第一章 电弧焊基础.ppt

第一节 电弧的物理基础 电弧的实质：是在一定条件下，电荷通过两极之间的气体空间的一种导电现象，简单的说就是气体放电现象，通过电弧，电能可转变为 a、热能 b、机械能 c、光能 1、气体放电的基本概念 指当两电极之间存在电位差时，电荷从一极穿过气体介质到达另一极的导电现象。 气体放电的必要条件: a、导电机构—带电粒子； b、存在电场； 气体导电的特点： 气体放电可分为非自持放电和自持放电； 非自持放电：带电粒子需要外加措施才能产生 自持放电：除去外力后仍可持续 自持放电根据导电机构不同分为 a、暗放电； b、辉光放电； c、电弧放电； 特点：大电流，低电压，热量多，温度高，发光强烈。被广泛的作为热源和光源应用。 2、电弧的导电机构 正离子和电子 来源：电离与激励： 2.1.1 电离 在一定条件下，中性气体分子或原子分离为正离子和电子的现象。A→A++e-； 电离能(Wi)：使中性气体粒子失去电子所需的最低外加能量。[ev]；1ev=1.6×10-19J（第一电离、第二电离……） 注意: ⑴ 电离电压(Ui) 不同的元素具有不同的电力电压 ⑵ 分子的电离； 电离电压普遍高，有时低（NO 9.5V N 14.5V O 15.7V） ⑶ 混合气体的电离电压； 电离电压低的气体粒子首先被电离 2.1.2 激励 中性粒子受外来能量的作用不足以使电子完全脱离气体原子或分子,能使电子从较低的能级转移到较高的能级,中性粒子内部的稳定状态被破坏,这种状态称为激励. 激励存在的时间很短，一般为10-2~10-8s 能量的传递方式 碰撞传能 光辐射传能 2.2.1 碰撞传能 包括弹性碰撞和非弹性碰撞; ⑴ 弹性碰撞 这种现象是当粒子的动能较低时产生,不产生电离过程； ⑵非弹性碰撞 可以产生电离过程 例如 设：m1：碰撞粒子；m2：被碰撞粒子； 碰撞时， m2所增加的能量与以下两个因素有关： A、原动能（1/2 m1 v12）；B、 m1： m2； 当m1远远小于m2时， m1能量全部传递给m2 当m1= m2时， m1的一半能量传递给m2 所以，当具有足够动能的电子与中性粒子进行非弹性碰撞时，容易产生电离现象。 2.2.2 光辐射传递 当气体粒子受到光的辐射时，可以直接提高其内能，从而产生电离。 气体粒子电离条件： hγ≥Wi=eUi 其中，h：普朗克常数；h=6.625×10-27尔格.秒、 Wi：电离能[J]、 γ：光辐射频率、 Ui：电离电压 光辐射传递是次要途径，而碰撞电离才是主要的途径。 3、电离种类 热电离 电场作用下的电离（场致电离） 光电离 3.1 热电离： 热电离：气体粒子受热的作用而产生的电离； 热解离：电弧中气体分子受热作用时将首先大量解离成原子,继续受热作用而产生电离. 热电离的实质：碰撞电离 实效电离度：混合气体中的各种气体电离程度不同，电子密度与电离前中性粒子密度的比值。混合气体的实效电离电压主要取决于其中电离电压较低的气体成分。电弧焊时，只要在电弧气氛中加入少量低电离压的物质就能明显提高电弧的稳定性。Fe7.9V CO213.7V 3.2 电场作用下的电离 带电粒子的动能在电场的作用下增加到足够大时,与中性粒子发生非弹性碰撞而使之产生的电离。 实质：碰撞电离； 弧柱部分：热电离时产生带电粒子的主要途径，场致电离是次要的 阳极降压区和阴极降压区场致电离很显著。 3.3 光电离（次要途径） 中性粒子受到光辐射作用而产生的电离。 hγ≥Wi=eUi ； γ=C/λ； 电弧的光辐射对K、Na、Ca、Al等金属蒸气能直接引起光电离，对其他气体不能直接引起光电离。当这些气体处于激励状态时，电弧的光辐射能使其产生电离。 4、电子发射 当电极表面接受一定的外加能量时，电极内部的电子可以冲破电极表面的束缚飞到电弧空间，这种现象叫做电子发射。 只有阴极发射的电子才能在电场的作用下参加导电过程，所以，我们只讨论阴极电子发射。 逸出功 逸出功：使一个电子由电极表面发射所需的最低外加能量。用Ww表示。[ev] 逸出电压：用Uw表示。[V] 材料种类不同,逸出电压不同,表面有氧化物时逸出电压降低 电子发射的分类 根据外加能量的形式不同，电子发射可分为： 热发射 电场发射 光发射 4.1热发射 金属表面受热的作用而产生的电子发射现象，叫做热发射。 温度越高→越易热发射；逸出功越小→越易热发射； 热阴极与冷阴极 热阴极：电极材料的沸点大于3500K，这种电极可以承受高温，它的电弧的阴极区主要以热发射提供电子。 常见的热阴极有：W（5950K）；C（4200K） 冷阴极：电极材料的沸点小于3500K 如 Fe（3008K）、Cu（2868K）、Al（2700K）、Mg（1375K） 对于冷阴极电弧，必须依靠