第一章焊接電弧及其特性

1、1第一章 焊接電弧及其電特性2第一章 焊接電弧及其特性第一節(jié)第一節(jié) 焊接電弧的物理本質(zhì)和引燃焊接電弧的物理本質(zhì)和引燃第二節(jié)第二節(jié) 焊接電弧的結(jié)構(gòu)和伏安特性焊接電弧的結(jié)構(gòu)和伏安特性第三節(jié)第三節(jié) 交流電弧交流電弧第四節(jié)第四節(jié) 焊接電弧的分類(lèi)及其特點(diǎn)焊接電弧的分類(lèi)及其特點(diǎn)第一章 焊接電弧及其電特性3第一節(jié)第一節(jié) 焊接電弧的物理本質(zhì)和引燃焊接電弧的物理本質(zhì)和引燃電弧是一段導(dǎo)體導(dǎo)體導(dǎo)體？導(dǎo)體？電弧是一種氣體放電氣體放電現(xiàn)象氣體放電？氣體放電？電弧為什么能夠?qū)щ?？電弧為什么能夠?qū)щ姡侩娀∪绾我?？電弧如何引燃？第一?焊接電弧及其電特性4氣體原子的激發(fā)、電離和陰極電子發(fā)射 氣體氣體原子的原子的激發(fā)與電離激

2、發(fā)與電離陰極陰極電子發(fā)射電子發(fā)射 引燃電弧并維持電弧燃燒的引燃電弧并維持電弧燃燒的能量來(lái)源能量來(lái)源主要是主要是兩電極兩電極間的電場(chǎng)間的電場(chǎng)及由其產(chǎn)生的熱、光和動(dòng)能。及由其產(chǎn)生的熱、光和動(dòng)能。 維持電弧維持電弧穩(wěn)定燃燒的條件穩(wěn)定燃燒的條件是：是： 1. 氣體原子不斷的被激發(fā)和電離；氣體原子不斷的被激發(fā)和電離； 2. 陰極不斷地發(fā)射電子。陰極不斷地發(fā)射電子。第一章 焊接電弧及其電特性5氣體原子的激發(fā)與電離氣體原子的激發(fā)與電離激發(fā)：激發(fā)： 氣體原子得到外加氣體原子得到外加能量，電子從一個(gè)較能量，電子從一個(gè)較低的能級(jí)跳到另一個(gè)低的能級(jí)跳到另一個(gè)較高能級(jí)的現(xiàn)象叫較高能級(jí)的現(xiàn)象叫“激發(fā)激發(fā)”。使原子躍。使

3、原子躍遷至激發(fā)狀態(tài)所需的遷至激發(fā)狀態(tài)所需的能量叫能量叫“激發(fā)能激發(fā)能”。電離電離 使氣體元素中的電使氣體元素中的電子完全脫離原子核的束子完全脫離原子核的束縛形成離子和自由電子縛形成離子和自由電子的過(guò)程稱(chēng)為的過(guò)程稱(chēng)為“電離電離”。由原子形成正離子所需由原子形成正離子所需的能量稱(chēng)為的能量稱(chēng)為“電離能電離能El ” 。第一章 焊接電弧及其電特性6氣體原子氣體原子 的的 電離形式電離形式撞擊電離撞擊電離熱電離熱電離光電離光電離氣體原子（或分子）氣體原子（或分子）吸收了光射線(xiàn)的光子能吸收了光射線(xiàn)的光子能而產(chǎn)生的電離。而產(chǎn)生的電離。第一章 焊接電弧及其電特性7氣體離子與電子的復(fù)合氣體離子與電子的復(fù)合 中性

4、原子中性原子正離子正離子電子電子 （電離）（電離）中和中和中性原子中性原子中性原子中性原子負(fù)離子負(fù)離子 吸附、結(jié)合吸附、結(jié)合電子電子氣體原子與電子的結(jié)合氣體原子與電子的結(jié)合 負(fù)離子負(fù)離子各種元素與電子形成負(fù)離子的傾向決定于它于電子各種元素與電子形成負(fù)離子的傾向決定于它于電子的親和能的親和能 Eq 。 Eq 越大，形成負(fù)離子的傾向越大。越大，形成負(fù)離子的傾向越大。第一章 焊接電弧及其電特性8電弧中常見(jiàn)氣體元素的電離能電弧中常見(jiàn)氣體元素的電離能 E El l、逸出功、逸出功 W Wy y、親和能、親和能 E Eq q(ev)(ev)氣體E El lE Eq q元素元素E El lE Eq qW W

5、y y元素E El lE Eq qW Wy yHe24.580Cu7.721.84.36C11.261.33 4.45Ar15.760Cr6.760.984.59K4.340.30 2.22N14.53 0.54Mo7.101.34.29Na5.140.35 2.33H13.600.8W7.98/4.50B8.300.34.30O13.612.0Fe7.870.854.40F17.423.62/鹵族元素鹵族元素（F、Cl、Br、I 等）的電子親和能最大，降低電弧等）的電子親和能最大，降低電弧的電離度，影響電弧的穩(wěn)定性。的電離度，影響電弧的穩(wěn)定性。堿性焊條藥皮中含有大量堿性焊條藥皮中含有大量Ca

6、F2，因此電弧的穩(wěn)定性較差。，因此電弧的穩(wěn)定性較差。惰性氣體惰性氣體（Ar、He)與電子的親和能最小，所以不可與電子的親和能最小，所以不可能形成負(fù)離子；能形成負(fù)離子；金屬元素金屬元素介于兩者之間。介于兩者之間。 K、Na元素的電離能與親和能較低，能起到穩(wěn)弧作用。第一章 焊接電弧及其電特性9 在陰極表面的原子或分子，接受外界的能量在陰極表面的原子或分子，接受外界的能量而釋放出自由電子的現(xiàn)象稱(chēng)為而釋放出自由電子的現(xiàn)象稱(chēng)為“電子發(fā)射電子發(fā)射”。氣體E El lE Eq q元素元素E El lE Eq qW Wy y元素E El lE Eq qW Wy yHe24.580Cu7.721.84.36C1

7、1.261.334.45Ar15.76 Uyh 時(shí)，電弧再次引燃。時(shí)，電弧再次引燃。 電流過(guò)零時(shí)間越長(zhǎng)，電弧再引燃越困難。電流過(guò)零時(shí)間越長(zhǎng)，電弧再引燃越困難。 電弧電壓和電流波形發(fā)生畸變電弧電壓和電流波形發(fā)生畸變 由于電弧電阻隨弧柱溫度發(fā)生交變，因此電由于電弧電阻隨弧柱溫度發(fā)生交變，因此電弧電壓及焊接電流都不再按正弦規(guī)律變化?；‰妷杭昂附与娏鞫疾辉侔凑乙?guī)律變化。 電弧溫度交變，熱慣性作用較為明顯電弧溫度交變，熱慣性作用較為明顯 第一章 焊接電弧及其電特性19二. 交流電弧連續(xù)燃燒的條件 在焊接主回路加入電感，使焊接電流的變化滯后在焊接主回路加入電感，使焊接電流的變化滯后于電源電壓一個(gè)相位角于

8、電源電壓一個(gè)相位角 。在電流過(guò)零時(shí)，若電源在電流過(guò)零時(shí)，若電源電壓電壓 u 達(dá)到電弧的再引燃電壓達(dá)到電弧的再引燃電壓Uyh ，就可以保持電就可以保持電弧連續(xù)燃燒。弧連續(xù)燃燒。 維持交流電弧連續(xù)燃燒條件的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：維持交流電弧連續(xù)燃燒條件的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 4212220fyhfUUUU第一章 焊接電弧及其電特性20三. 影響交流電弧穩(wěn)定的因素及穩(wěn)弧措施引弧電壓引弧電壓 Uyh電路參數(shù)（電路參數(shù)（ L 與與 R ）;電極的熱物理性能（電極的熱物理性能（ c、a、Tm ) 和和尺寸尺寸空載電壓空載電壓U0電源頻率電源頻率 f采用交流方波電源采用交流方波電源第一章 焊接電弧及其電特性21四. 交流

9、電弧的功率和功率因數(shù) 交流電弧的功率交流電弧的功率 Pf Pf 是交流電弧在半個(gè)周期內(nèi)的平均功率（或有效功率）是交流電弧在半個(gè)周期內(nèi)的平均功率（或有效功率） 交流電弧的功率因數(shù)交流電弧的功率因數(shù) f tdiuPfff01fFffIUP簡(jiǎn)化后得近似值為：簡(jiǎn)化后得近似值為：222081905.0KXKUPLf0UUKf當(dāng)正弦波交流電流與電壓同相位時(shí)，當(dāng)正弦波交流電流與電壓同相位時(shí)， f 1一般焊接中為一般焊接中為 0.85 左右。左右。 ff第一章 焊接電弧及其電特性22第四節(jié)第四節(jié) 焊接電弧的分類(lèi)及其特點(diǎn)焊接電弧的分類(lèi)及其特點(diǎn)按電流種類(lèi)按電流種類(lèi)按電弧狀態(tài)按電弧狀態(tài)按電極材料按電極材料交交 流流

10、 電電 弧弧直直 流流 電電 弧弧脈脈 沖沖 電電 弧弧自自 由由 電電 弧弧壓壓 縮縮 電電 弧弧熔熔 化化 極極非非 熔熔 化化 極（鎢極）極（鎢極）第一章 焊接電弧及其電特性23撞擊電離撞擊電離 氣體原子相互撞擊氣體原子相互撞擊或被其他質(zhì)點(diǎn)撞擊或被其他質(zhì)點(diǎn)撞擊后吸收撞擊機(jī)械能后吸收撞擊機(jī)械能后所產(chǎn)生的電離。后所產(chǎn)生的電離。第一章 焊接電弧及其電特性24熱電離 在高溫高溫下，具有高動(dòng)高動(dòng)能能的氣體原子（或分子）互相碰撞互相碰撞而引起的電離。第一章 焊接電弧及其電特性25 物質(zhì)的固體或液體表面受熱表面受熱后電子動(dòng)能增大，其中某些電子動(dòng)能大于逸出功電子動(dòng)能大于逸出功時(shí)將逸出到表面外的空間中去的

11、現(xiàn)象稱(chēng)為“熱發(fā)射熱發(fā)射”。 鎢極氬弧焊鎢極氬弧焊過(guò)程中“熱發(fā)射”作用明顯。第一章 焊接電弧及其電特性26物質(zhì)的固體或液體表面接受光射線(xiàn)接受光射線(xiàn)的能量的能量而釋放出自由電子的現(xiàn)象稱(chēng)為“光電發(fā)射光電發(fā)射”。第一章 焊接電弧及其電特性27能量大的重粒子（如重離子）撞擊到陰極上，引起電子的逸出稱(chēng)為“重粒子撞擊發(fā)射重粒子撞擊發(fā)射”。第一章 焊接電弧及其電特性28受強(qiáng)電場(chǎng)作用強(qiáng)電場(chǎng)作用，陰極表面陰極表面形成較大的電位差電位差所導(dǎo)致的電子發(fā)射稱(chēng)為“強(qiáng)電場(chǎng)作用下的自發(fā)射強(qiáng)電場(chǎng)作用下的自發(fā)射”。高頻或高壓非接觸式引弧高頻或高壓非接觸式引弧時(shí)，自發(fā)射作用明顯。第一章 焊接電弧及其電特性29接觸引弧非接觸引弧第一

12、章 焊接電弧及其電特性30Uf圖1-5 焊接電弧的靜特性曲線(xiàn)形狀下降特性段平特性段上升特性段電弧靜特性不服從一般導(dǎo)體的歐姆定律，弧壓與電弧靜特性不服從一般導(dǎo)體的歐姆定律，弧壓與氣體介質(zhì)、電離度、電流密度等因素有關(guān)。氣體介質(zhì)、電離度、電流密度等因素有關(guān)。第一章 焊接電弧及其電特性31fIfUUfUiUy圖1-6 電弧各區(qū)域的壓降與電流的關(guān)系圖Uf（陽(yáng)極區(qū)壓降）（陰極區(qū)壓降）（弧柱區(qū)壓降）（電弧總壓降）第一章 焊接電弧及其電特性32圖1-7 幾種常用弧焊方法的電弧靜特性曲線(xiàn)熔化極氣體保護(hù)焊熔化極氣體保護(hù)焊埋弧焊埋弧焊藥皮焊條電弧焊藥皮焊條電弧焊第一章 焊接電弧及其電特性33Ufoifabdcbcb

13、ciaibicid圖1-8 電弧的動(dòng)特性曲線(xiàn)電流增大，溫度滯后上升，弧柱電流增大，溫度滯后上升，弧柱導(dǎo)電性差，壓降高于穩(wěn)態(tài)。導(dǎo)電性差，壓降高于穩(wěn)態(tài)。電流減少，溫度滯后下降，弧電流減少，溫度滯后下降，弧柱導(dǎo)電性好，壓降低于穩(wěn)態(tài)。柱導(dǎo)電性好，壓降低于穩(wěn)態(tài)。靜特性曲線(xiàn)靜特性曲線(xiàn)第一章 焊接電弧及其電特性34第一章 焊接電弧及其電特性35不連續(xù)燃燒不連續(xù)燃燒 連續(xù)燃燒連續(xù)燃燒埋弧焊電弧電壓和電流波形圖埋弧焊電弧電壓和電流波形圖第一章 焊接電弧及其電特性36RuLIfuf圖1-10 交流電弧供電原理簡(jiǎn)圖第一章 焊接電弧及其電特性37uittUyhabcduif圖-11 a） 交流電源電壓u、電弧電壓uf

14、的電流if波形圖第一章 焊接電弧及其電特性38脈沖電流與熔滴過(guò)渡脈沖電流與熔滴過(guò)渡第一章 焊接電弧及其電特性39等離子壓縮電弧等離子壓縮電弧第一章 焊接電弧及其電特性40本本 章章 結(jié)結(jié) 束束第一章 焊接電弧及其電特性41第一章復(fù)習(xí)思考題1在電弧燃燒過(guò)程中會(huì)伴隨著哪些物理過(guò)程？在在電弧燃燒過(guò)程中會(huì)伴隨著哪些物理過(guò)程？在電路中電弧是什么樣的負(fù)載屬性？電路中電弧是什么樣的負(fù)載屬性？2電離、陰極電子發(fā)射有哪些方式？何謂電離能、電離、陰極電子發(fā)射有哪些方式？何謂電離能、電子逸出功，兩者對(duì)電弧的穩(wěn)定性有何影響？電子逸出功，兩者對(duì)電弧的穩(wěn)定性有何影響？3焊接電弧的引燃有哪兩種方式，分別在什么情焊接電弧的引燃有哪兩種方式，分別在什么情況下應(yīng)用？況下應(yīng)用？4焊接電弧在物理結(jié)構(gòu)上可分為哪幾個(gè)區(qū)，各區(qū)焊接電弧在物理結(jié)構(gòu)上可分為哪幾個(gè)區(qū)，各區(qū)域有何特點(diǎn)？域有何特點(diǎn)？第一章 焊接電弧及其電特性425何謂電弧的靜特性、動(dòng)特性，如何解釋電弧的靜特性曲線(xiàn)？何謂電弧的靜特性、動(dòng)特性，如何解釋電弧的靜特性曲線(xiàn)？焊接電弧的靜特性曲線(xiàn)會(huì)受到哪些因素的影響？焊接電弧的靜特性曲線(xiàn)會(huì)受到哪些因素的影響？6電弧的靜特性曲線(xiàn)可分為哪幾個(gè)區(qū)段？實(shí)用的幾種焊接電電弧的靜特性曲線(xiàn)可分為哪幾個(gè)區(qū)段？實(shí)用的幾種焊接電弧靜