焊接电弧与弧焊方法.ppt

闫伟 焊接方法与设备 第一章 电弧焊基础知识 电弧焊重要性 高效 本章基本内容 第一节 焊接电弧 *第二节 焊丝熔化与熔滴过渡 *第三节 母材熔化及焊缝成型 第一节 焊接电弧 一、焊接电弧物理基础 二、焊接电弧导电特性 *三、焊接电弧工艺特性 一、焊接电弧物理基础（一）电弧及其电场强度分布 电弧定义：电弧是一种特殊的气体放电现象，它是带电粒子通过两电极之间气体空间的一种导电过程。 实现了将电能转化为机械能、热能和光能。 （一）电弧及其电场强度分布 沿电弧方向电场强度分布不均匀 分为三个区域 阴极、阳极区尺寸很小，约为10-2-10-6 cm 电场分布的不均匀性表明电弧电阻的非线性 （二）电弧中带电粒子产生来源： 1 中性气体粒子的电离 2 金属电极发射电子 3 带电粒子复合 4 负离子形成 1、气体的电离 （1）气体的电离与激励 定义：在外加能量作用下，使中性的气体分子或原子分离成电子和正离子的过程 实质：中性气体粒子吸收足够的外部能量，使分子或原子中的电子脱离原子核束缚而成为自由电子和正离子的过程。 气体的电离电压的大小反映了带电粒子产生的难易程度。（表1-1） 电离电压低----带电粒子容易产生，有利于电弧导电 电离电压高----带电粒子难以产生 电弧导电困难 激励 定义：当中性气体粒子受外加能量作用而不足以使其电离时，但可能使其内部的电子从原来的能级跃迁到较高的能级，这种现象称为~。 激励可导致-电弧辐射光 重要结论： 当电弧空间存在电离电压（或激励电压）不同的多种气体的时候，在外加能量的作用下，电离电压（或激励电压）低的气体粒子先被电离（或激励），若这种气体的足以维持电弧的稳定燃烧，则整个电弧燃烧所需要的能量主要取决于这个较低的电压。因而电弧所要求的外加能量就比较低。 *意义：稳弧剂的作用 基本规律： 温度 压力 电离电压 2、阴极电子发射 电离和阴极电子发射是电弧产生和维持不可缺少的必要条件 阴极发射出的电子，在电场的加速下碰撞电弧空间的中性粒子使之电离，从而是阴极电子发射充当了维持电弧导电的——原电子之源。 （1）电子发射与逸出功 定义： 电子发射：阴极中的自由电子受到一定的外加能量作用，从阴极表面逸出的过程 逸出功：一个电子从金属表面逸出所需的最低外加能量。单位电子伏或者逸出电压 逸出功的大小受电极材料及表面状态的影响。金属表面存在氧化物时逸出功会减小 表1-3与表1-1比较 *（2）阴极斑点 定义：阴极表面经常可以看到发出闪烁的区域，这个区域称为 电子发射最集中的区域 电流最集中流过的区域 热阴极：斑点固定 W C 冷阴极：斑点不规则移动 Cu Fe Al （3）电子发射的类型 热发射 场致发射 光发射 粒子碰撞发射 实际焊接过程中常常是几种发射形式共存 （三）带电粒子的消失 动态平衡：电弧稳定燃烧时，带电粒子的产生与消失处于动态平衡 主要形式： 1 扩散 2 复合 大多数粒子亲和能比较小，不易形成负离子 F、Cl、O2、OH、NO等离子亲和能比较大，易于形成负离子。 放热过程，在高温下不易稳定存在 影响： 电子数量减少，导电困难，电弧稳定性降低 负离子运动速度慢，不能很好的导电 易于正离子复合 三、焊接电弧的工艺特性 焊接电弧与热能及机械能有关的工艺特性，主要包括电弧的热能特性、电弧的力学特性和电弧的稳定性等。 （一）电弧的热能特性 电弧的温度分布 （二）电弧的力学特性 1、电弧力及其作用 电弧力影响着熔深及熔滴的过渡，而且影响到熔池的搅拌、焊缝成形及金属的飞溅等 *电弧力主要包括：电磁收缩力、等离子流力、斑点力等 （2）等离子流力：高温气流的高速运动，持续的冲向焊件，对熔池形成附加压力。也称为电磁动压力。 电弧中等离子气流具有很高的速度和加速度，可达数百米/秒。 电弧中心线上等离子流力最大。 电流越大，中心线上的动应力幅值越大，分布区域越小。 钨极氩弧焊的钨极锥角较小，电流较大，或者熔化极电弧焊采用喷射过渡工艺时，这种电弧的动压力较为显著。 结果：指状熔深。 增加电弧挺度，促进过渡，增大熔深，搅拌 （3）斑点力：电极上形成斑点时，由于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~，或斑点压力。 斑点力阻碍熔滴过渡 利用阳极斑点压力小的特点，直流焊接时，采用直流反接，利于熔滴过渡，减小飞溅 2.电弧力的主要影响因素： 焊接电流和电压 焊丝直径 电极极性 气体介质 钨极端部几何形状 （1）电流和电压的影响 （3）极性的影响 （三）焊接电弧的稳定性 定义：电弧产生稳定燃烧（不产生断弧、飘移和偏吹等）的程度 意义