧中电流线的焊丝、熔滴及电弧中电流线的分布如图分布如图1-291-29所示。电弧空间和熔所示。电弧空间和熔滴中的电流线都在斑点处集中滴中的电流线都在斑点处集中, ,由由于电磁力合成的方向都
90、是由小断面于电磁力合成的方向都是由小断面指向大断面指向大断面, ,故在斑点处产生向上故在斑点处产生向上的电磁力的电磁力, ,妨碍熔滴过渡。普通情妨碍熔滴过渡。普通情况下况下, ,阴极斑点尺寸小于阳极斑点阴极斑点尺寸小于阳极斑点尺寸尺寸, ,故阴极斑点遭到的力要大于故阴极斑点遭到的力要大于阳极斑点遭到的力。阳极斑点遭到的力。FF斑Fmg斑点力长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧图图1-29 1-29 斑点的电磁收缩力斑点的电磁收缩力长大工院机械系长大工院机械系Yangtz
91、e university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧3 3 电极资料蒸发产生的反作用力电极资料蒸发产生的反作用力 斑点上的电流密度很高斑点上的电流密度很高, ,使这个部位的温度很使这个部位的温度很高高, ,因此产生剧烈的蒸发因此产生剧烈的蒸发, ,使金属蒸气以一定的速度使金属蒸气以一定的速度从斑点处发射出来从斑点处发射出来, ,同时给斑点施加一个反作用力。同时给斑点施加一个反作用力。通常阴极斑点的电流密度比阳极斑点大通常阴极斑点的电流密度比阳极斑点大, ,因此，导因此，导致阴极斑点遭到的反作用力大于阳极斑点。致阴极斑点遭到的
92、反作用力大于阳极斑点。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧1.6.2 1.6.2 焊接电弧力的影响要素焊接电弧力的影响要素 影响焊接电弧力大小的主要要素有影响焊接电弧力大小的主要要素有: :1 1 焊接电流和电弧电压焊接电流和电弧电压 当增大焊接电流时当增大焊接电流时, ,电弧力显著添加电弧力显著添加( (见图见图1-1-30)30)，这主要与电磁收缩力和等离子流力显著添加，这主要与电磁收缩力和等离子流力显著添加有关。当电弧电压升高时有关。当电弧电压升高时, ,意味着电
93、弧长度添加意味着电弧长度添加, ,由于电弧范围的扩展由于电弧范围的扩展, ,使电弧力降低使电弧力降低, ,如图如图1-311-31所所示。示。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧图图1-30 MIG1-30 MIG电弧的电弧力与电流的关系电弧的电弧力与电流的关系图图1-31 1-31 电弧力与弧长的关系电弧力与弧长的关系长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电
94、弧焊接电弧2.2.焊丝直径焊丝直径 当焊接电流一当焊接电流一样时样时, , 焊丝直径越焊丝直径越小小, ,电流密度越大电流密度越大, ,因此电弧电磁力越因此电弧电磁力越大。同时大。同时, ,呵斥电弧呵斥电弧锥形越明显锥形越明显, ,等离子等离子流力越大流力越大, ,使总的电使总的电弧力增大弧力增大, ,如图如图1-321-32所示。所示。图图1-32 1-32 电弧力电弧力F F与焊丝直径的关系与焊丝直径的关系长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧3. 3. 电极的极性电
95、极的极性 电极的极性对不同焊电极的极性对不同焊接方法的电弧力的影响不同。接方法的电弧力的影响不同。对于熔化极气体维护焊对于熔化极气体维护焊, ,当采当采用焊丝接负用焊丝接负, ,电弧中正离子对电弧中正离子对熔滴的冲击比较大熔滴的冲击比较大, ,有较大的有较大的斑点压力作用在熔滴上斑点压力作用在熔滴上, ,不利不利于熔滴过渡于熔滴过渡, ,且熔滴容易长大且熔滴容易长大, ,但不能构成很强的电磁力和但不能构成很强的电磁力和等离子流力等离子流力, ,因此电弧力较小因此电弧力较小, ,如图如图1-331-33所示。所示。图图1-33 MIG1-33 MIG焊电弧力与焊丝焊电弧力与焊丝极性的关系极性的关
96、系长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧 对于钨极氩弧对于钨极氩弧焊焊, ,由于通常情况下由于通常情况下阴极区收缩的程度阴极区收缩的程度比阳极区大比阳极区大, ,因此当因此当采取正接时将构成采取正接时将构成锥度较大的锥形电锥度较大的锥形电弧弧, ,产生的轴向推力产生的轴向推力大大, ,电弧压力也大电弧压力也大, ,如图如图1-341-34所示。所示。图图1-34 1-34 钨极氩弧焊电弧力与电极极性的关系钨极氩弧焊电弧力与电极极性的关系长大工院机械系长大工院机械系Yang
97、tze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧4.4.气体介质气体介质 不同种类的气体不同种类的气体介质热物理性能不同介质热物理性能不同, ,故对电弧力的影响也不故对电弧力的影响也不同。导热性强的气体，同。导热性强的气体，或分子是由多原子组成或分子是由多原子组成的气体耗费的热能多的气体耗费的热能多, ,能引起电弧的收缩能引起电弧的收缩, ,因因此导致电弧力的添加此导致电弧力的添加, ,如图如图1-351-35所示。当电弧所示。当电弧空间气体压力添加或气空间气体压力添加或气体流量添加时，也会引体流量添加时，也会引起电
98、弧收缩起电弧收缩, ,导致电弧导致电弧力添加。力添加。图图1-35 1-35 电弧力与气体介质的关系电弧力与气体介质的关系长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧5.5.钨极端部的几何钨极端部的几何外形外形 钨极端部的几钨极端部的几何外形与电弧作用何外形与电弧作用在熔池上的力有亲在熔池上的力有亲密关系。当钨极端密关系。当钨极端部的角度变化时部的角度变化时, ,电弧力也发生变化电弧力也发生变化, ,如图如图1-361-36所示所示, ,当当角度为角度为4545度时具有度时具有
99、最大的电弧压力。最大的电弧压力。图图1-36 1-36 电弧力与电极端部角度的关系电弧力与电极端部角度的关系长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧1.7 1.7 焊接电弧的稳定性及其影响要素焊接电弧的稳定性及其影响要素1.7.11.7.1焊接电弧的稳定性焊接电弧的稳定性 焊接电弧的稳定性是指焊接时电弧焊接电弧的稳定性是指焊接时电弧坚持稳定熄灭的程度。当焊接电弧的稳定坚持稳定熄灭的程度。当焊接电弧的稳定性好时性好时, ,电弧可在长时间内延续稳定地熄电弧可在长时间内延续稳定地
100、熄灭灭, ,不产生断弧不产生断弧, ,不产生漂移和磁偏吹等景不产生漂移和磁偏吹等景象象, ,而坚持电弧电压和焊接电流根本不变。而坚持电弧电压和焊接电流根本不变。而当焊接电弧的稳定性差时而当焊接电弧的稳定性差时, ,电弧电压和电弧电压和焊接电流动摇很大焊接电流动摇很大, ,经常使焊接过程无法经常使焊接过程无法进展进展, ,不仅能恶化焊缝成形不仅能恶化焊缝成形, ,而且能大大降而且能大大降低焊缝的内在质量。低焊缝的内在质量。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧1.7.2 1
101、.7.2 焊接电弧稳定性的影响要素焊接电弧稳定性的影响要素 影响焊接电弧稳定性的要素很多影响焊接电弧稳定性的要素很多, ,除除了操作人员技术熟练程度以外，还有以下要了操作人员技术熟练程度以外，还有以下要素素: :1.1.焊接电源焊接电源 焊接电源的空载电压越高，越有利焊接电源的空载电压越高，越有利于场致发射和场致电离于场致发射和场致电离, ,因此电弧的稳定性因此电弧的稳定性越高。此外，焊接电源的外特性还必需与焊越高。此外，焊接电源的外特性还必需与焊接电弧的静特性相匹配接电弧的静特性相匹配, ,而且还应具有适宜而且还应具有适宜的动特性的动特性, ,只需这样，才干使焊接电弧稳定只需这样，才干使焊接
102、电弧稳定地熄灭。地熄灭。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧2.2.焊接电流和电弧电压焊接电流和电弧电压 焊接电流大时的电弧温度比焊接电流小时高焊接电流大时的电弧温度比焊接电流小时高, ,因此电弧中的热电离比焊接电流小时剧烈因此电弧中的热电离比焊接电流小时剧烈, ,可以可以产生更多的带电粒子产生更多的带电粒子, ,因此电弧更为稳定。电弧因此电弧更为稳定。电弧电压增大意味着电弧的长度增大电压增大意味着电弧的长度增大, ,当电弧过长时当电弧过长时, ,电弧会发生猛烈摆动电弧
103、会发生猛烈摆动, ,使电弧的稳定性下降。使电弧的稳定性下降。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧3.3.电流的种类和极性电流的种类和极性 焊接电流可分为直流、交流和脉冲直流三焊接电流可分为直流、交流和脉冲直流三种类型。其中，以直流电弧为最稳定种类型。其中，以直流电弧为最稳定, ,脉冲直脉冲直流次之流次之, ,交流电弧稳定性最差。交流电弧稳定性最差。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering techno
104、logy第一章第一章 焊接电弧焊接电弧 直流电弧的极性对于熔化极电弧焊来说,由于受熔滴过渡稳定性的影响,通常是直流反接好于直流正接。对于钨极氩弧焊来说,由于钨属于热阴极资料，可以流过较大的电流,而电流越大，越有利于电子热发射和热电离,因此直流正接时的电弧稳定性好于直流反接时的稳定性。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧4.4.焊条药皮和焊剂焊条药皮和焊剂 当焊条药皮或焊剂中含有较多电离能低的元当焊条药皮或焊剂中含有较多电离能低的元素素( (如如K K、NaNa、CaCa
105、等等) )或它们的化合物时或它们的化合物时, ,由于容易由于容易电离电离, ,使电弧气氛中的带电粒子增多使电弧气氛中的带电粒子增多. .因此可以提因此可以提高电弧的稳定性高电弧的稳定性, ,如酸性焊条药皮常参与的长石如酸性焊条药皮常参与的长石(SiO2 ,Al2O3,k2O+Na2O)(SiO2 ,Al2O3,k2O+Na2O)、云母、云母( SiO2 ( SiO2 ,Al2O3,k2O,H2O),Al2O3,k2O,H2O)和烧结焊剂中常参与的大理石和烧结焊剂中常参与的大理石(CaCO3)(CaCO3)就具有这样的作用。就具有这样的作用。 但是当药皮或焊剂中含有较多电离能比较高的氟化物但是当
106、药皮或焊剂中含有较多电离能比较高的氟化物( (如如CaF2)CaF2)、氯化物、氯化物( (如如KClKCl、NaCl)NaCl)时时, ,由于能降低电弧气氛由于能降低电弧气氛的电离程度的电离程度, ,因此降低电弧的稳定性。因此降低电弧的稳定性。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧5.5.磁偏吹磁偏吹 所谓磁偏吹，是指焊接时由于某种缘由使电弧所谓磁偏吹，是指焊接时由于某种缘由使电弧周围磁场分布的均匀性遭到破坏，从而导致焊接电周围磁场分布的均匀性遭到破坏，从而导致焊接电弧
107、偏离焊丝弧偏离焊丝( (或焊条或焊条) )的轴线而向某一方向偏吹的景的轴线而向某一方向偏吹的景象。当采用直流电焊接时能产生严重的磁偏吹，而象。当采用直流电焊接时能产生严重的磁偏吹，而采用交流电焊接时要弱得多。采用交流电焊接时要弱得多。 当电弧周围的磁场是均匀的、磁力线分布相对电弧当电弧周围的磁场是均匀的、磁力线分布相对电弧轴线是对称的时候，电弧能轴向对称，但当电弧周围的轴线是对称的时候，电弧能轴向对称，但当电弧周围的磁场分布不均匀磁场分布不均匀, ,使电弧一侧的电磁力大于另一侧时，电使电弧一侧的电磁力大于另一侧时，电弧就要偏向一侧。可以引起磁偏吹的情况有以下几种弧就要偏向一侧。可以引起磁偏吹的
108、情况有以下几种: :长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧1 1地线接线位地线接线位置置 偏向电弧一侧偏向电弧一侧 如图如图1-391-39所示所示. . 地地线接线的位置在电线接线的位置在电弧挪动方向的左侧弧挪动方向的左侧, ,焊接时焊接时, ,除焊接电除焊接电弧能产生磁场外弧能产生磁场外, ,焊件上接地线一侧焊件上接地线一侧的母材由于流过电的母材由于流过电流，也产生磁场流，也产生磁场, ,因此加大了电弧左因此加大了电弧左侧的磁场侧的磁场, ,使电弧使电弧向右侧偏吹。向
109、右侧偏吹。 图图1-39 1-39 地线接线位置产生的磁偏吹地线接线位置产生的磁偏吹 长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧2 2 电弧一侧放置铁磁物质电弧一侧放置铁磁物质 如图如图1-401-40所示所示, ,铁磁物质放置在电弧挪动方铁磁物质放置在电弧挪动方向的右侧向的右侧, ,由于铁磁物质磁导率大由于铁磁物质磁导率大, ,使磁力线大部使磁力线大部分经过铁磁物质构成回路分经过铁磁物质构成回路, ,而使该侧空间中的磁而使该侧空间中的磁力线数量大大减少力线数量大大减少, ,
110、因此导致电弧两侧受力不平因此导致电弧两侧受力不平衡衡. .使电弧向右侧偏吹。使电弧向右侧偏吹。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧图图1-40 1-40 电弧一侧铁磁物体引起的磁偏吹电弧一侧铁磁物体引起的磁偏吹长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧3 3平行电弧平行电弧之间之间 当两个平行当两个平行电弧的电流方向电弧的电流方向一样时，相互之一样时，
111、相互之间产生吸引；当间产生吸引；当电流方向相反时，电流方向相反时，相互之间产生排相互之间产生排斥，如图斥，如图1-411-41所所示。示。图图1-41 1-41 平行电弧间产生的磁偏吹平行电弧间产生的磁偏吹a)a)同向电流的电弧相互吸引同向电流的电弧相互吸引 b) b)反向电反向电流的电弧相互排斥流的电弧相互排斥长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧6.6.其它要素其它要素 焊件上假设有铁锈、水分以及油污等时焊件上假设有铁锈、水分以及油污等时, ,由于由于分解时需求吸热分
112、解时需求吸热, ,能减少电弧的热能能减少电弧的热能, ,因此会降低因此会降低电弧的稳定性。在露天电弧的稳定性。在露天, ,特别是在野外大风中焊接特别是在野外大风中焊接时时, ,由于空气的流速快由于空气的流速快, ,也会对焊接电弧的稳定性也会对焊接电弧的稳定性产生有害影响。因此产生有害影响。因此, ,焊接时应将焊接处清理干净焊接时应将焊接处清理干净, ,假设有风假设有风, ,还应采取适当的挡风措施。还应采取适当的挡风措施。长大工院机械系长大工院机械系Yangtze university college of engineering technology第一章第一章 焊接电弧焊接电弧复习思索题复习
113、思索题 1 1 解释以下名词：焊接电弧、热电离、场致电离、光电离、解释以下名词：焊接电弧、热电离、场致电离、光电离、热发射、场致发射、光发射、粒子碰撞发射、热阴极型电热发射、场致发射、光发射、粒子碰撞发射、热阴极型电极、冷阴极型电极。极、冷阴极型电极。2 2 试述电弧中带电粒子的产生方式。试述电弧中带电粒子的产生方式。3 3 焊接电弧由哪几部分组成？试述各区域的导电机构。焊接电弧由哪几部分组成？试述各区域的导电机构。4 4 何谓最小电压原理？何谓最小电压原理？5 5 什么是焊接电弧静特性？各种弧焊方法的电弧静特性有什什么是焊接电弧静特性？各种弧焊方法的电弧静特性有什么特点？么特点？6 6 什么是焊接电弧动特性？它反映了焊接电弧的何种特性？什么是焊接电弧动特性？它反映了焊接电弧的何种特性？7 7 试述焊接电弧的产热机构以及焊接电弧的温度分布。试述焊接电弧的产热机构以及焊接电弧的温度分布。8 8 焊接电弧能产生哪些电弧力？阐明它们的产生缘由以及影焊接电弧能产生哪些电弧力？阐明它们的产生缘由以及影响焊接电弧力的要素。响焊接电弧力的要素。9 9 试述影响焊接电弧稳定性的要素。试述影响焊接电弧稳定性的要素。
