焊接方法与操作技术.ppt

教学目标:
1. 了解电弧热、电弧力及电弧稳定性;
2. 掌握焊丝的熔化与熔滴过渡规律;
3. 会分析和控制母材的熔化与焊缝成型。
项目一电弧焊基础知识
电弧是所有电弧焊方法的能源。电弧把弧焊电源输送的电能转换成热能和机械能。为了弄清楚电弧是怎样实现能量转换和这种能源的利用,这就需要深入了解焊接电弧的物理本质和各种特性。

电弧:一种气体放电现象,它是带电粒子通过两电极之间气体空间的一种导电过程。
两电极之的气体导电,必须具备两个条件:
①两电极之间有带电粒子;
②两电极之间有电场。
电弧中带电粒子的产生的条件:
气体的电离和阴极电子发射。
焊接电弧的物理基础
电离:中性气体粒子(分子或原子)吸收足够的外部能量,使得分子或原子中的电子脱离原子核的束缚而成为自由电子和正离子的过程。气体的电离的方式:热电离:气体粒子受热的作用而产生电粒子的热运动形一种电离过程。场致电离:在两电极间的电场作用下,气体中的带电粒子的运动被加速,与中性粒子碰撞产生电离。光电离:受到光辐射的作用而产生的电离过程。

第一电离能:中性气体粒子失去第一个电子所需的最小外加能量;
第二电离能:失去第二个电子所需的能量;
电离能单位:通常以电子伏特(ev)。
电离电压:电子伏特为单位的能量转换为数值上相等的电离电压表示(因电子电量为常数)。

当其他条件(如气体的解离性能、热物理性能等)一定时,电离电压低,表示带电粒子容易产生,有利于电弧导电;相反,电离电压高表示带电粒子难以产生,电弧导电困难。
气体粒子
电离电压/v
气体粒子
电离电压/v
H

K

O

Na

N

Ca

F

W

He

Al

Ar

Cu

CO2

Fe

H2O

Cr


阴极电子发射:阴极表面的自由电子受到一定的外加能量作用时而逸出的过程。
阴极电子发射的种类:
热发射:在热能的作用下,一部分电子动能达到或超出逸出功时产生的电子发射现象。
热阴极:热发射的强弱受材料沸点的影响。当采用高沸点的钨或碳作阴极时(其沸点分别为5950K和4200K),电极可被加热到很高的温度(一般可达3500K以上),此时,通过热发射可为电弧提供足够的电子。
阴极电子发射
场致发射:当阴极表面空间存在一定强度的正电场时,阴极内部的电子将受到电场力的作用。当此力达到一定程度时电子便会逸出阴极表面,这种电子发射现象称为场致发射。
冷阴极:当采用钢、铜、铝等低沸点材料作阴极时(其沸点分别为3013K、2868K和2770K),阴极加热温度受材料沸点限制不可能很高,此时以场致发射为主,热发射为辅而已。
阴极电子发射
光发射:当阴极表面受到光辐射作用时,阴极内的自由电子能量达到一定程度而逸出阴极表面的现象称为光发射。光发射在阴极电子发射中居次要地位。
粒子碰撞发射:电弧中高速运动的粒子(主要是正离子)碰撞阴极时,把能量传递给阴极表面的电子,使电子能量增加而逸出阴极表面的现象称为粒子碰撞发射。
阴极电子发射
逸出功:1个电子从金属表面逸出所需要的最低外加能量,单位是电子伏。因电子电量为常数。,故通常用逸出电压来表示,单位为V。
逸出功的大小:受电极材料种类及表面状态的影响。当金属表面存在氧化物时逸出功都会减小。
金属种类
W
Fe
Al
Cu
K
Ca
Mg
Av/ev
纯金属







表面有氧化物
(W-Th)







阴极电子发射