电弧焊基础知识 PPT

1.1 气体的电离
第一电离能：中性气体粒子失去第一个电子所需的最小外
加能量； 第二电离能：失去第二个电子所需的能量； 电离能单位：通常以电子伏特（ev）。 电离电压：电子伏特为单位的能量转换为数值上相等的电 离电压表示（因电子电量为常数）。
1.1 气体的电离
当其他条件（如气体的解离性能、热物理性能等）一定时， 电离电压低，表示带电粒子容易产生，有利于电弧导电；相反，
量，使得分子或原子中的电子脱离原子核的束缚而成为 自由电子和正离子的过程。 气体的电离的方式： 热电离：气体粒子受热的作用而产生电粒子的热运动 形一种电离过程。 场致电离：在两电极间的电场作用下，气体中的带电 粒子的运动被加速，与中性粒子碰撞产生电离。 光电离：受到光辐射的作用而产生的电离过程。
单元一
电弧焊基础知识
教学目标：
1. 了解电弧热、电弧力及电弧稳定性； 2. 掌握焊丝的熔化与熔滴过渡规律； 3. 会分析和控制母材的熔化与焊缝成型 。
模块一
焊接电弧
电弧是所有电弧焊方法的能源。电弧把弧
焊电源输送的电能转换成热能和机械能。为了
弄清楚电弧是怎样实现能量转换和这种能源的
利用，这就需要深入了解焊接电弧的物理本质
3 电弧力
电磁收缩力：径向电磁力
等离子流力：电磁动压力
轴向电磁力
斑点力：阴极斑点力
阳极斑点力
3 电弧力 电磁收缩力
相互吸引力，大小与流 过的电流大小成正比，与两 根导线之间的距离成反比， 导体断面有收缩的倾向。
3 电弧力
电磁静压力
电磁收缩力呈现上大下小的状态，轴向将产 生压力差，从而产生一个由电极指向工件的推力， 这就是电磁静压力 。
力大
3 电弧力 等离子流力（电磁动压力）
由高温的等离子气流高速运动引起的对 熔池附加的压力。
3 电弧力
斑点力：斑点受到带电粒子的撞击，或金属蒸 汽的反作用而对斑点产生的压力，称为斑点力， 或斑点压力。 阴极斑点力大于阳极斑点力
4 电弧偏吹
电弧偏离焊条轴线的现象叫电弧偏吹。电 弧偏吹使温度分布不均匀，容易产生咬边、未 熔合、夹渣等缺陷，故必须研究引起偏吹的原 因及预防措施。
Av/ev
表面有氧化物 (W-Th)
4.2 4.3 5 6 3.9 3.8 5
2.1 3.73 2 1.8 3.31
1.2 阴极电子发射
阴极斑点：阴极表面经常可以看到发出闪烁的区 域，这个区域称为阴极斑点。 特点：电子发射最集中的区域 电流最集中流过的区域 应用：在焊有色金属及其合金时常用到电弧的阴 极清理作用，就是源于阴极斑点的特性。
电离电压高表示带电粒子难以产生，电弧导电困难。
气体粒子 电离电压/v 气体粒子 电离电压/v
H
O N F He Ar CO2
13.5
13.5 14.5 17.4 24.5 15.7 13.7
K
Na Ca W Al Cu Fe
4.3
5.1 6.1 8.0 5.96 7.68 7.9
H2O
12.6
Cr
7.7
1.2 阴极电子发射
光发射：当阴极表面受到光辐射作用时，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称 为光发射。光发射在阴极电子发射中居次要地位。 粒子碰撞发射：电弧中高速运动的粒子（主要是正离 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称为粒子碰撞发 射。
1.2 阴极电子发射
逸出功：1个电子从金属表面逸出所需要的最低外加能 量，单位是电子伏。因电子电量为常数。，故通常用逸 出电压来表示，单位为V。 逸出功的大小：受电极材料种类及表面状态的影响。 当金属表面存在氧化物时逸出功都会减小。
金属种类 纯金属 W 4.5 4 2.6 3 Fe 4.4 8 3.9 2 Al Cu K 2.0 2 0.4 6 Ca Mg
药皮偏心
接地线位置不当
4.1 产生电弧偏吹的原因
焊条药皮偏心
气流的影响
接地线位置不适当 磁场的影响
4.1 产生电弧偏吹的原因
磁偏吹：电弧在外加磁场的作用下偏离焊丝或焊条 的轴线方向的现象称为磁偏吹。 磁偏吹可以造成电弧熄灭、熔滴过渡不规则、焊 缝成形不良、引起未焊透、夹渣等缺陷。
导线接线位置引起的磁偏吹
1.3 负离子形成
负离子的形成:主要是由中性气体粒子（原子 或分子）吸附一个电子形成的，负离子所带电 量与电子相同，但是质量大，不能有效参与电 弧导电过程，造成电弧不稳。 不希望电弧中存在大量的负离子。 F、Cl、O2、OH、NO等离子亲和能比较大，易于 形成负离子。
2 焊接电弧的温度分布
钢焊条焊接工件时， 阳极区温度约为2600K， 阴极区温度约为2400K， 电弧中心区温度最高，可 达6000~8000 K。 由于电弧截面的特点 所以电流密度及能量密度 在弧柱区较低 。
和各种特性。
1 焊接电弧的物理基础
电弧：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。
两电极之的气体导电，必须具备两个条件：
① 两电极之间有带电粒子；
② 两电极之间有电场。
电弧中带电粒子的产生的条件：
气体的电离和阴极电子发射。
1.1 气体的电离
电离：中性气体粒子（分子或原子）吸收足够的外部能
1子受到一定的外加能量 作用时而逸出的过程。 阴极电子发射的种类： 热发射：在热能的作用下，一部分电子动能达到或超出逸 出功时产生的电子发射现象。 热阴极：热发射的强弱受材料沸点的影响。当采用高沸点 的钨或碳作阴极时（其沸点分别为5950K和4200K），电 极可被加热到很高的温度（一般可达3500K以上），此时， 通过热发射可为电弧提供足够的电子。
1.2 阴极电子发射
场致发射：当阴极表面空间存在一定强度的正电场时， 阴极内部的电子将受到电场力的作用。当此力达到一 定程度时电子便会逸出阴极表面，这种电子发射现象 称为场致发射。
冷阴极：当采用钢、铜、铝等低沸点材料作阴极时 （其沸点分别为3013K、2868K和2770K），阴极加热 温度受材料沸点限制不可能很高，此时以场致发射为 主，热发射为辅而已。
4.1 产生电弧偏吹的原因