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焊接工艺学第一章焊接电弧§1焊接电弧的引燃过程焊接电弧及其形成的基本知识焊接电弧的概念在两个电极之间的气体介质中产生的长时间、且有力的放电现象。“气体电离”。要使电子从原子中释放出来,就需要克服原子核对它的引力,因而需要供给一定的能量。共给气体电离的能量有:电离电位—消耗于使电子与原子核分离的能,称为”电离功”;以“伏特”为单位来表示的电离功叫做“电离电位”或电离势。激励电位—是平衡电子加速离开平衡位置,与原子核分离的能量称为“激励电位”以“伏特”为单位。焊接时,能引起气体电离的主要方式有:(1)碰撞电离碰撞电离实质上就是带电质点与中性原子相互碰撞而发生电离的过程。由于电子质量较小,因此在电场的作用下,运动速度比离子大的多,当这些电子和中性粒子碰撞时,将产生碰撞电离。一般有阴极发出的电子为一次自由电子,一次自由电子在电场力的作用下,迅速向阳极运动,当和中性粒子碰撞时,将能量传递给中性粒子,将其中的电子激发出来,使其成为正离子,而由中性粒子中发射出来的电子称为“二次自由电子”。这些二次电子仍在电场作用下继续向阳极运动,继续和其他中性粒子发生碰撞,继续电离。形成“雪崩效应”。则使电弧稳定燃烧。当电弧的长度不变时,两极间的电压越高,则由于电场引力的吸引,带电子粒子的运动速度就越大,则产生碰撞电离的作用就越强烈,电弧越以引燃,燃烧越稳定。(2)热电离对物体加热相当于给物体增加内能,由于内能的提高,原子中的电子加速运动,当电子的内能达到一定程度时,离心力大于原子核的引力,脱离原子束缚,变为自由电子,而中心粒子变为离子。这个过程称为“热电离”。由于温度越高,则原子获得的内能越大,,带电粒子运动的速率越大,越易产生热电离,因此,电弧越易产生,且越稳定。故温度越高,热电离越强烈。,称为“阴极电子发射”。阴极电子发射和气体电离一样,都是电弧引出和稳定燃烧的重要条件。缺一不可。要使电子产生发射必须使电子逸出金属表面,然而,一般电子是不会自由逸出的。要使电子逸出金属表面产生发射,必须给电子增加能量,使它克服电极金属内部正电荷对它的静电引力,电子从阴极金属表面逸出所需要的能量,称为“逸出功”。施加的能量越大,则促使阴极产生阴极发射作用越强烈。电子逸出功的大小与阴极的成分有关。若施加的能量相同,则逸出功越小的金属其阴极电子发射程度越大,如电极中或电极表面含有稀土金属、碱金属或碱土金属元素的物质时,都能阴极的电子发射作用。某些元素的电子逸出功如下表:几种常见元素的电子逸出功元素名称电子逸出功(电子伏特)元素名称电子逸出功(电子伏特):(1)热点子发射热电子发射就是电极(阴极)由于高温的作用而使电子逸出电极表面的一种过程。电极加热温度越高,则从其表面逸出电子数目也就越多,从而促使碰撞电离也越剧烈,因此也越有利于电弧的稳定燃烧。(2)场致电子发射场致电子发射就是由于电场强度增大而产生的电子发射。场致电子发射既决定于电极材料,还决定于电场强度。也就是说,材料的电子逸出功越低、电场强度越高,则场致电子发射越容易。发射也越强烈。(3)撞击电子发射撞击电子发射就是,当运动速度较高,且能量较大的阳离子撞击阴极表面时,将能量传递给阴极而产生电子发射的现象。实际上,在焊接时几种发射可能同时起作用,也可能两种以上的发射起作用。如:引弧时,热电子发射和场致电子发射起主要作用。电弧稳定燃烧时,若用高熔点电极材料做电极,则热电子发射作用显著,而用低熔点材料做电极时,则撞击电子发射和场致电子发射产生主要影响,用钢做电极时,则和三种发射都有关系。焊接电弧的引燃过程电弧引燃:将造成两电极之间的气体介质,发生电离及产生阴极电子发射,而引起电弧燃烧的过程称为“电弧的引燃”。电弧的引燃方法大致分为两大类:脉冲高压引弧:将两电极互相靠近至1~2mm的间隙,然后施以脉冲高压(大于1000v),在强电场的作用下引起场致电子发射,造成空气中气体放电而形成电弧。由于脉冲电压很高,较危险故常在自动焊中引用,而手弧焊应用较少。(如:氩等离子弧自动切割、TIG焊等。)接触引弧:将两电极先接触,然后迅速提起3~4mm,距离来引燃电弧(点击法、擦滑法)。接触法引燃电弧的机理:短路电流突然增大,引起接触面温度突然增高,致使接触部分金属突然气化。(Q=)在热与电场的作用下,使高温气体引起碰撞电离、热电离等复杂过程。使两电极之间的气体介质中,充满了带电指点,电子、阳离子及少量的阴离子,因此就具备了电弧燃烧的条件。磁、电能转换,使两极间的电压迅速恢复,达到引燃电弧的