电弧焊基础知识概述
第一章电弧焊基础知识
第一章电弧焊基础知识第一章电弧焊基础知识一、教学目的：能正确认识焊接电弧中带电粒子的产生原理了解焊接电弧的工艺特性及电弧力的种类了解阴极斑点及阳极斑点的定义了解熔滴上的作用力掌握熔滴过渡的主要形式及其特点能正确认识焊缝形成过程了解焊接工艺参数对焊缝成形的影响了解焊缝成形缺陷的产生及防止二、教学重点：焊接电弧中带电粒子的产生原理熔滴过渡的主要形式及其特点焊接工艺参数对焊缝成形的影响三、教学难点：电离和激励极斑点及阳极斑点最小电压原理焊缝成形缺陷的产生及防止四、参考学时数：4～6学时五、主要教学内容：第一节焊接电弧一、焊接电弧的物理基础（一）电弧及其电场强度分布电弧是一种气体放电现象，它是带电粒子通过两电极之间气体空间的一种导电过程。
电弧有三个部分构成：阴极区、阳极区、弧柱区。
（二）电弧中带电粒子的产生1、气体的电离在外加能量作用下，使中性的气体分子或原子分离成电子和正离子的过程称为气体电离。
其本质是中性气体粒子吸收足够的能量，使电子脱离原子核的束缚而成为自由电子和正离子的过程。
电离种类：（1）热电离气体粒子受热的作用而产生电离的过程称为热电离。
其本质为粒子热运动激烈，相互碰撞产生的电离。
（2）场致电离带电粒子在电场中加速，和其中的中性粒子发生非弹性膨胀而产生的电离。
电离程度：电离度：单位体积内电离的粒子数浴气体电离前粒子总数的比值称为电离度。
（3）光电离中性气体粒子受到光辐射的作用而产生的电离过程称为光电离。
2、阴极电子发射（1）电子发射：阴极中的自由电子受到外加能量时从阴极表面逸出的过程称为电子发射。
其发射能力的大小用逸出功A w表示。
（2）阴极斑点阴极表面光亮的区域称为阴极斑点。
阴极斑点具有“阴极清理”（“阴极破碎”）作用，原因：由于氧化物的逸出功比纯金属低，因为阴极斑点会移向有氧化物的地方，将该氧化物清除。
（3）电子发射类型1）热发射阴极表面受热引起部分电子动能达到或超过逸出功时产生的电子发射。
电弧焊-基础知识
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（二）电子的发射
（2）场致发射
当阴极表面空间有强电场存在时，金属 电极内的电子在电场静电库仑力的作用下， 从电极表面飞出的现象称为场致发射。
冷阴极电弧正是主要依靠这种方式获得足 够的电子以维持电弧稳定燃烧的。
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（二）电子的发射
（3）光发射
当金属电极表面接受光辐射时，电极表面的 自由电子能量增加，当电子的能量达到一定值时 能飞出电极的表面，这种现象称为光发射。
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（一）气体的电离
（1）电离与激励
电离能通常以电子伏（eV）为单位， 1电子伏就是1个电子通过1V电位差的空间所 获得的能量，其数值为1.6×10-19J。为了便 于计算，常把以电子伏为单位的能量转换为 数值上相等的电压来处理，单位为伏（V）， 此电压称为电离电压。电弧气氛中常见气体 的电离电压如表1-1所示。
（1）热发射 金表面承受热作用而产生电子发射的现象称 为热发射。金属电极内部的自由电子受到热作用 以后，热运动加剧，动能增加，当自由电子的动 能大于该金属的电子逸出功时，就会从金属电极 表面飞出，参加电弧的导电过程。电子发射时从 金属电极表面带走能量，故能对金属产生冷却作 用。当电子被另外的同种金属表面接受时，将释 放能量，使金属表面加热。
二、焊接电弧的导电特性
其中，暗放电和辉光放电的电流较小，电 压较高，发热发光较弱，而电弧放电的电流最 大，电压最低，温度最高、发光最强。正是因 为电弧具有这样的特点，因此在工业中广泛用 来作为热源和光源，在焊接技术中成为一种不 可缺少的能源。 综上所述，从电弧的物理本质来看，它是一种 在具有一定电压的两电极之间的气体介质中所 产生的电流最大、电压最低、温度最高、发光 最强的自持放电现象。
第一章电弧焊基础知识
电弧焊基础知识
(2)电阻热：
焊丝伸出部分有电流流过时所产生的电阻热对焊丝有预 热作用 取决于：焊丝材料和伸出长度。
知识点一 焊丝的熔化
2．焊丝的熔化特性 焊丝的熔化特性——焊丝的 熔化速度与焊接电流之间 的关系。 主要与焊丝材料及焊丝直径、 伸出长度有关。
知识点三 焊接电弧的工艺特性
3）斑点压力 电极上斑点处受到带电粒子 的撞击或金属蒸发的反作用而 对斑点产生的压力 作用： 阴极＞阳极、阻碍熔滴过渡 引起飞溅
知识点三 焊接电弧的工艺特性
(2)、电弧力的主要影响因素 1）焊接电流和电弧电压
焊接电流增大，电磁收缩力和等离子流力都增加。焊 接电流一定，电弧长度增加引起电弧电压升高，则电弧 力减小
知识点三 焊接电弧的工艺特性
2、电弧的力学特性 （１）电弧力及其作用
1）电磁（收缩）力 作用： ◇使熔池下凹，同时也对熔池产生 搅拌作用，有利于细化晶粒，排出气 体及夹渣。 ◇促使熔滴过渡 ◇电弧更具挺直性
知识点三 焊接电弧的工艺特性
2)等离子流力 形成：在轴向推力作用下，将把靠近 电极处的高温气体推向工件方向流 动，对熔池形成附加压力。 作用： ◇增大电弧的挺直性 ◇促进熔滴过渡 ◇增大熔深并对熔池形成搅拌作用
热阴极： 热发射为主，场致发射为辅 冷阴极：场䑒发射为主，热发射为辅
知识点二 焊接电弧的导电特性
焊接电弧的导电特性：指参与电荷的运动并形成电流的带电 粒子在电弧中产生、运动和消失的过程
1、弧柱区导电特性
▲弧柱的温度很高，可使其中的大部分中性粒子电离成电子 和正离子。但弧柱呈电中性。 ▲弧柱中的电流主要由电子流构成。 ▲弧柱单位长度上的电压降（即电位梯度）称为弧柱电场强 度E。 ▲最小电压原理： 弧柱在稳定燃烧时，有一种使自身能量消耗最小的特 性。即当电流和电弧周围条件（如气体介质种类、温度、 压力等）一定时，能量消耗最小时的电场强度最低，即在 固定弧长上的电压降最小，这就是最小电压原理。
电弧焊基础知识
电弧焊基础知识电弧焊是一种常用的金属连接方式，通过电流的通入使金属加热并熔化，然后让熔化的金属在电弧的作用下连接在一起。
它在工业生产中应用广泛，适用于各种金属材料的连接，是制造业中非常重要的焊接方法。
本文将介绍电弧焊的基础知识，包括其原理、设备和操作技巧。
1. 电弧焊的原理电弧焊的原理是利用电流通过两个相互接触的导电电极时，产生的电弧和热量将金属表面加热至熔点，以实现金属材料的连接。
电流通入导电电极形成电弧，同时使导电电极和工件之间形成可引燃的电弧空气。
2. 电弧焊的设备电弧焊的设备主要包括焊机、电极和接地夹。
焊机是产生和控制电弧焊所需电流的设备，通常采用直流或交流焊机。
电极是传递电流到工件的导电材料，常见的电极有炭化钨电极和钨钨极电极。
接地夹用于将接地电缆夹住，以确保工作地点的安全电接地。
3. 电弧焊的操作技巧3.1 准备工作：在进行电弧焊前，需要确认焊接材料的种类，选择适当的电极和焊接电流。
另外，还需要为焊接区域清洁，并将工件固定在合适的位置上。
3.2 焊接电流的选择：电弧焊时，焊接电流的选择是非常重要的。
一般来说，电流过小会导致焊缝不够牢固，电流过大则会引起焊接材料的过热。
3.3 焊接技巧：在焊接时，应保持稳定的手持姿势，使焊锡均匀地覆盖在焊缝上。
焊接要均匀、有节奏地进行，以保证焊接质量。
3.4 焊接安全：在进行电弧焊时，应注意避免电弧和烟雾对人体的伤害。
焊接时需要佩戴防护设备，如防护眼镜、手套、护目镜等，确保人身安全。
电弧焊具有焊接速度快、连接牢固等优点，广泛应用于建筑、汽车制造、船舶制造等行业。
但在实际应用中，电弧焊也存在一些问题，如焊接变形、裂纹等。
为了提高焊接质量，还需要加强焊接工艺的研究和改进。
总之，电弧焊作为一种重要的金属连接方法，具有广泛的应用前景。
掌握电弧焊的基础知识，对于工程师和焊工来说是非常重要的。
通过了解电弧焊的原理、设备和操作技巧，可以更好地应用电弧焊技术，提高焊接质量，为制造业的发展做出贡献。
焊接基础第1章 电弧焊基础知识
学习目标
掌握焊接电弧物理基础； 能够分析说明焊接电弧的工艺特性； 能够明确作为填充材料的焊丝熔化特性与熔滴过渡
的方式； 掌握母材熔化与焊缝成形的基本规律；
1
第1章 电弧焊基础知识
主要内容
※ 1.1 焊接电弧基础 ； ※ 1.2 焊丝的熔化与熔滴过渡； ※ 1.3 母材熔化与焊缝成形 ；
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1.2 焊丝的熔化与熔滴过渡
1.2.1 焊丝的加热和熔化特性
1、焊丝的热源 （2）电阻热： 熔化极电弧焊时，焊丝只在通过导电嘴 时才和焊接电源接通（焊条？）。
因此，讨论焊丝的加热 和熔化，实际上是分析焊丝 伸出部分（称为焊丝干伸长 ：ls）的受热情况，因为焊 丝伸出部分有电流流过时所 产生的电阻热对焊丝有预热 作用。
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1.2 焊丝的熔化与熔滴过渡
1.2.2 熔滴的形成与过渡
1、熔滴上的作用力 综上所述：
1）除重力、表面张力、爆破力外，其余力都与电弧 形态有关。
2）熔滴上的作用力对熔滴过渡的影响应从焊缝空间 位置、熔滴过渡形式、电弧形态、工艺条件等综 合考虑。
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1.2 焊丝的熔化与熔滴过渡
1.2.2 熔滴的形成与过渡
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1.2 焊丝的熔化与熔滴过渡
1.2.1 焊丝的加热与熔化
2、焊丝的熔化 １）熔化速度、熔化系数
熔化速度（ Vm ）：在单位时间内熔化的焊丝质量。 熔化系数（ аm ）：在单位时间内，单位电流所熔化的
焊丝质量。 ２）焊丝的熔化特性
焊丝的熔化特性则是指焊丝的熔化速度Vm和焊接电流I 之间的关系。
在采用熔化极电弧焊进行焊接时，必须使焊丝的熔化速 度等于送丝速度，才能建立稳定的焊接过程。
第一章 电弧焊的基础知识
汽车工程系 闫 霞
预备知识
一、基本内容 掌握焊接基本概念、理解焊接本质、特点及分类 二、基本概念： 焊接是被焊工件的材质（同种或异种），通过加热或加压 或二者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到 原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程。 1） 被焊工件的材质 金属—金属 金属—非金属 非金属—非金属
（1）制造金属结构件； （2）制造机器零件和工具； （3）修复。
第一章
电弧焊的基础知识
一 学习目标 熟练掌握本章的基本概念，理解并掌握电弧的产生。了解电弧的 引燃过程、焊接电弧的构造、电弧的静特性、焊接电源极性及电弧 的稳定性、焊接电弧的偏吹；掌握焊接电弧的熔滴过渡。 二 重点 1）电弧、气体电离、电弧的静特性、电弧的稳定性、磁偏吹、熔 滴过渡等一些基本概念。 2）电弧的产生 3）电弧的构造 4）焊接电弧的稳定燃烧 5）熔滴过渡的形式 三 难点 1）电弧的产生 2）焊接电弧的构造及静特性
2)
依靠原子间的结合力 --- 焊接本质 通过原子间的结合力将两个固体连接起来，对于金属 来说，必须产生金属键，也就是说，被连接表面要接 近到原子晶格间距。
3)
要通过一定的物理、化学过程
加热：电弧焊、钎焊
加压：冷压焊 加热+加压：电阻焊、扩散焊 热压焊
d
d要求达到：10nm
放大 氧化物
因此：
采取必要的措施。
1）电离与激励 （1）气体电离：在外加能量的作用下使中性的气体分子或原子分离成 正离子（A+ ）和电子（e）的过程。 A → A+ + e - Wi
A
A+
+
第一章电弧焊基础知识
过渡区
非自持放电
过 渡 区
电弧放电
电流最大、 电压最低、 温度最高、 发光最强
5
电弧放电区伏安特性
电弧的静特性曲线
A. 电弧成负阻特性 B. 电弧成平特性 C. 电弧成上升特性
6
2. 带电粒子的产生
气体电离 电极发射电子 形成负离子
7
（1）气体电离：
电离：中性气体分子或原子分离成电子和正离 子的现象。 电离电压：电离能用电压来表示，电离电压低 说明气体的电离比较容易，电弧比较稳定。
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4.斑点力
斑点力：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， 称为斑点力，或斑点压力。 阴极斑点力大于阳极斑点力
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5.电弧与磁场的作用
电弧的刚直性（挺直性、挺度） ：电 弧抵抗外界干扰，力求保持焊接电流沿 电极轴向流动的性能。 电磁力是产生电弧刚直性的主要原因。
TIG焊小电流成负阻特性。
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平特性
在B区：电流稍大，电极温度提高，阴极热发射能力增 强，阴极电压降低；阳极蒸发加剧，阳极电压降低。也 就是说电弧中产生和运动等量的电荷不需要更强的电场。
对于弧柱区，电弧等离子气流增强，除电弧表面积增加 造成的热损失外，等离子气流的流动对电弧产生附加的 冷却作用，因此在一定的电弧区间内，电弧电压自动的 维持一定的数值，保证产热和散热的平衡。成平特性。
电弧焊基础知识概述
电离：使中性的气体分子变成电子和离
子过程。
电离势：原子或分子电离所需要的 能量。
2、 激励：气体原子得到的一定的能量，虽然小于Wi，但可 使电子从低能级跃迁到高能级。这种现象叫激励。
• 激励能：所需的最小外加能量叫激励能We。 • 激励能电压：激励能We/e。
3、电离的分类：
1） 热电离：气体粒子受热的作用而产生电离 实质：中性粒子通过与电子碰撞，接收电子能量而电离。
②极性鉴别：J507
直流电焊机稳定性>交流 交流：f=50Hz，正负变化100次/秒， 过零点I=0，电弧熄灭，所以电弧温度 比直流低一些，稳弧性差。
碱性焊条J507不能用交流焊机焊接 ， 必须用直流电焊机，且反接。
第二节 焊接电源
一、焊接电弧的静特性 二、焊接电源的外特性 三、焊接电源（电焊机） （一）焊接电源的特点 （二）常用焊条电弧焊机简介 （三）电焊机型号介绍
➢正离子跑向阴极撞击阴极表面，释放出动能，同 时在阴极表面中和成原子，释放成位能。
➢电子跑向阳极，进入阳极，释放出动、位能，全 部能量。
➢电弧作为换能器，电能转化为热能，光能，机械 能。
常见导体材料逸出功
元素 逸出电压V Fe 4.48 W 4.50
W-Th 2.63 W-Ce 2.70
电极表面温度的高低受材料沸点的限制。
Fe 等电离。
（二）电子发射
1、基本概念 1） 电子发射：电子从金属表面逸出的现象。
对电弧导电起作用的主要是阴极的发射。
2） 逸出功（Ww）：电子发射所需的最小能量。1/2~1/4 Wi 3） 逸出电压：Ww/e
物理意义：Ww越小，引弧越容易，电弧稳弧性越好。
4）主要影响因素：
-
电弧焊基础知识
当金属表面受光能照射时，内部自由电子冲破 表面束缚而产生电子发射的现象。
当正离子撞击阴极表面时，其动能将传递给阴 极内部的电子，从而使其逸出金属表面的发射 过程。
第一节 焊接电弧
在实际焊接电弧中，当使用沸点高的材料（如 W或C）作电极时，其阴极区的带电粒子主要靠热 发射来提供，通常称为热阴极电弧。
电弧焊基础知识
第一节 焊接电弧
第一节 焊接电弧
1. 焊接电弧的导电特点
电弧示意图
电弧是一种
气体放电现象， 即当两电极之间 存在电位差时， 电荷通过两极之 间的气体空间的 一种导电现象。
第一节 焊接电弧
正常状态下，气体由中性分子或原子组成，不含 带电离子，在外电场作用下，不产生定向运动。
为使正常状态下的气体导电，必须首先产生带电 离子，气体中的带电离子在外电场的作用下，产 生定向运动，导致气体导电。
第二节
焊接电弧的能量平衡及电弧力
第二节 焊接电弧的能量平衡及电弧力
1. 焊接电弧中的能量平衡
当电弧的弧柱区、阴极区和阳极区的能量交换达到平衡 时，电弧便处于稳定的燃烧状态。
1.1 弧柱区的能量平衡
单位时间内弧柱区所产生的能量，主要为通过弧柱电场而 被加速的正离子和自由电子所获得的动能，并通过碰撞及中和 作用转变成热能，其产热和热损失保持平衡。在热损失的对流、 传导和辐射中，对流约占80％以上，传导与辐射占10％左右。
第一节 焊接电弧
使中性气体粒子失去第二个电子需要更大的电
离能，称为第二电离能。生成的正离子称为二价 正离子，这种电离称为二次电离。等等。
电弧焊基础知识
项目一电弧焊基础知识教学目标：了解电弧物理基础和工艺特性；了解焊丝熔化特性与熔滴过渡形式；掌握母材熔化与焊缝成形的基本规律。
教学活动设计：利用多媒体课件辅助教学；教学重点：电弧的热特性、机械特性；熔滴过渡的形式；焊缝成形的基本规律。
教学难点：熔滴过渡形式的掌握学习单元一焊接电弧一、焊接电弧的物理本质（一）电弧及其电场强度分布1．电弧的定义：电弧是一种气体放电现象，它是带电粒子通过两电极之间气体空间的一种导电过程。
2．气体导电必须具备的两个条件：①两电极之间有带电粒子；②两电极之间有电场。
3．气体放电随电流的强弱而有不同的形式，如暗放电、辉光放电、电弧放电等。
4．电弧放电的主要特点是电流最大、电压最低、温度最高、发光最强。
5．电弧的结构：由图可见，沿电弧长度方向的电场强度分布并不均匀。
按电场强度分布的特征可将电弧分为三个区域：阴极附近的区域为阴极区，其电压Uk称为阴极电压降；中间部分为弧柱区，其电压U c称为弧柱电压降；阳极附近的区域为阳极区，其电压U a称为阳极电压降。
阳极区和阴极区占整个电弧长度的尺寸皆很小，约为10-2~ 10 -6cm，故可近似认为弧柱长度即为电弧长度。
（二）电弧中带电粒子的产生电弧两极间带电粒子产生的来源有：中性气体粒子的电离、金属电极发射电子、负离子形成等。
其中气体电离和阴极发射电子是电弧中产生带电粒子的两个基本物理过程。
1．气体的电离(1)电离：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称为气体电离。
(2) 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，电离能通常以电子伏（eV）为单位。
1电子伏就是指1个电子通过电位差为1V的两点间所需做的功；失去第二个电子所需的能量称为第二电离能，依此类推。
电弧焊中的气体粒子电离现象主要是一次电离。
(3) 电离难易程度：当其他条件（如气体的解离性能、热物理性能等）一定时，气体电离电压的大小反映了带电粒子产生的难易程度。
第一章_电弧焊基础知识详解
2020/9/30
第一章 电弧焊基础知识
11
第一节 焊接电弧
❖ 光电离
定义：中性气体粒子受到光辐射的作用而产生的电离。
范围：电弧的辐射只可能对K、Na、Ca、Al等金属蒸气直
接引起电离，而对焊接电弧气氛中的其他气体则不能直接
引起电离。
光电离是产生带电粒子的次要途径。
常见气体光电离的临界波长
电弧的光辐射 波长在170～
电弧中带电粒子的产生过程
电弧的带电粒子主要依靠气体的电离和电极发射电子产生。
（一）气体电离 在外加能量作用下，中性气体分子或原子分离成正离子和电子
的现象。 使中性气体粒子失去第一个电子所需要的最低外加能量称
为第一电离能，生成的正离子称为一价正离子，这种电离 称为一次电离。电离能转换为数值上相等的电压来表示则 为电离电压或电离势。
第一节 焊接电弧
电离种类
❖ 热电离：气体粒子受热作用而产生的电离过程。
实质：气体粒子的热运动形成频繁而激烈的碰撞
气体热电离的电离度：单位体积内被电离的粒子数与气
体电离前粒子总数的比率。
x=电离后的电子或离子密度/电离前中性粒子密度
萨哈公式
1
x2 - x2
P
3.16 10-7 T
2.5
exp（-
处逸出，形成阴极 斑点。如铝合金的
阴极雾化 13
第一节 焊接电弧
阴极电子发射机构可分为 ：
对电极有 冷却作用
（1）热发射 阴极表面因受到热作用而使其内部的自由电 子热运动加剧，动能增加，当一部分电子的动能大于大 于逸出功时，则飞出到表面外的空间中去而产生的电子 发射现象。
热发射电子流密度：i=AT2exp(-eUω/kT) 热阴极电弧：热发射强弱受到阴极材料沸点的影响，沸 点高的钨或碳做阴极时，电极可以被加热到比较高的温 度，通过热发射可以提供足够多的电子。
电弧焊基础资料
填空1.电弧焊方法：焊条电弧焊、气体保护非熔化极电弧焊:钨极氩弧焊（TIG）、等离子弧焊接（PAW）、气体保护熔化极电弧焊：熔化极氩弧焊（MIG）、二氧化碳电弧焊（Co2焊）、混合气体保护熔化极电弧焊（MAG)、熔化极等离子弧焊接、埋弧焊（SAW）、自保护电弧焊、螺柱焊。
2.气体放电是指气体电离。
物理学中的等离子气体是指含有带电粒子的电中性的粒子集团，是继固体、液体、气体之后的物质的第四种存在状态，以高导电性为特征。
电弧的本质是气体放电。
3.金属电子发射除上述热电子发射和电场发射两种机制外，还有光发射和碰撞发射。
4.电弧电压：阳极压降区、弧柱压降区、阴极压降区。
阳极区，发热多。
5.电弧焊热效率对比埋弧焊最高，等离子弧焊接（小孔型）最低，焊接电弧分布中心向外，温度下降6.电弧的引燃方法：接触式引弧、非接触式引弧。
非接触式引弧有两项原因，一是不允许电极与工件接触，一是电极无法与工件接触。
交流电弧焊由于电流过零问题焊接中需要采取稳弧措施7.焊缝形状尺寸的参数：焊缝成形系数φ（熔宽B与熔深H 之比）、焊缝深宽比（H与B之比）、余高a（熔深、熔宽、余高）8.溶滴产生脱落、过渡的力主要是重力、表面张力、电磁力、摩擦力。
既是作用在溶滴上的表面张力通常是阻止溶滴脱落的力。
而在短路过渡的情况下却变为促进溶滴过渡的力。
9.电弧焊溶滴过渡形态的分类:自由过渡、接触过渡、渣壁过渡。
10.以目前最为普遍的应用对象衡量，TIG焊是所有焊接方法中应用最广泛的。
钨电极材料:纯钨电极、钍钨极、铈钨极、锆电极。
11.钨极氩弧焊直流正极性焊接是所有电弧焊方法中电弧过程最为稳定的。
在引弧动作开始之前要提前通以保护气，驱除导气管中的空气并使焊接区处于被保护状态下这种称作提前送气；焊接结束时如果在电弧熄灭的同时停止保护气，焊缝结束部位产生严重氧化，而且处于高温状态的钨极也会受到氧化而出现显著烧损，为此在熔池完全凝固及电极冷却之前需要继续流通保护气，这称作滞后停气。
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•
A → A+ + e - Wi •A
•A+ •+ •e
• • 电离能：原子或分子电离所需要的能量 单位为ev 或J • • 电子伏：一个电子被1V的电压所加速得到的能量。 • • 电离电压：电离能/电子带电量。
碱金属、碱土金属（K、Na、Ca等），外层一个或两个电子，易 失去、易电离、电离电位低，药皮中加入引弧容易，电弧燃烧稳定。 （引弧剂，稳弧剂）。J422,J502,J423等酸性焊条。
F(7个电子)电离电位较高，不易电离，加入药皮不易引弧。 CaF2可去除H、S、P，焊缝含氢量较少。 J507(CaF2)。碱性低氢型 焊条含较多CaF2。
•电离：使中性的气体分子变成电子和
离子过程。
•电离势：原子或分子电离所需要的 能量。
• 2、 激励：气体原子得到的一定的能量，虽然小于Wi，但可 使电子从低能级跃迁到高能级。这种现象叫激励。
➢很短的距离，弧长＝10－5～10－6mm内 。 ➢电场强度很大。 ➢E=100伏/ 10－5cm=106 伏/cm
➢足够大的电场强度，使电子从阴极发 射出来，叫做电子自发射。空载阶主要 是自发射。 •
➢自发射，热发射很强烈，但刚刚开 始，还不能使两极间的气体充分电离 ，因此电弧尚未形成，还处于空载状 态。I=0。
浓度达到一定值后，在e吸引下，A+也向周边运动。从而在周
边复合
• A++e→A+Wi • A++ A- →2A+Wi
•A
• 三、电弧的产生
• （一）引弧方法：擦划，点接触。
• 焊条与工件接触又迅速拉开的－ 瞬间产生的。但实际是由：“短路－空 载－燃弧”三个极短的阶段。
• ①短路
• 短路阶段：两极间有金属蒸气 ；药皮蒸气；电子的热发射。
•电弧
•+
•-
•非自持放电 •Ua
•自持放 电
•暗放电 •暗放电 •辉光放
电
•U
•电弧放 电
•I •导体导 电
•Ia
• 电弧是特殊的气体放电过程：电能能转换为热
能；机械能；光能；磁能 。
•非自持放电:诱导（外加措施）；
•气体
•暗放电
放电 •自持放电•辉光放电 •电压最低（几十 •电弧放电 伏）
•
对电弧导电起作用的主要是阴极的发射。
• 2） 逸出功（Ww）：电子发射所需的最小能量。1/2~1/4 Wi
• 3） 逸出电压：Ww/e
•
物理意义：Ww越小，引弧越容易，电弧稳弧性越好。
•
• 4）主要影响因素：
•-
• • 材料， K、Na。
• • 表面状态：有氧化物时，逸出功降低
• • 加入杂质，例如，钍、铈及镧等可降低Ww。 •
电弧焊基础知识概述
2020年4月29日星期三
第一节 焊接电弧的导电机理
一、电弧的基本概念
1、电弧：电弧是一种气体放电 现象，通过放电将电能转变
为热能与机械能。 2、气体放电：两极间的气体被击穿而导电的过程。 3、电弧的实质： 在一定的条件下，电荷通过两电极之间的
气体空间的一ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ导电现象。（气体放电现象）
•2、阴极电子发射的分类
• 1）热发射：在热量的作用下产生的发射
•产生条件：阴极温度足够高
•特点：对阴极有冷却作用，这一点对TIG焊具有重要意义。可 提高W极的载流能力。
•
•2）电场发射：金属表面的电子在电场力的作用下逸出的现象
。
•—
•库仑力
•特点：对阴极的冷却作用较小。 —
•
•3）光发射：光幅射作用下产生的发射。实际电弧中产生光发 射的可能性很小。
使其电离的过程。
•
主要是e的作用：电子获得的能量是A+ 的4倍。
•
• 3） 光电离：A直接捕捉光量子并吸收其能量而电离。
•
波长越小越易促进光电离，电弧波长包括红外线、紫外线
可见光、可使AI、K、Na原子光电离。但不能使Ar、He、
Fe 等电离。
• （二）电子发射
•
• 1、基本概念
• 1） 电子发射：电子从金属表面逸出的现象。
• 激励能：所需的最小外加能量叫激励能We。 • 激励能电压：激励能We/e。 •
• 3、电离的分类：
•
• 1） 热电离：气体粒子受热的作用而产生电离
•
实质：中性粒子通过与电子碰撞，接收电子能量而电离。
•
•
电离度：电离了的粒子数量与电离前粒子数量之比。0.1%
•
• 2） 电场作用下的电离：A+、e在电场作用下被加速、与A碰撞
空间去叫做热发射电子，电子逸出金属
表面消耗的能量—逸出功。
• 短路阶段：金属蒸气(Fe )；
•
药皮蒸气(K、Na、Ca )；
•
电子的热发射(e)。
• 为电弧的产生准备了条件。
• ②空载
焊条刚刚拉开，电弧尚未形成的一瞬 间，电源处在空载状态：I=0, V=U0 。 • 空载电压较高：手工电弧焊U0＝50～ 90伏。不大于100伏。
•电流最大（几百
安培）
•温度最高（5000 －8000K） •发光最强
• 二、 带电粒子的产生过程
• 产生方式：
• 电离：气体中性原子或分子（ A ）分离为一价正离子
（ A+ ）和电子（ e ）的过程。
• 电子发射： 金属表面逸出电子的现象
•
• （一）电离与激励
•
• 1、电离：在一定条件下中性原子分离成A+及e的现象。
• ③燃弧
• 短路阶段和空载阶段为燃弧准备 了必要条件。 • •
•a.两极间：空气，金属蒸气，药皮 蒸气，易电离成为能导电的电弧介 质。
•b.热发射，自发射：从阴极表面发 射大量高速运动电子。
•c.电源供电：两极间有足够大的电 场强度，成为发射电子、电离气体 的动力来源。
• 由于具备了上述条件，使得由阴极发射出
• 4）粒子碰撞发射：高速运动的A+碰撞到阴极上导致的发射。
• （三）负离子的产生 • 中性粒子与电子结合的过程，是一个放热过程，所放出的热被 称为电子亲和能。 • A + e → A- + W
•A •+•e
•A-
• 不利于电弧稳定。
•
• （四）扩散与复合
• 扩散：电弧中心处A+、e较多，e易向周边运动。当周边电子
来的电子，在电场加速下，发生激烈的碰撞： 电子在电场作用下，撞击原子使之电离，碰撞 电离发生链锁反应。产生雪崩式击穿而形成电 弧。
•10 m
突出点接触，电流密度极大（I短>1.5～3 I焊 ），很 大的电流（I短），很小的接触面积，很大电阻热。
电阻热使接触点温度骤然升高，电极表面金属熔化， 蒸发，药皮中物质K、Na、Ca分解蒸发,Fe、K、Na、Ca蒸 气具备电离气氛.
➢电子的热发射
阴极表面温度很高，电子获得
足够的能量，活跃，冲破表面，逸出到