焊接工艺2(焊工工艺学电子教案)

第三章：焊接电弧

电弧具有两个特性，即它能放出强烈的光和大量的热。电弧发出的光和热被普遍地应用于工业上，如电弧是所有电弧焊接方式的能源。到目前为止，电弧焊在焊接方式中其因此仍占据着主腹地位，一个重要的缘故确实是因为电弧能有效而简便地把电能转换成熔化焊接进程所需要的热能和机械能。

为了熟悉和把握电弧焊方式，第一必需弄清电弧的实质，把握电弧的基础知识。本章确实是从理论上对电弧的性质及作用进行分析，通过学习，使咱们能把焊接电弧的知识应用到电弧焊焊接工作中去，从而达到提高焊接质量的目的。

第一节：焊接电弧的引燃进程

一、焊接电弧的概念

焊接时，将焊条与焊件接触后专门快拉开，在焊条端部和焊件之间当即会产生敞亮的电弧,电弧是一种气体放电现象。

咱们在日常生活中常常能够看到气体放电现象，例如，每当咱们切断电源的时候，在闸刀方才离开接触处的刹时，往往会产生敞亮的火花，这确实是气体放电的现象。但它与焊接电弧相较较，焊接电弧不但能量大，而且持续持久。因此咱们能够说：“由焊接电源供给的，具有必然电压的两电极间或电极与焊件间，在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象，称为焊接电弧。

一样情形下，由于气体的分子和原子都是呈中性的，气体中几乎没有带电质点，因此气体不能导电，电流也通只是，电弧就不能自发地产生。要使气体呈现导电性必需使气体电离，气体电离后，原先气体中的一些中性分子或原子转变成电子、正离子等带电质点，如此电流才能通过气体间隙而形成电弧。

１．气体电离

气体和自然界的一切物质一样，电子是按必然的轨道围绕原子核运动，在常态下原子是呈中性的。但在必然的条件下，气体原子中的电子从外面取得足够的能量，就能够离开原子核的引力而成为自由电子，同时原子由于失去电子而成为正离子。这种使中性的气体分子或原子释放电子形成正离子的进程称为气体电离。

使气体电离所需要的能量称为电离电位（或电离功）。不同的气体或元素，由于原子构造不同，其电离电位也不同。

在焊接时，使气体介质电离的种类要紧有热电离、电场作用下的电离、光电离。

（１）热电离：气体粒子受热的作用而产生的电离称为热电离。温度越高，热电离作用越大。

（２）电场作用下的电离：带电粒子在电场的作用下，各作定向高速运动，产生较大的动能，当不断与中性粒子相碰撞时，那么不断地产生电离。如两电极间的电压越高，电场作用越大，那么

电离作用越强烈。

（３）光电离中性粒子在光辐射的作用下产生的电离，称为光电离。

２．阴极电子发射

阴极的金属表面持续地向外发射出电子的现象，称为阴极电子发射。

焊接时，气体的电离是产生电弧的重要条件，可是，若是只有气体电离而阴极不能发射电子，没有电流通过，那么电弧仍是不能形成。因此阴极电子发射也和气体电离一样，二者都是电弧产生和维持的必要条件。

一样情形下，电子是不能自由离开金属表面向外发射的，要使电子逸出电极金属表面而产生电子发射，就必需加给电子必然的能量，使它克服电极金属内部正也荷对它的静电引力。所加的能量越大，促使阴极产生电子发射作用就越强烈。电子从阴极金属表面逸出所需要的能量称为逸出功，电子逸出功的大小与阴极的成份有关。

焊接时，依照阴极所吸收的能量的不同，所产生的电子发射有以下几类：热发射、电场发射、撞击发射等。阴极发射电子后，又从焊接电源取得新的电子。

1）热发射焊接时，阴极表面温度很高，阴极中的电子运动速度专门快，当电子的动能大于阴极内部正电荷的吸引力时，电子即冲出阴极表面产生热发射。温度越高，那么热发射作用越强烈。

（２）电场发射在强电场的作用下，由于电场对阴极表面电子的吸引力，电子能够取得足够的动能，从阴极表面发射出来。当两电极的电压越高，金属的逸出功小，那么电场发射作用越大。

（３）撞击发射当运动速度较高，能量较大的正离子撞击阴极表面时，将能量传递给阴极而产生电子发射现象，叫做撞击发射。若是电场强度越大，在电场的作用下正离子的运动速度也越快那么产生的撞击发射作用也越强烈。

事实上在焊接时，以上几种电子发射作用常常是同时存在，彼此增进的，但在不同条件下，它们所起的作用可能稍有不同。例如，在引弧进程中，热发射和电场发射起着要紧作用；电弧正常燃烧时，如采纳熔点较高的材料（钨或碳等）作阴极，那么热发射作用较显著；假设用铜或铝等作阴极时，撞击发射和电场发射就起要紧阻碍；而钢作阴极时，那么和热发射、撞击发射、电场发射都有关系。

二、焊接电弧的引燃进程

上面所讨论的气体电离及阴极电子发射，是电弧燃烧的必要条件，咱们把开始造成两电极间气体发生电离及阴极电子发射而引发电弧燃烧的进程叫电弧引燃。

电弧的引燃是先将通上焊接电源的焊条结尾与焊件表面相接触，然后专门快地将焊条拉开至与

焊件表面距离３～４ｍｍ的间隙，那么电弧就在焊条与焊件的间隙中燃烧了。焊接时，什么缘故第一要将焊条与焊件相接触，然后专门快拉开至３～４ｍｍ电弧才能引燃呢？它的理论依据是什么呢？下面咱们针对那个问题来进行分析。

当焊条结尾与焊件表面相接触时，焊接回路就发生了短路，这时可使回路电流增大到最大值。另外，由于电极表面的不平整，因此在接触部份通过的电流密度超级大，依照焦耳·楞次定律（Q=Ｉ2Ｒｔ）能够明白，由于电流的热作用，使接触部份的签属温度猛烈地升高而熔化，乃至部份发生蒸发而变成金属蒸气。当专门快地提起焊条时，在焊条离开焊件的刹时，壮大的电流只能从熔化金属的细颈通过，由大电流密度而产生的热作用突然增大，使细颈部份液体金属的温度猛烈升高，乃至像“保险丝”气化爆裂那样，使两极液体金属迅速分开。由于短路时壮大电流的热作用及金属蒸气的存在，促使焊条与焊件的间隙中气体温度增高，在热与电场的作用下，这些高温气体就会发生电离，如此，在焊条与焊件的气体间隙中就充满了带电粒子、电子及正离子，因此就具有了电弧在那个地址燃烧的条件。同时当焊条与焊件接触而发生短路时，数值专门大的短路电流使电源电压急剧的降低，几乎达到零值。可是当焊条提起离开焊件的刹时，焊接回路中的电流就急剧的减小。焊条与焊件之间的电股叵快的增高到能知足电弧燃烧所需要的电压值（一样为１８～２４Ｖ）。而且在电压恢复的刹时，由于两极间电场强度专门大，于是电场发射作用当即产牛，而热发射、撞击发射也随之产生。如此，在阴极不断发射电子和两极间气体微粒持续地发生电离和中和的进程，并在电场作用下，带电粒子各自作定向高速运动，电弧便引燃起来了。

在焊接进程中，电源电压由短路时的零值增到电弧复燃的电压值所需要的体可，称为电压恢复时刻。电压恢复时刻关于焊接电弧的复燃及焊接进程中电弧的稳固性具有重大的实际意义。那个时刻长或短，是由弧焊机的特性来决定的。在电弧焊接时，对电压恢复时刻要来越短越好，一样不超过、若是电庄恢复时刻太长，那么电弧就不容易引燃并造成焊接进程不稳固。

焊接电弧引燃的顺利与否，还与如下几个因素有关：焊接电流强度、电弧中的电离物质。电源的空载电压及其特性等。若是焊接电流大，电弧中又存在容易电离的元素，电源的空载电压高时，那么电弧的引燃就容易。

第二节：焊接电弧的构造及静特性

一、焊接电弧的构造及温度

焊接电弧的构造可划分三个区域；阴极区、阳极区、弧柱。电弧焊是利用电弧的热能来达到连接金属的目的。。电弧的热能是由上述各个区域的电进程作用下产生的，由于各区域的电进程特点不同，因此各区域所放出的能量及温度的散布也是不相同的。

１、阴极区