《焊接方法及設(shè)備》PPT課件.ppt

第一篇 焊接方法及設(shè)備,第一章 電弧焊基本知識,一 基本要求 熟練掌握本章的基本概念，理解并掌握最小電壓原理、電弧力。了解電弧各個(gè)區(qū)域的組成、導(dǎo)電機(jī)構(gòu)、產(chǎn)熱機(jī)構(gòu)、交流電弧的特點(diǎn)以及陰極斑點(diǎn)的特點(diǎn)及其對焊接質(zhì)量的影響。 二 基本概念 電弧、氣體放電、電離、電子發(fā)射、陰極斑點(diǎn)、陽極斑點(diǎn)、剛直性、磁偏吹、電離能、逸出功、電離電壓、逸出電壓 三 難點(diǎn) 1）最小電壓原理 2）電弧的導(dǎo)電機(jī)構(gòu) 四 重點(diǎn) 1）電弧、電離、氣體放電、剛直性、磁偏吹等一些基本概念。 2）電弧力。 3）電弧的產(chǎn)熱機(jī)理。 4）陰極斑點(diǎn)的特點(diǎn)。 5）最小電壓原理。,1-1 焊接電弧,一） 電弧的基本概念 1、電?。弘娀∈且环N氣體放電 現(xiàn)象，通過放電將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芘c機(jī)械能。 2、氣體放電：兩極間的氣體被擊穿而導(dǎo)電的過程。 非自持放電：放電本身不能產(chǎn)生導(dǎo)電所需的帶電粒 子（A+、e）。 自持放電：放電本身能產(chǎn)生導(dǎo)電所需的帶電粒子 （A+、e）；有暗放電、 輝光放電、 電弧放電等三 種。,+,-,電弧,Ua,Ia,電弧放電,輝光放電,暗放電,暗放電,自持放電,非自持放電,U,I,導(dǎo)體導(dǎo)電,二） 帶電粒子的產(chǎn)生過程 產(chǎn)生方式： 電離： 氣體中性原子或分子（ A ）分離為正離子 （ A+ ）和電子（ e ）的過程。 電子發(fā)射： 金屬表面逸出電子的現(xiàn)象 （一）電離與激勵(lì) 1、電離：在一定條件下中性原子或分子分離成A+及e的現(xiàn)象。 A A+ + e - Wi 電離能：原子或分子電離所需要的能量 單位為J或ev 電子伏：一個(gè)電子被1V的電壓所加速得到的能量。 電離電壓：電離能/電子帶電量。 一次電離：AA+e 二次電離：A+A+e n次電離：A（n-1）+An+e,多原子分子的電離： 多原子分子電離能小于對應(yīng)原子的電離能，因此，一般先分解為原子后再電離。 只有NO的電離能小于N和O的電離能，因此可直接電離。,2、 激勵(lì)：氣體原子得到的一定的能量，雖然小于Wi，但可 使電子從低能級躍遷到高能級。這種現(xiàn)象叫激勵(lì)。 激勵(lì)能：所需的最小外加能量叫激勵(lì)能We。 激勵(lì)能電壓：激勵(lì)能We/e。 3、能量傳遞方式 1） 碰撞：粒子間通過相互碰撞而交換能量 彈性碰撞：僅發(fā)生動(dòng)能再分配 非彈性碰撞：交換的能量勢能，從而導(dǎo)致電離或激勵(lì)。,2） 光幅射：在光的輻射下，中性粒子直接吸收光量子 的能量。,A,A+,A-,e,A,A,e,h eUi,4、電離的分類： 1） 熱電離：氣體粒子受熱的作用而產(chǎn)生電離 實(shí)質(zhì)：中性粒子通過與電子碰撞，接收電子能量而電離。 電離度：電離了的粒子數(shù)量與電離前離子數(shù)量之比。 0.01%0.12% 熱解離：在熱量的作用下，多原子分子分解為原子。 解離能：分子熱解離所需要的能量 2） 電場作用下的電離：A+、e在電場作用下被加速、與A碰撞 使其電離的過程。 主要是e的作用：電子獲得的能量是A+的4倍。 3） 光電離：A直接捕捉光量子并吸收其能量而電離。 波長越小越易促進(jìn)光電離，電弧波長包括紅外線、紫外線 可見光、可使AI、K、Na原子光電離。但不能使Ar、He、Fe 等電離。,（二）電子發(fā)射 1、基本概念 1） 電子發(fā)射：電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象。 對電弧導(dǎo)電起作用的主要是陰極的發(fā)射。 2） 逸出功（Ww）：電子發(fā)射所需的最小能量。 3） 逸出電壓：Ww/e 物理意義：Ww越小，引弧越容易，電弧穩(wěn)弧性越好。 4） Ww主要影響因素： 材料種類， K、Na之Ww較低。 表面狀態(tài)：有氧化物時(shí)，逸出功降低 加入雜質(zhì)，例如，釷、鈰及鑭等可降低Ww。,-,2、分類 1）熱發(fā)射：在熱量的作用下產(chǎn)生的發(fā)射 產(chǎn)生條件：陰極溫度足夠高 特點(diǎn)：對陰極有冷卻作用，這一點(diǎn)對TIG焊具有重要意義?？商岣遅極的載流能力。 2）電場發(fā)射：金屬表面的電子在電場力的作用下逸出的現(xiàn)象。 特點(diǎn)：對陰極的冷卻作用很小。 3）光發(fā)射：光幅射作用下產(chǎn)生的發(fā)射。實(shí)際電弧中產(chǎn)生光發(fā)射的可能性很小。 4）粒子碰撞發(fā)射：高速運(yùn)動(dòng)的A+碰撞到陰極上導(dǎo)致的發(fā)射。,庫侖力,（三）負(fù)離子的產(chǎn)生 中性粒子與電子結(jié)合的過程，是一個(gè)放熱過程，所放出的熱量被稱為電子親和能。 A + e A- + W 注意： 1）親和能高的原子易形成A-，但高溫下不利于放熱反應(yīng)。 2）交流電弧過零時(shí)，易形成。 3）易在電弧周邊形成。 4）不利于電弧穩(wěn)定。 因此電弧中含有F、Cl等元素時(shí)，電弧不穩(wěn)定。 （四）擴(kuò)散與復(fù)合 擴(kuò)散：電弧中心處A+、e較多，e易向周邊運(yùn)動(dòng)。當(dāng)周邊電子濃度達(dá)到一定值后，在e吸引下，A+也向周邊運(yùn)動(dòng)。從而在周邊復(fù)合 A+eA+Wi A+A2A+Wi,A-,A,e,+,A,+,A,A,e,三） 電弧各區(qū)域的導(dǎo)電機(jī)構(gòu) （一）區(qū)域組成 由陰極區(qū)、陽極區(qū)、弧柱三部分組成。 1、陰極區(qū)：長度極短、電壓較大、E（電場強(qiáng)度）極高 2、陽極區(qū)：長度也極短、電壓較大、E極高 3、弧柱區(qū)長度基本上等于電弧長度，E較小,UA,UC,UK,陽極區(qū),陰極區(qū),弧柱,-,+,10-510-6cm,10-210-4cm,（二）弧柱區(qū)的導(dǎo)電機(jī)構(gòu) 所謂導(dǎo)電機(jī)構(gòu)就是指帶電粒子產(chǎn)生、運(yùn)動(dòng)方式。 1、帶電粒子的產(chǎn)生 1）電離：熱電離 光電離 電場作用的電離 2）陰極區(qū)注入的電子 3）陽極區(qū)注入的正離子 2、帶電離子的運(yùn)動(dòng) A+沖向陰極正離子流IA+ e沖向陽極電子流Ie I =IA+Ie 其中：IA+ = 0.1%I Ie = 99.9%I 3、特點(diǎn)： 1）電中性； 2）E小、Ua小,IA+,Ie,I,三）、陰極區(qū)的導(dǎo)電機(jī)構(gòu) 1、陰極區(qū)在導(dǎo)電過程中的作用 1)產(chǎn)生弧柱區(qū)導(dǎo)電所需要電子流 Ie=0.999I 2)接收弧柱區(qū)來的正離子流IA+=0.001I 由于陰極材料種類、電流大小以及電弧氣體介質(zhì)不同，陰極區(qū)可分為： 2、熱發(fā)射型導(dǎo)電機(jī)構(gòu) 1）產(chǎn)生條件：W、C陰極，且電流很大 2）帶電粒子的產(chǎn)生方式：熱發(fā)射 熱陰極：弧柱導(dǎo)電所需要的電子可完全由熱發(fā)生來產(chǎn)生的 陰極。 冷陰極：熱發(fā)射能力不足的陰極。 熱陰極材料：熔點(diǎn)高的材料 冷陰極材料：熔點(diǎn)低的材料。 3）特點(diǎn)：無陰極區(qū)、無陰極壓降Vk,3、電場發(fā)射型導(dǎo)電機(jī)構(gòu) 1) 條件：（a）W、C陰極、且I較小 （b）Al、Fe、Cu作陰極 2) 帶電離子產(chǎn)生方式 （1）場發(fā)射 （2）場電離 （3）熱發(fā)射 （4）碰撞發(fā)射,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,Uk,陰極區(qū),弧柱區(qū),電場發(fā)射型導(dǎo)電機(jī)構(gòu),陰極,熱發(fā)射,場發(fā)射,碰撞發(fā)射,場電離,0.999I,c) 特點(diǎn)： （1）陰極附近存在正電荷區(qū)陰極區(qū) （2）陰極區(qū)斷面收縮 （3）陰極表面上產(chǎn)生陰極斑點(diǎn) 3）等離子型導(dǎo)電機(jī)構(gòu) A、條件： 1） W、C陰極，且I較小：或AI、Fe、Cu陰極；且 2） 電壓較小，UkUi B、帶電粒子產(chǎn)生方式：熱電離 C、特點(diǎn)：同上,（四）陽極區(qū)的導(dǎo)電機(jī)構(gòu) 1、陽極區(qū)在導(dǎo)電過程中的作用 1)接收弧柱區(qū)來的電子流 Ie=0.999I 2)產(chǎn)生弧柱區(qū)所需