電弧焊接物理基礎(chǔ).ppt

1、第二章 電弧焊接物理基礎(chǔ),第1節(jié) 焊接電弧的導(dǎo)電機(jī)理 第2節(jié) 焊接電源基礎(chǔ) 第3節(jié) 焊接電弧的產(chǎn)熱機(jī)理 第4節(jié) 焊接電弧的作用力 第5節(jié) 熔滴過(guò)渡 第6節(jié) 焊縫成型,第1節(jié) 焊接電弧的導(dǎo)電機(jī)理 帶電粒子的產(chǎn)生,氣體放電的基本概念 物體如何導(dǎo)電？ 取決于在電場(chǎng)作用下能否擁有可自由移動(dòng)的帶電粒子 氣體如何導(dǎo)電？ 氣體要導(dǎo)電必須有帶電粒子 氣體產(chǎn)生帶電粒子的過(guò)程稱(chēng)氣體的放電過(guò)程 氣體放電有何特點(diǎn)？ 氣體導(dǎo)電的伏安特性與金屬不同，非線(xiàn)性關(guān)系 氣體放電有二種形式：自持與非自持 電弧是自持放電中電壓最低、電流最大、溫度最高、發(fā)光最強(qiáng)的一種氣體放電現(xiàn)象 焊接電弧的定義是什么？ 由焊接電源供給能量，在二電極之

2、間產(chǎn)生的強(qiáng)烈而持久的氣體放電現(xiàn)象。 焊接電弧具有電壓低、電流大、溫度高、發(fā)光強(qiáng)的特點(diǎn)。,帶電粒子的產(chǎn)生 氣體產(chǎn)生帶電粒子的途徑有哪些？ 氣體的電離 電極的電子發(fā)射 氣體產(chǎn)生帶電粒子過(guò)程中伴隨其它物理現(xiàn)象有哪些？ 氣體的解離 激勵(lì) 擴(kuò)散 復(fù)合 負(fù)離子的產(chǎn)生,電流,電弧示意圖,第1節(jié) 焊接電弧的導(dǎo)電機(jī)理 帶電粒子的產(chǎn)生,第1節(jié) 焊接電弧的導(dǎo)電機(jī)理 帶電粒子的產(chǎn)生,電離與激勵(lì) 什么叫電離 在一定條件下中性氣體分子或原子分解為正離子和電子的現(xiàn)象 第一電離能（電離電位）的定義是什么？ 使中性氣體粒子失去第一個(gè)電子所需要的最低外加能量 第一電離能在普通電弧中占主導(dǎo)地位 電離電位的高低決定氣體電離的難易程度

3、 多種氣體并存時(shí)，電離電位低的將首先被電離,第1節(jié) 焊接電弧的導(dǎo)電機(jī)理 帶電粒子的產(chǎn)生,電離與激勵(lì) 何為激勵(lì) 中性粒子在外界能量作用下，不足以電離，卻可以使電子在較低的能量級(jí)別躍升到較高能量級(jí)別的現(xiàn)象 激勵(lì)可以破壞中性粒子的內(nèi)部穩(wěn)定狀態(tài) 雖然不能直接產(chǎn)生帶電粒子，但可以使中性粒子更易被電離 激勵(lì)電位的概念是什么？ 激勵(lì)所需要的最低外加能量 激勵(lì)電位越低越易產(chǎn)生激勵(lì),常見(jiàn)氣體粒子的電離電位,第1節(jié) 焊接電弧的導(dǎo)電機(jī)理 帶電粒子的產(chǎn)生,電離與激勵(lì) 能量的傳遞方式有哪些 碰撞傳遞 彈性碰撞：氣體粒子間只產(chǎn)生動(dòng)能的再分配，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化 非彈性碰撞：碰撞時(shí)部分或全部?jī)?nèi)能都轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能，使被碰撞粒子的

4、內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化 氣體的電離只發(fā)生在非彈性碰撞中 光輻射傳遞 以光量子形式傳遞的動(dòng)能可以全部轉(zhuǎn)換為粒子的內(nèi)能 電弧本身可以產(chǎn)生多種光輻射 通過(guò)光輻射形式產(chǎn)生的電離與碰撞傳遞相比，是次要的,第1節(jié) 焊接電弧的導(dǎo)電機(jī)理 帶電粒子的產(chǎn)生,電離與激勵(lì) 電離的種類(lèi)（氣體如何才能產(chǎn)生電離？） 何為熱電離 氣體粒子受熱作用相互碰撞而產(chǎn)生的電離 氣體粒子平均運(yùn)動(dòng)速度與溫度的關(guān)系 溫度越高，粒子的平均運(yùn)動(dòng)速度越高 溫度一定時(shí)，氣體粒子的質(zhì)量越小，其運(yùn)動(dòng)速度越高 電離度 單位體積內(nèi)被電離的離子數(shù)與氣體粒子總數(shù)之比 當(dāng)幾種氣體混合時(shí)，混合氣體的電離電壓稱(chēng)為實(shí)效電離電壓，它取決于混合氣體中電離電壓較低的氣體 弧柱的溫

5、度高達(dá)500030000K，熱電離是弧柱中產(chǎn)生帶電粒子的最主要途徑,第1節(jié) 焊接電弧的導(dǎo)電機(jī)理 帶電粒子的產(chǎn)生,電離與激勵(lì) 熱解離 電弧中的多原子氣體在熱作用下分解為原子的現(xiàn)象 熱解離是吸熱反應(yīng) 解離需要的最低外加能量為解離能（ev） 解離能低于電離能 幾種氣體的解離能 H2=4.4; H2O =4.7; O2 =5.1; CO2=5.5 NO =6.1 N2 =9.1,第1節(jié) 焊接電弧的導(dǎo)電機(jī)理 帶電粒子的產(chǎn)生,電離與激勵(lì) 何為電場(chǎng)電離？ 帶電粒子從電場(chǎng)中獲得能量，通過(guò)碰撞而產(chǎn)生電離的過(guò)程 帶電粒子運(yùn)動(dòng)路線(xiàn)是折線(xiàn)，但是沿電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng) 電場(chǎng)作用下的電離主要是電子與中性粒子的非彈性碰撞而引起 強(qiáng)

6、電場(chǎng)作用的電離具有鎖鏈效應(yīng) 場(chǎng)電離不是弧柱中的主要電離形式 由于弧柱的電場(chǎng)強(qiáng)度較小，故電子在自由行程中所獲得的動(dòng)能較小，較之通過(guò)熱能獲得的動(dòng)能小的多 陰極與陽(yáng)極壓降區(qū)可能產(chǎn)生很強(qiáng)烈的場(chǎng)電離,第1節(jié) 焊接電弧的導(dǎo)電機(jī)理 帶電粒子的產(chǎn)生,電離與激勵(lì) 何為光電離？ 中性粒子接受光幅射的作用而產(chǎn)生的電離現(xiàn)象 光電離的產(chǎn)生條件是什么？ 中性粒子所接受的光幅射波長(zhǎng)小于其臨界波長(zhǎng)時(shí)，中性粒子可以直接被電離 幾乎所有氣體都不能直接進(jìn)行光電離 光電離是電弧中產(chǎn)生帶電粒子的一個(gè)次要途徑,第1節(jié) 焊接電弧的導(dǎo)電機(jī)理 帶電粒子的產(chǎn)生,電子發(fā)射 概念是什么？ 自由電子脫離金屬表面的約束飛到電弧空間的現(xiàn)象 它是電弧空間帶

7、電粒子的一個(gè)重要產(chǎn)生途徑 電極只能發(fā)射電子而不能發(fā)射離子 逸出功的概念 使一個(gè)電子脫離金屬表面所需要的最低外加能量 逸出功越低的金屬，電子發(fā)射越容易,第1節(jié) 焊接電弧的導(dǎo)電機(jī)理 帶電粒子的產(chǎn)生,電子發(fā)射 何為熱發(fā)射？ 概念 金屬表面受熱作用而產(chǎn)生的電子發(fā)射現(xiàn)象 熱發(fā)射的產(chǎn)生條件 meve/2eUw 使用高熔點(diǎn)材料的電極，熱發(fā)射是主要的電子發(fā)射形式 使用低熔點(diǎn)材料的電極，熱發(fā)射不能提供全部的電子，還的其它發(fā)射形式,第1節(jié) 焊接電弧的導(dǎo)電機(jī)理 帶電粒子的產(chǎn)生,電子發(fā)射 何為電場(chǎng)發(fā)射？ 金屬表面電子受空間電場(chǎng)的作用而飛到電弧空間的現(xiàn)象 電場(chǎng)強(qiáng)度越大，電子發(fā)射越強(qiáng)烈 當(dāng)冷陰極時(shí)，電場(chǎng)發(fā)射是提供電子的重

8、要途徑 何為光發(fā)射？ 金屬表面接受光幅射使電子飛到電弧空間的現(xiàn)象 光量較弱，在各種發(fā)射中居次要位置,第1節(jié) 焊接電弧的導(dǎo)電機(jī)理 帶電粒子的產(chǎn)生,電子發(fā)射 粒子碰撞發(fā)射 電極表面自由電子接受粒子的碰撞而飛到電弧空間的現(xiàn)象 產(chǎn)生條件 離子到達(dá)陰極，中和一個(gè)電子，再使其發(fā)射一個(gè)電子，則需要2倍的逸出功 在陰極區(qū)，一定條件下，碰撞發(fā)射也可能是陰極帶電粒子產(chǎn)生的主要途徑,第1節(jié) 焊接電弧的導(dǎo)電機(jī)理 帶電粒子的產(chǎn)生,負(fù)離子 產(chǎn)生過(guò)程 在一定的條件下，有些中性原子或分子可以吸附一個(gè)電子而形成負(fù)離子 電子親和能 中性粒子形成負(fù)離子所減少的內(nèi)能 負(fù)離子帶電，但質(zhì)量大，不能有效轉(zhuǎn)送電荷 負(fù)離子消耗電子，對(duì)電弧穩(wěn)定

9、不利 負(fù)離子的形成只在電弧的周邊地區(qū)進(jìn)行,第1節(jié) 焊接電弧的導(dǎo)電機(jī)理 帶電粒子的產(chǎn)生,帶電粒子的擴(kuò)散 現(xiàn)象 帶電粒子由高密度的電弧中心區(qū)域向低密度的電弧周邊地區(qū)轉(zhuǎn)移而使帶電粒子密度趨于均勻化的現(xiàn)象 擴(kuò)散現(xiàn)象的結(jié)果 降低電弧的有效電流密度 降低了弧心的溫度 對(duì)電弧的穩(wěn)定燃燒是不利的,第1節(jié) 焊接電弧的導(dǎo)電機(jī)理 帶電粒子的產(chǎn)生,復(fù)合 電弧空間的正負(fù)帶電粒子在一定條件下結(jié)合成中性粒子的過(guò)程 電弧中心溫度高使所有粒子運(yùn)動(dòng)速度很高，不可能產(chǎn)生復(fù)合。 在電弧周邊溫度低粒子的活動(dòng)能力小，且此處有擴(kuò)散來(lái)的電子和正離子，則可能產(chǎn)生復(fù)合 交流電弧過(guò)零時(shí)也有大量復(fù)合現(xiàn)象發(fā)生使再引燃困難。 復(fù)合現(xiàn)象使電弧空間帶電粒子

10、減少而不利于電弧的穩(wěn)定燃燒,第1節(jié) 焊接電弧的導(dǎo)電機(jī)理 電弧各區(qū)的組成,電弧如何構(gòu)成？ 陰極區(qū)、陽(yáng)極區(qū)、弧柱區(qū) 弧柱區(qū) 500050000K,電流密度為103/cm 任務(wù)：導(dǎo)通電流 完成任務(wù)的途徑：以熱電離為主 注意：通過(guò)的電流是由離子流和電子流組成，但電子與離子的比例是99.9%:0.1%。但每瞬間，每單位體積內(nèi)正負(fù)帶電粒子數(shù)相同。使弧柱對(duì)外界呈現(xiàn)中性，具有焊接要求的大電流低電壓的特點(diǎn)。,第1節(jié) 焊接電弧的導(dǎo)電機(jī)理 電弧各區(qū)的組成,陰極區(qū)導(dǎo)電機(jī)構(gòu) 任務(wù)：向弧柱區(qū)提供所需要的電子流，接受弧柱來(lái)的正離子流。 完成任務(wù)的途徑 陰極區(qū)導(dǎo)電機(jī)構(gòu)可有三種不同形式： 熱發(fā)射型陰極區(qū)導(dǎo)電機(jī)構(gòu)：當(dāng)采用W、C等

11、高熔點(diǎn)材料且電流較大時(shí)，弧柱所需要的電子主要是由熱發(fā)射來(lái)提供的； 電場(chǎng)發(fā)射型導(dǎo)電機(jī)構(gòu)：W、C為電極，但電流較小時(shí)，或低熔點(diǎn)材料電極時(shí)，主要以電場(chǎng)發(fā)射為主產(chǎn)生電子。 等離子流型導(dǎo)電機(jī)構(gòu)：陰極不能熱發(fā)射時(shí)，前面出現(xiàn)一高溫區(qū)，產(chǎn)生熱電離，使陰極不發(fā)射電子而接受正離子，向弧柱區(qū)提供電子的任務(wù)由熱電離完成,第1節(jié) 焊接電弧的導(dǎo)電機(jī)理 電弧各區(qū)的組成,陽(yáng)極區(qū)導(dǎo)電機(jī)構(gòu) 任務(wù)：接受電子，向弧柱提供正離子； 完成任務(wù)的途徑： 陽(yáng)極區(qū)電場(chǎng)作用下的電離； 陽(yáng)極區(qū)的熱電離：當(dāng)電流密度大時(shí)，陽(yáng)極溫度高而發(fā)生強(qiáng)烈蒸發(fā)，高溫的金屬蒸氣產(chǎn)生熱電離以提供正離子。 陰、陽(yáng)極斑點(diǎn)定義是什么？ 陰、陽(yáng)極表面電流密度大，面積小的集中導(dǎo)

12、通電流的區(qū)域。,第1節(jié) 焊接電弧的導(dǎo)電機(jī)理 電弧各區(qū)的組成,關(guān)于“ 陰極斑點(diǎn)” 當(dāng)陰極材料熔點(diǎn)、沸點(diǎn)較低、導(dǎo)熱性很強(qiáng)時(shí)，即使陰極溫度達(dá)到材料的沸點(diǎn)，此溫度也不足以通過(guò)熱發(fā)射產(chǎn)生足夠數(shù)量的電子，陰極將進(jìn)一步自動(dòng)縮小其導(dǎo)電面積，直至陰極導(dǎo)電面積前面形成密度很大的正離子空間電荷和很大的陰極壓降，足以產(chǎn)生較強(qiáng)的電場(chǎng)發(fā)射，補(bǔ)充熱發(fā)射的不足，向弧柱提供足夠的電子流。此時(shí)陰極將形成面積更小、電流密度更大（達(dá)5105107A/cm2 ）的斑點(diǎn)來(lái)導(dǎo)通電流，這種導(dǎo)電斑點(diǎn)稱(chēng)陰極斑點(diǎn)。 用高熔點(diǎn)材料（C 、W 等）作陰極時(shí)，只有在電流很小、陰極溫度很低的情況下，才可能產(chǎn)生這種陰極斑點(diǎn)。而當(dāng)用低熔點(diǎn)材料（Al 、Cu

13、、Fe 等）作陰極時(shí)，大小電流時(shí)均屬會(huì)產(chǎn)生陰極斑點(diǎn)。,第1節(jié) 焊接電弧的導(dǎo)電機(jī)理 電弧各區(qū)的組成,陰極表面將由許多分離的斑點(diǎn)組成陰極斑點(diǎn)區(qū)。這些斑點(diǎn)在陰極斑點(diǎn)區(qū)以很高的速度跳動(dòng)，自動(dòng)選擇有利于場(chǎng)發(fā)射和熱發(fā)射條件的點(diǎn)。電弧通過(guò)這些點(diǎn)提供電子時(shí)，陰極消耗的能量最低。 陰極表面上熱發(fā)射性能較強(qiáng)的物質(zhì)有吸引電弧的作用，陰極斑點(diǎn)有自動(dòng)跳向溫度高、熱發(fā)射性強(qiáng)物質(zhì)上的性能。 如果金屬表面有低逸出功的氧化膜存在時(shí)，陰極斑點(diǎn)有自動(dòng)尋找氧化膜的傾向。鋁合金焊接時(shí)去除氧化膜作用，就是由陰極斑點(diǎn)的這種特性決定的。,第1節(jié) 焊接電弧的導(dǎo)電機(jī)理 電弧各區(qū)的組成,關(guān)于“ 陽(yáng)極斑點(diǎn)” 當(dāng)采用低熔點(diǎn)材料（Fe 、Cu 、Al

14、等）作為陽(yáng)極，一旦陽(yáng)極表面某處有熔化和蒸發(fā)現(xiàn)象產(chǎn)生時(shí)，由于金屬蒸氣的電離能大大低于一般氣體的電離能，在有金屬蒸氣存在的地方，更容易產(chǎn)生熱電離而提供正離子流，電子流更容易從這里進(jìn)入陽(yáng)極，陽(yáng)極上的導(dǎo)電區(qū)將在這里集中而形成陽(yáng)極斑點(diǎn)。陽(yáng)極斑點(diǎn)電流密度的數(shù)量級(jí)一般102103A/cm2 。 低熔點(diǎn)陽(yáng)極材料形成陽(yáng)極斑點(diǎn)的條件，首先是該點(diǎn)有金屬的蒸發(fā)，其次是電弧通過(guò)該點(diǎn)時(shí)弧柱消耗能量較低。 當(dāng)金屬表面覆蓋氧化膜時(shí)，與陰極斑點(diǎn)的情況相反，陽(yáng)極斑點(diǎn)有自動(dòng)尋找純金屬表面而避開(kāi)氧化膜的傾向。因?yàn)榇蠖鄶?shù)金屬氧化物的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)皆高于純金屬，且金屬氧化物的電離電壓較高。,第1節(jié) 焊接電弧的導(dǎo)電機(jī)理 焊接電弧屬性及特點(diǎn),電

15、弧最小電壓原理是什么？ 在給定電流和周?chē)鷹l件的一定的情況下，電弧穩(wěn)定燃燒時(shí)，其導(dǎo)電區(qū)的半徑（或溫度），應(yīng)使電弧電場(chǎng)強(qiáng)度具有最小的數(shù)值。就是說(shuō)電弧具有保持最小能量消耗的特性。這已為理論推導(dǎo)及許多實(shí)際現(xiàn)象所證明。 最小電壓原理也決定著電弧其它區(qū)域（陰極區(qū)、陽(yáng)極區(qū)）的E 、溫度及導(dǎo)電端面的自行調(diào)節(jié)作用，以達(dá)到在一定條件下向外界散失熱量最小。 利用最小電壓原理可以解釋電弧過(guò)程中的許多現(xiàn)象。例如當(dāng)電弧被周?chē)橘|(zhì)強(qiáng)迫冷卻時(shí)，因周?chē)h(huán)境從電弧取走更多熱量，要求電弧產(chǎn)生更多熱量來(lái)補(bǔ)償。按最小電壓原理，電弧要自動(dòng)縮小斷面，減少散熱，使之與外界散熱相平衡。但斷面又不能收縮得過(guò)小，否則電流密度大而使E 增加太多，電

16、弧自動(dòng)調(diào)整可使E 增加到最小數(shù)值,電弧靜特性物理意義是什么？ 電弧穩(wěn)定燃燒時(shí)，電流與電壓間的關(guān)系。,第1節(jié) 焊接電弧的導(dǎo)電機(jī)理 焊接電弧屬性及特點(diǎn),影響電弧靜特性的因素 電弧長(zhǎng)度的影響 當(dāng)電流一定時(shí)，電弧長(zhǎng)度增加，電弧電壓隨之增加 周?chē)鷼怏w介質(zhì)的影響 氣體的電離電位不同； 氣體的熱物理性能不同； 周?chē)鷼怏w介質(zhì)壓力的影響 其它條件不變，氣體介質(zhì)的壓力增加使粒子密度增加，氣體粒子能過(guò)散亂運(yùn)動(dòng)從電弧帶走的熱量增加，對(duì)電弧的冷卻作用增加，而使電弧電壓增加,第1節(jié) 焊接電弧的導(dǎo)電機(jī)理 焊接電弧屬性及特點(diǎn),第1節(jié) 焊接電弧的導(dǎo)電機(jī)理 焊接電弧屬性及特點(diǎn),焊接電弧的動(dòng)特性 焊接電弧動(dòng)態(tài)伏安特性是指對(duì)于一定長(zhǎng)

17、度的電弧，當(dāng)電流快速連續(xù)變化時(shí)，電弧電壓和電流瞬態(tài)值之間的關(guān)系。 焊接電弧動(dòng)特性曲線(xiàn),第1節(jié) 焊接電弧的導(dǎo)電機(jī)理 焊接電弧屬性及特點(diǎn),交流電弧的特點(diǎn),何為弧焊電源？ 將電網(wǎng)電能進(jìn)行適當(dāng)轉(zhuǎn)換并提供給焊接電弧的系統(tǒng)裝置稱(chēng)為弧焊電源。 何為電源的外特性？ 在穩(wěn)定狀態(tài)下，弧焊電源輸出電壓與輸出電流的關(guān)系曲線(xiàn)稱(chēng)為弧焊電源外特性。常見(jiàn)的有（恒壓）平特性和下降特性?xún)纱箢?lèi)，下降外特性又分為緩降、陡降、垂直陡降（恒流）特性。,第2節(jié) 弧焊電源基礎(chǔ)知識(shí),第2節(jié) 弧焊電源基礎(chǔ)知識(shí),“ 焊接電弧- 弧焊電源” 系統(tǒng)穩(wěn)定工作條件： tga . tgp 0 即：在電弧靜特性與電源外特性曲線(xiàn)交點(diǎn)處，前者斜率大于后者。 這是

18、“ 電弧-電源” 系統(tǒng)穩(wěn)定工作的條件，也是確定弧焊電源外特性形狀的依據(jù)。,第2節(jié) 弧焊電源基礎(chǔ)知識(shí),弧焊電源的空載電壓有何作用？ 有利于焊條與工件的高阻接觸表面形成導(dǎo)電通路 為氣體電離和電子發(fā)射提供場(chǎng)能 有利于電弧穩(wěn)定燃燒 為了獲得所需要的外特性形狀 短路電流有何作用 有利于引弧 理想值應(yīng)在焊接電流的1.25-2倍 動(dòng)態(tài)品質(zhì)有何意義 指輸出電流與電壓的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性 保持電弧過(guò)程順暢 快速調(diào)節(jié)規(guī)范參數(shù),第3節(jié) 焊接電弧產(chǎn)熱機(jī)理,電弧熱量是如何產(chǎn)生的？ 焊接電源輸出的電能通過(guò)電弧轉(zhuǎn)換為熱能 弧柱區(qū)的產(chǎn)熱機(jī)理是怎樣的？ 電子與正離子或中性粒子碰撞，其散亂運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能就是電子的熱能。 在弧柱中，外加電場(chǎng)

19、能量大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。單位弧柱長(zhǎng)度的電能為IE 就代表了弧柱產(chǎn)熱能量的大小。 弧柱產(chǎn)熱能量與熱損失相平衡?；≈臒崮軐?duì)流占80% 以上，傳導(dǎo)和輻射約為10% 左右。 一般電弧焊接過(guò)程中，弧柱的熱量中只能有很少一部分通過(guò)輻射傳給焊條（絲）和工件。當(dāng)電流較大而有等離子流產(chǎn)通過(guò)輻射傳給焊條（絲）和工件。,陰極區(qū)產(chǎn)熱機(jī)理如何？ 在陰極區(qū)，電子在陰極壓降的作用下逸出陰極并受到加速作用，獲得的總能量為IUK 。電子從陰極表面逸出時(shí)，克服陰極表面的束縛而消耗能量為IUw 。電子流離開(kāi)陰極區(qū)進(jìn)入弧柱區(qū)時(shí)，它具有與弧柱溫度相應(yīng)的熱能，電子流離開(kāi)陰極區(qū)帶走的這部分能量為IUT 。根據(jù)上述分析，電子流離開(kāi)陰極區(qū)時(shí)能

20、量平衡為：PK = I（UK Uw UT） 陰極區(qū)產(chǎn)熱主要用于加熱陰極和陰極區(qū)的散熱損失。焊接過(guò)程中直接加熱焊條（絲）或工件的熱量主要由此提供。陰極區(qū)的熱量直接影響焊絲熔化或焊縫熔深。,陽(yáng)極區(qū)產(chǎn)熱機(jī)理是怎樣的 電子到達(dá)陽(yáng)極時(shí)將帶給陽(yáng)極三部分能量：電子經(jīng)陽(yáng)極壓降區(qū)被UA 加速而獲得的動(dòng)能IUA ，電子發(fā)射時(shí)在陰極吸收的逸出功又供給陽(yáng)極IUw ，從弧柱帶來(lái)的與弧柱溫度相對(duì)應(yīng)的熱能IUT 。因此陽(yáng)極區(qū)的能量平衡為：PA = I（UA + Uw + UT） 陽(yáng)極產(chǎn)生的熱量主要用于陽(yáng)極的加熱、熔化和散熱損失。這也是焊接過(guò)程中可以直接利用的能量。 焊接電弧的溫度分布有何特點(diǎn)？ 沿焊接電弧軸向的溫度分布情況

21、為：弧柱的溫度較高，兩個(gè)電極上溫度較低。 這是因?yàn)殡姌O溫度的升高受到電極材料導(dǎo)熱性能、熔點(diǎn)和沸點(diǎn)限制的結(jié)果。一般情況下，陽(yáng)極的溫度高于陰極的溫度，而陰極與陽(yáng)極的溫度低于電極材料的沸點(diǎn)。,焊接電弧的溫度是如何分布的？ 焊接電流大小直接改變弧柱的能量密度，從而影響弧柱溫度的高低。焊接電流增大，弧柱溫度增加。在常壓下，當(dāng)電流由11000A 變化時(shí)，弧柱溫度可在500030000K 變化。 電弧空間的溫度，還受金屬蒸氣成分的影響。 當(dāng)電弧周?chē)懈咚贇怏w流動(dòng)時(shí)，如等離子弧，由于氣流的冷卻作用，使弧柱電場(chǎng)強(qiáng)度提高，溫度上升。 電弧周?chē)鷼夥帐嵌嘣託怏w時(shí)，如CO2 、O2 、N2 、H2 、H2O 等，由于

22、氣體解離吸熱，也會(huì)使電弧溫度升高。,第4節(jié) 焊接電弧的作用力,電弧上主要的作用力 電磁收縮力 當(dāng)電流在一個(gè)導(dǎo)體中流過(guò)時(shí)，整個(gè)電流可看成是由許多平行的電流線(xiàn)組成，這些電流線(xiàn)間將產(chǎn)主相互吸引力，斷面有收縮的傾向。 電磁靜壓力 實(shí)際焊接電弧是斷面直徑變化的近似圓錐狀的氣態(tài)導(dǎo)體。直徑不同引起壓力差，從而產(chǎn)生由焊條指向工件的推力，被稱(chēng)為電弧的電磁靜壓力。 電磁動(dòng)壓力 熔池受到的由物質(zhì)的高速運(yùn)動(dòng)（等離子體流動(dòng)）引起的壓力，所以稱(chēng)為電弧的電磁動(dòng)壓力。,等離子流力 焊接電弧呈錐形，使電磁收縮力在電弧各處分布是不均勻的，具有一定的壓力梯度，靠近焊絲處的壓力大，靠近工件處的壓力小，形成沿軸線(xiàn)的推力。電弧中的壓力差

23、將使靠近焊條處的高溫氣體向工件方向流動(dòng)，高溫氣體流動(dòng)時(shí)要求從焊絲上方補(bǔ)充新的氣體，形成有一定速度的連續(xù)氣流進(jìn)入電弧區(qū)。新加入的氣體被加熱和部分電離后，受推力作用繼續(xù)沖向工件，對(duì)熔池形成附加的壓力。在電弧中，由于電弧推力引起高溫氣流的運(yùn)動(dòng)所形成的壓力稱(chēng)等離子流力。,斑點(diǎn)壓力 當(dāng)電極上形成斑點(diǎn)時(shí)，將受到壓力作用，包括： 陽(yáng)極承受電子的撞擊，陰極承受正離子的撞擊。因?yàn)檎x子的質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子的質(zhì)量，同時(shí)陰極壓降一般又大于陽(yáng)極壓降，所以陰極斑點(diǎn)壓力通常較大，陽(yáng)極斑點(diǎn)壓力較小。 當(dāng)電極上形成熔滴并出現(xiàn)斑點(diǎn)時(shí)，熔滴和電弧空間的電流線(xiàn)都在斑點(diǎn)處集中，電磁力的合力方向是由小斷面指向大斷面，所以斑點(diǎn)處將受到向上的

24、電磁收縮力，阻礙熔滴下落。通常陰極斑點(diǎn)比陽(yáng)極斑點(diǎn)的收縮程度大，受力亦較大。 由于斑點(diǎn)上電流密度及局部溫度很高，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的蒸發(fā)，使金屬蒸氣以一定速度由斑點(diǎn)發(fā)射出來(lái)，它將施加給斑點(diǎn)一定的反作用力。由于陰極斑點(diǎn)的電流密度比陽(yáng)極斑點(diǎn)的高，發(fā)射要更強(qiáng)烈，因此受力更大。,爆破力 焊接過(guò)程中出現(xiàn)熔滴短路，電弧瞬時(shí)熄滅。當(dāng)短路電流很大時(shí)，短路金屬液柱中電流密度很高，在金屬液柱內(nèi)產(chǎn)生很大的電磁收縮力，使縮頸變細(xì)。電阻熱使金屬液柱小橋溫度急劇升高，使液柱汽化爆斷，此爆破力可能使液體金屬形成飛濺。 液柱爆斷后電弧重新點(diǎn)燃，電弧空間的氣體突然受高溫加熱而膨脹，局部壓力驟然升高，對(duì)熔池和焊絲端頭的液態(tài)金屬會(huì)形成較大

25、的沖擊力，嚴(yán)重時(shí)也會(huì)造成飛濺。 細(xì)滴沖擊力 用富氬氣體保護(hù)以射流過(guò)渡焊接時(shí)，熔化金屬形成連續(xù)細(xì)滴沿焊絲軸向射至熔池。這些熔滴在等離子流力作用下，以很高的加速度（可達(dá)重力加速度的50 倍以上）沖向熔池，到達(dá)熔池時(shí)其速度可達(dá)每秒幾百米。盡管每個(gè)熔滴重量?jī)H幾十毫克，但這些細(xì)滴具有很大的動(dòng)能，形成細(xì)熔滴對(duì)熔池的沖擊力。,影響電弧力的因素 氣體介質(zhì) 導(dǎo)熱性強(qiáng)或多原子氣體皆能引起弧柱收縮，導(dǎo)致電弧力的增加。保護(hù)氣體流量或電弧空間氣體壓力增加，也會(huì)引起電弧收縮并使電弧壓力增加，同時(shí)引起斑點(diǎn)收縮進(jìn)一步加大了斑點(diǎn)壓力。這將阻止熔滴過(guò)渡，使熔滴顆粒增大而過(guò)渡困難。 焊接電流與電壓 焊接電流增大時(shí)電磁收縮力和等離子

26、流皆增加，故電弧力也增大。而電弧電壓升高亦即電弧長(zhǎng)度增加時(shí)，使電弧壓力降低。,焊絲直徑 焊絲直徑越細(xì)，電流密度越大，電磁力越大，造成電弧錐形越明顯，則等離子流力越大，使電弧的總壓力增大。 電源極性 鎢極氬弧焊，當(dāng)鎢極接負(fù)時(shí)，允許通過(guò)的電流大，陰極導(dǎo)電區(qū)收縮的程度大，將形成錐度較大電弧，產(chǎn)生的軸向推力較大，電弧壓力也大。反之鎢極接正，則形成較小的電弧壓力。工頻交流TIG 焊時(shí)，電弧壓力介于二者之間。 對(duì)于熔化極氣體保護(hù)焊，也要考慮熔滴過(guò)渡形式。直流正接，焊絲受到較大的斑點(diǎn)壓力，使熔滴長(zhǎng)大不能順利過(guò)渡，不能形成很強(qiáng)的電磁力與等離子流力，因此電弧壓力小。直流反接，焊絲端部熔滴受到的斑點(diǎn)壓力小，形成細(xì)

27、小熔滴，有較大的電磁力與等離子流力，電弧壓力較大。,電極形狀 鎢極端頭角度越?。猓?，使電極上的導(dǎo)電區(qū)縮小，加大了電磁收縮力，則電弧力越大。另外，焊條端頭有尖角可減少補(bǔ)充氣流的阻力，有利于提高等離子流的流速，從而提高電弧的電磁動(dòng)壓力。 脈沖電流 當(dāng)電流以某一規(guī)律變化時(shí)，電弧壓力也變化。高頻脈沖鎢極氬弧焊接時(shí)，脈沖電流的頻率達(dá)到幾千赫茲以上。在同樣平均電流條件下，由于高頻電磁效應(yīng)，電弧壓力隨電流脈沖頻率的增加而增大。,磁場(chǎng)對(duì)電弧的作用 帶電粒子動(dòng)力受電磁力影響而向電弧軸線(xiàn)集中 如果磁力線(xiàn)不均勻則出現(xiàn)磁偏吹現(xiàn)象,第5節(jié) 熔滴過(guò)渡,焊絲金屬的熔化 焊絲的熔化主要是靠陰極區(qū)（正接）或陽(yáng)極區(qū)（反接）所產(chǎn)生的熱量，而弧柱的幅射熱居次要地位；同時(shí)有外伸長(zhǎng)處的電阻熱。 細(xì)絲熔化極電氣焊接時(shí)，正接時(shí)的產(chǎn)熱要大于反接； 熔化速度 單位時(shí)間內(nèi)焊絲熔化的重量； 熔化系數(shù) 單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位電流時(shí)熔化金屬的重量 當(dāng)焊接電流、焊絲直徑和外伸長(zhǎng)一定時(shí)，焊絲成分、電流極性、氣體介質(zhì)和熔滴過(guò)渡形態(tài)等都會(huì)影響熔化速度。,熔滴上的作用力 表面張力 保持熔滴的主要作用力 重力 在平焊位置下使熔滴脫