第一章焊接电弧及其特性

第一章 焊接电弧及其电特性
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一. 气体原子的激发、电离 和阴极电子发射
气体原子的
激发与电离
阴极电子发射
维引持燃电电弧弧并稳维定持燃电烧弧的燃条烧件的能是量：来源主要是两电
极1间. 的气电体场原及子由不其断产的生被的激热发、和光电和离动；能。 2. 阴极不断地发射电子。
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气体原子的激发与电离
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一. 交流电弧的特点
电弧周期性地熄灭和引燃
电流过零 — 电弧熄灭 — 电弧空间温度下
电弧电压和电流波形发生畸变
降 — 带电质点中和 — 导电能力下降 — 当U0 >
U由电yh于时弧电，温弧电度弧电交再阻次变随引弧，燃柱热。温惯度性发作生用交较变为，因明此显电
弧电压电及流焊过零接时电间流越都长不，再电按弧再正引弦燃规越律困变难化。。
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热发射 光电发射 重粒子撞击发射 强电场作用下的自发射 实际焊接过程中的阴极电子发射是若干种 发射形式的组合。
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二. 焊接电弧的引燃
接触引弧： 非是接在触电引源接弧通：后，电极（焊条或焊丝）与
工件在直电接极短与路工接件触间，存随在后一拉定开间，隙在，拉由开焊瞬接间电 （小间隙）的强电场作用下引燃电弧。 源施以高压击穿间隙，使电弧引燃。 接触非引接弧触是引熔弧化是极非焊熔接化时极的（基钨本极引）弧焊方接式时。的 基本引弧方式。
的
电离形式
撞击电离 热电离 光电离
气体原子（或分子） 吸收了光射线的光子能
而产生的电离。
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气体离子与电子的复合 → 中性原子
正离子 电子
中和
（电离）
中性原子
各种元素与电子形成负离子的倾向决定于它于电子
→ 的亲气和体能原Eq子。与Eq电越大子，的形结成合负离子的负倾向离越子大。
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固在态阴物极质表表面面电的子原发子射或所分需子的，能量接称受为外“界逸的出能功量 W而Y释” 。放逸出出自功由一电般子只的为电现离象能称的为一“半电子。发射”。
气体 El Eq 元素 El Eq Wy 元素 El Eq Wy
He 24.58 <0 Cu 7.72 1.8 4.36 C 11.26 1.33 4.45 Ar 15.76 <0 Cr 6.76 0.98 4.59 K 4.34 0.30 2.22 N 14.53 0.54 Mo 7.10 1.3 4.29 Na 5.14 0.35 2.33 H 13.60 0.8 W 7.98 / 4.50 B 8.30 0.3 4.30 O 13.61 2.0 Fe 7.87 0.85 4.40 F 17.42 3.62 /
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高频高压引弧
高压脉冲引弧
图1-3 高频和脉冲引弧示意图
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u
t i
t
a) 接触引弧
b） 非接触引弧
图1-1 引弧过程的电压、电流变化
U0 — 空载电压 Uf — 电弧电压 if — 电弧电流
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第二节 焊接电弧的结构和静特性
焊接电弧的静特性：
一定长度的电弧在稳定状态下，电弧电压 Uf 与焊接电流 If 之间的关系。
焊接电弧的动特性：
在一定的弧长下，当电弧电流很快变化的时候， 电弧电压 uf 和电流瞬时值 if 之间的关系。
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第三节 交流电弧（正弦波交流）
一. 交流电弧的特点 二. 交流电弧稳定燃烧的条件 三. 影响交流电弧稳定的因素及稳弧措施 四. 交流电弧的功率和功率因数
中性原子 电子
吸附、结合
负离子
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电弧中常见气体元素的电离能 El、逸出功 Wy、亲和能 Eq(ev)
气体 El Eq 元素 El Eq Wy 元素 El Eq Wy
He 24.58 <0 Cu 7.72 1.8 4.36 C 11.26 1.33 4.45 Ar 15.76 <0 Cr 6.76 0.98 4.59 K 4.34 0.30 2.22 N 14.53 0.54 Mo 7.10 1.3 4.29 Na 5.14 0.35 2.33 H 13.60 0.8 W 7.98 / 4.50 B 8.30 0.3 4.30 O 13.61 2.0 Fe 7.87 0.85 4.40 F 17.42 3.62 /
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二. 交流电弧连续燃烧的条件
在焊接主回路加入电感，使焊接电流的变化滞后 于电源电压一个相位角φ 。在电流过零时，若电源 电压 u 达到电弧的再引燃电压Uyh ，就可以保持电 弧连续燃烧。
维持交流电弧连续燃烧条件的数学表达式为：
惰K卤的、性族电N气元离a元体素 度素（，（影F的A、r响电、C电l离、H弧e能B的)r与、与稳电I亲定等子性和）的。能的亲电较和子低亲能，和最能能小起最，到大所稳，以降弧低不作电可用弧。
能碱形性成焊负条离药皮子中；含金有属大元量素Ca介F2，于因两此者电之弧间的。稳定性较差。
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激电发离：
气使体气原体子元得素到中外的加电 能量，电子从一个较 子完全脱离原子核的束 低的能级跳到另一个 缚较形高成能离级子的和现自象由叫电子 的“过激程发称”为。“使电原离子”跃。
由迁原至子激形发成状正态离所子需所的需
的能能量量叫称“Fra Baidu bibliotek激“发电能离”能。
El ” 。
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气体原子
结构？
—— 电弧分区及各区域特点
静特性（伏安特性）？
—— 电弧电压与电流间的关系
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一. 焊接电弧的结构及压降分布
U = Ui + Uy + Uz
Ui 、Uy 基本不变， Uz与弧长成正比。
阴极区 弧柱区 阳极区
图1-4 电弧结构和电位分布
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二. 焊接电弧的电特性
第一章焊接电弧及其特性
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第一章 焊接电弧及其特性
第一节 焊接电弧的物理本质和引燃 第二节 焊接电弧的结构和伏安特性 第三节 交流电弧 第四节 焊接电弧的分类及其特点
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第一节 焊接电弧的物理本质和引燃 电弧是一段导导体体？
电弧是一种气气体体放放电电现？象
电弧为什么能够导电？ 电弧如何引燃？