焊接工艺2(焊工工艺学电子教案)

第三章：焊接电弧电弧具有两个特性，即它能放出强烈的光和大量的热。

电弧发出的光和热被普遍地应用于工业上，如电弧是所有电弧焊接方式的能源。

到目前为止，电弧焊在焊接方式中其因此仍占据着主腹地位，一个重要的缘故确实是因为电弧能有效而简便地把电能转换成熔化焊接进程所需要的热能和机械能。

为了熟悉和把握电弧焊方式，第一必需弄清电弧的实质，把握电弧的基础知识。

本章确实是从理论上对电弧的性质及作用进行分析，通过学习，使咱们能把焊接电弧的知识应用到电弧焊焊接工作中去，从而达到提高焊接质量的目的。

第一节：焊接电弧的引燃进程一、焊接电弧的概念焊接时，将焊条与焊件接触后专门快拉开，在焊条端部和焊件之间当即会产生敞亮的电弧,电弧是一种气体放电现象。

咱们在日常生活中常常能够看到气体放电现象，例如，每当咱们切断电源的时候，在闸刀方才离开接触处的刹时，往往会产生敞亮的火花，这确实是气体放电的现象。

但它与焊接电弧相较较，焊接电弧不但能量大，而且持续持久。

因此咱们能够说：“由焊接电源供给的，具有必然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。

一样情形下，由于气体的分子和原子都是呈中性的，气体中几乎没有带电质点，因此气体不能导电，电流也通只是，电弧就不能自发地产生。

要使气体呈现导电性必需使气体电离，气体电离后，原先气体中的一些中性分子或原子转变成电子、正离子等带电质点，如此电流才能通过气体间隙而形成电弧。

１．气体电离气体和自然界的一切物质一样，电子是按必然的轨道围绕原子核运动，在常态下原子是呈中性的。

但在必然的条件下，气体原子中的电子从外面取得足够的能量，就能够离开原子核的引力而成为自由电子，同时原子由于失去电子而成为正离子。

这种使中性的气体分子或原子释放电子形成正离子的进程称为气体电离。

使气体电离所需要的能量称为电离电位（或电离功）。

不同的气体或元素，由于原子构造不同，其电离电位也不同。

在焊接时，使气体介质电离的种类要紧有热电离、电场作用下的电离、光电离。

（１）热电离：气体粒子受热的作用而产生的电离称为热电离。

温度越高，热电离作用越大。

（２）电场作用下的电离：带电粒子在电场的作用下，各作定向高速运动，产生较大的动能，当不断与中性粒子相碰撞时，那么不断地产生电离。

如两电极间的电压越高，电场作用越大，那么电离作用越强烈。

（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．阴极电子发射阴极的金属表面持续地向外发射出电子的现象，称为阴极电子发射。

焊接时，气体的电离是产生电弧的重要条件，可是，若是只有气体电离而阴极不能发射电子，没有电流通过，那么电弧仍是不能形成。

因此阴极电子发射也和气体电离一样，二者都是电弧产生和维持的必要条件。

一样情形下，电子是不能自由离开金属表面向外发射的，要使电子逸出电极金属表面而产生电子发射，就必需加给电子必然的能量，使它克服电极金属内部正也荷对它的静电引力。

所加的能量越大，促使阴极产生电子发射作用就越强烈。

电子从阴极金属表面逸出所需要的能量称为逸出功，电子逸出功的大小与阴极的成份有关。

焊接时，依照阴极所吸收的能量的不同，所产生的电子发射有以下几类：热发射、电场发射、撞击发射等。

阴极发射电子后，又从焊接电源取得新的电子。

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专门快，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，那么热发射作用越强烈。

（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，电子能够取得足够的动能，从阴极表面发射出来。

当两电极的电压越高，金属的逸出功小，那么电场发射作用越大。

（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产生电子发射现象，叫做撞击发射。

若是电场强度越大，在电场的作用下正离子的运动速度也越快那么产生的撞击发射作用也越强烈。

事实上在焊接时，以上几种电子发射作用常常是同时存在，彼此增进的，但在不同条件下，它们所起的作用可能稍有不同。

例如，在引弧进程中，热发射和电场发射起着要紧作用；电弧正常燃烧时，如采纳熔点较高的材料（钨或碳等）作阴极，那么热发射作用较显著；假设用铜或铝等作阴极时，撞击发射和电场发射就起要紧阻碍；而钢作阴极时，那么和热发射、撞击发射、电场发射都有关系。

二、焊接电弧的引燃进程上面所讨论的气体电离及阴极电子发射，是电弧燃烧的必要条件，咱们把开始造成两电极间气体发生电离及阴极电子发射而引发电弧燃烧的进程叫电弧引燃。

电弧的引燃是先将通上焊接电源的焊条结尾与焊件表面相接触，然后专门快地将焊条拉开至与焊件表面距离３～４ｍｍ的间隙，那么电弧就在焊条与焊件的间隙中燃烧了。

焊接时，什么缘故第一要将焊条与焊件相接触，然后专门快拉开至３～４ｍｍ电弧才能引燃呢？它的理论依据是什么呢？下面咱们针对那个问题来进行分析。

当焊条结尾与焊件表面相接触时，焊接回路就发生了短路，这时可使回路电流增大到最大值。

另外，由于电极表面的不平整，因此在接触部份通过的电流密度超级大，依照焦耳·楞次定律（Q=Ｉ2Ｒｔ）能够明白，由于电流的热作用，使接触部份的签属温度猛烈地升高而熔化，乃至部份发生蒸发而变成金属蒸气。

当专门快地提起焊条时，在焊条离开焊件的刹时，壮大的电流只能从熔化金属的细颈通过，由大电流密度而产生的热作用突然增大，使细颈部份液体金属的温度猛烈升高，乃至像“保险丝”气化爆裂那样，使两极液体金属迅速分开。

由于短路时壮大电流的热作用及金属蒸气的存在，促使焊条与焊件的间隙中气体温度增高，在热与电场的作用下，这些高温气体就会发生电离，如此，在焊条与焊件的气体间隙中就充满了带电粒子、电子及正离子，因此就具有了电弧在那个地址燃烧的条件。

同时当焊条与焊件接触而发生短路时，数值专门大的短路电流使电源电压急剧的降低，几乎达到零值。

可是当焊条提起离开焊件的刹时，焊接回路中的电流就急剧的减小。

焊条与焊件之间的电股叵快的增高到能知足电弧燃烧所需要的电压值（一样为１８～２４Ｖ）。

而且在电压恢复的刹时，由于两极间电场强度专门大，于是电场发射作用当即产牛，而热发射、撞击发射也随之产生。

如此，在阴极不断发射电子和两极间气体微粒持续地发生电离和中和的进程，并在电场作用下，带电粒子各自作定向高速运动，电弧便引燃起来了。

在焊接进程中，电源电压由短路时的零值增到电弧复燃的电压值所需要的体可，称为电压恢复时刻。

电压恢复时刻关于焊接电弧的复燃及焊接进程中电弧的稳固性具有重大的实际意义。

那个时刻长或短，是由弧焊机的特性来决定的。

在电弧焊接时，对电压恢复时刻要来越短越好，一样不超过、若是电庄恢复时刻太长，那么电弧就不容易引燃并造成焊接进程不稳固。

焊接电弧引燃的顺利与否，还与如下几个因素有关：焊接电流强度、电弧中的电离物质。

电源的空载电压及其特性等。

若是焊接电流大，电弧中又存在容易电离的元素，电源的空载电压高时，那么电弧的引燃就容易。

第二节：焊接电弧的构造及静特性一、焊接电弧的构造及温度焊接电弧的构造可划分三个区域；阴极区、阳极区、弧柱。

电弧焊是利用电弧的热能来达到连接金属的目的。

电弧的热能是由上述各个区域的电进程作用下产生的，由于各区域的电进程特点不同，因此各区域所放出的能量及温度的散布也是不相同的。

１、阴极区电弧紧靠负电极的区域称为阴极区，阴极区很窄，约为１０-5～10-6ｃｍ。

在阴极区的阴极表面有一个明显的光亮斑点，它是电弧放电时，负电极表面上集中发射电子的微小区域。

称为阴极辉点。

阴极区的温度一样达2130～3230℃，放出的热量占36％左右。

阴极温度的高低要紧取决于阴极的电极材料，而且阴极而温度一样都低于阴极金属材料的沸点，另外，若是增加电极中的电流密度，那么阴极区的温度也能够相应提高。

２、阳极区电弧紧靠正电极的区域称为阳极区，阳极区较阻极区宽，约为10-3—10-4ｃｍ。

在阳极区的阳极表面也有光亮的斑点，它是电弧放电时，正电极表面上集中接收电子的微小区域．称为阳极辉点。

阳极不发射电子，消耗能量少，因此在和阴极材料相同时，阳极区的温度略高于阴极，阳极区的温度一样达2330—3930℃，放出热量占43％左右。

一样手工电弧焊时，阳极的温度比阴极的温度高些。

３、弧柱电弧阴极区和阳极区之间的部份称为弧柱。

由于阴极区和阳极区都很窄，因此弧柱的长度大体上等于电弧长度。

弧柱中所进行的电进程较复杂，而且它的温度不受材料沸点的限制，因此弧柱的中心温度可达5730～7730℃。

放出的热量占21％左右（手工电弧焊）。

弧柱的温度与弧柱中气体介质和焊接电流大小等因素有关；焊接电流越大，弧柱中电离程度也越大，弧柱温度也越高。

以上是直流电弧的热量和温度分市情形·而交流电弧由于电源的极性是周期性地改变的（５０ＨＺ），因此两个电极区的温度趋于一致（近似于它们的平均值）４、电弧电压电弧两头（两电极）之间的电压降称为电弧电压。

当弧长一按时，电弧电压的散布如P41页图３—５所示。

电弧电压用下式表示：－。

Ｕ弧=Ｕ阴+Ｕ阳+Ｕ柱=Ｕ阴+Ｕ阳十bl弧式中：Ｕ弧——电弧电压（Ｖ）；Ｕ阴——阴极压降（Ｖ）。

Ｕ阳——阳极压降（Ｖ）；Ｕ柱——弧柱压降（Ｖ）；ｂ——单位长度的弧柱压降，一样为２０～４０Ｖ／ｃｍ；l弧——电弧长度（ｃｍ）。

；二、电孤的静特性在电极材料、气体介质和弧长必然的情形下，电弧稳固燃烧时，焊接电流与电弧电压转变的关系称为电弧静特性，一样也称伏—安特性。

表示它们关系的曲线叫做电弧的静特性曲线。

１．电弧静特性曲线电弧静特性曲线呈Ｕ形，它有三个不同的区域，当电流较小时．电弧静特性是属下降特性区，即随着电流增加电压减小；当电流稍大时，电弧静特性属平特性区，即电流大小转变，而电压几乎不变；当电流较大时，电弧静特性属上升特性区，电压随电流的增加而升高.２．焊接方式不同时的电弧静特性曲线不同的电弧焊方式，在必然的条件下，其静特性只是曲线的某上区域。

（1）、手工电弧焊手弧焊时，由于利用电流受到限制（手弧焊设备的额定电流值不大于500Ａ），故其静特性曲线无上升特性区。

（2）、埋弧自动焊在正常电流密度下焊接时，其静特性为平特性区，采纳大电流密度焊接时，其静特性为上升特性区。

（3）、钨极氩弧焊一样在小电流区间焊接时，其静特性为下降特性区；在大电流区间焊接时，静特性为平特性区。

（４）、细丝熔化极气体爱惜焊由于电流密度较大，因此其静特性曲线为上升特性区。

在一样情形下，电弧电压老是和电弧长度成正比地转变，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。

第三节：焊接电源的极性、应用及电弧的稳固性一、焊接电源的极性在焊接进程中，直流弧焊发电机的两个极（正极和负极）别离接到焊件和焊钳上。

之前一节电弧的构造及温度可知，当焊件或焊钳所接的正、负极不同测温度也相应不同。