焊接物理基础
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
焊接电弧物理基础
4) Control of weld metallurgy；
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Metal joining approach：
1) Heating:
Break up the surface oxide Joint becomes plastic or fusion state molten pool crystal together weld bead Applied heating sources： Gas flame ；Arc heat；
molecules through chemical reaction and physical effect.
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Welding is one of the most widely applied joining process in the modern (advanced) manufacturing industry.
弧柱的温度一般在5000--50000K之间，而电场强度仅为10v ／cm左右，所以在弧柱区热电离是产生带电粒子的主要途 径，电场作用下的电离则是次要的。
在电弧的阴极压降区和阳极压降区．电场强度可达105— 107v/cm，远高于弧柱区，因而会产生显著的场致电离现象。
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3) 光电离 中性气体粒子受到光辐射的作用而产生的电
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。
与其他气体放电形式相比，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。
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第10章 金属连接成形的主要工艺
二次电离，雪崩
焊接电弧
诚洁勤敏
⑵电场作用下的电离（场致电离）：带电粒子从电场 中获得能量，通过碰撞而产生电离过程称为电场作用 下的电离。
带电粒子一边与气体粒子碰撞，一边沿电场方向作加速运动。 两次碰撞之间的路长度为粒子的自由行程。其平均值称为平 均自由行程。 在相同条件下电子的平均自由程比离子大4倍而电子质量比离 子小得多。在电场作用下电子获得4倍于离子的动能与中性粒 子发生非弹性碰撞产生电离，故电场作用下的电离主要是电 子与中性粒子的非弹性碰撞引起的。这种电离是有链锁反应 性质，但并不是无限的。电弧中除电离外，还存在着带电粒 子复合成中性粒子的消电离过程。 弧柱中场强较弱（10 V/cm左右），电子获得动能较小。此时 热电离是主要形式，场致电离是次要的，阳、阴极区场强较 高（105-107V/cm）才产生显著场致电离。
诚洁勤敏
由于外加能量形式不同，电子发射机构可分为热发射、 电场发射、光发射和粒子碰撞发射四种类型： 1．热发射： 由于金属表面受热作用，使其内部的自由电子热运动加剧，当 自由电子的动能大于逸出功时，则飞出金属表面参加电弧的导 电过程。电子从金属表面逸出时要带走热量，对金属表面产生 冷却作用，当其被金属表面接收时，会释放能量，使金属表面 加热，带走和释放的能量在数值上均为IUw（其中I为发射的总 电子流，Uw逸出电压）。如热态引弧较容易。
诚洁勤敏
⑵光辐射传递： 一般焊接电弧中，以光辐射传递方式产生带 电粒子与碰撞传递相比，是次要的。 中性气体粒子接受外界光量子形式能量，内 能提高结构改变，产生激励或电离。
3.电离种类： 电弧中气体粒子的电离因外加能量和种类的不同可分 为三类：热电离、电场作用下的电离和光电离。 ⑴热电离：高温下，气体粒子受热的作用相互碰撞而 产生的电离。
诚洁勤敏
电弧焊焊接方法与设备使用
电流密度大、温度高 粘着性、跳跃性 避开氧化膜 斑点力，小于阴极斑点力
（3）特点：
电流与周围条件一定时，电弧稳定燃烧时，会自动选择一个确定的导电截面，使电弧电场强度最小，能耗最小，固定弧长上电压降最小。
（六）最小电压原理
（一）电弧的热能特性 1、电弧热的形成机构 电能→热能
（1）弧柱的产热
（4）爆破力 仅产生于短路过渡中，短路小桥汽化爆断所产生的力，产生飞溅。
（5）细熔滴的冲击力 仅产生于MIG焊射流过渡，熔滴以很大的加速度冲击熔池，形成冲击力。
爆破力
2、影响因素
2、影响因素 （1）气体介质 介质种类不同，影响不同。 导热好，易解离的气体，电弧力，特别是斑点力较大。 （2）焊接电流及电弧电压： 电流增大，电弧力增大； 电压增大，电弧力减小。 （3）W极或焊丝直径： 直径越小，力越大 （4）极性 ： TIG焊时，DCSP大；而MIG焊正好相反。
焊接教研室 王立跃 2009.2
国家重点培育院校 焊接技术及自动化专业 精品课程
焊接方法与设备使用
任务1
焊接方法与设备的基础知识
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: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。
熔化极气体保护焊时，焊丝材料作为冷阴极材料，Uk>>Uw ，则Pk>Pa。所以，同种材料，相同电流的作用下，焊丝作为阴极的产热将比焊丝作为阳极时产热多。因为散热条件相近，所以焊丝接负时比焊丝接正时熔化快。
1
2
3
4
阳极区：Pa≈IUw
LH
Ls
电源
送丝轮
导电嘴
la
（2）电阻热 在自动和半自动焊时，从焊丝与导电嘴接触点到焊丝端头的一段焊丝（即焊丝伸出长度，用Ls表示）有焊接电流通过，所产生的电阻热对焊丝有预热作用，从而影响焊丝的熔化速度。特别是焊丝比较细和焊丝的电阻系数比较大时（如不锈钢），这种影响更加明显。
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焊接基础知识第一章焊接理论一、焊接的含义焊接是利用比被焊接金属熔点低的材料，与被焊接金属一同加热，在被焊接金属不熔化的条件下，熔融焊料润湿金属表面，并在接触面上形成合金层，从而达到牢固的连接的过程。
在焊接过程中，为什么焊料能润湿被焊金属？怎么样才能得到可靠的连接？通过对焊接原理的分析，可以得到初步的了解。
一个焊点的形成要经过三个阶段的变化：1、熔融焊料在被焊金属表面的润湿阶段；2、熔融焊料在被焊金属表面的扩展阶段；3、熔融焊料通过毛细管作用渗透焊缝，与被焊金属在接触面上形成合金层。
其中，润湿是最重要的阶段，没有润湿，焊接无法进行。
二、焊接的润湿作用任何液体和固体接触时，都会产生程度不同的润湿现象。
焊接时，熔融焊料（液体）会程度不同地黏附在各种金属表面，并能进行不同程度的扩展，这种粘附就是湿润。
润湿得越牢，扩展面越大，润湿得越好，反之，润湿性不好或根本不湿润。
为什么会产生润湿程度的差异，其原因是液体分之（熔融焊料）与固体分子（被焊金属）之间的相互引力（粘结力）大于或小于液体分子之间的相互引力（表面张力）决定的，即：粘结力＞表面张力，则湿润；粘结力＜表面张力，则不湿润。
根据上述原理，焊接时降低熔融焊料的表面张力，可提高焊料对被焊金属的润湿能力。
而降低焊料表面张力的最有效手段是：焊接时使用焊剂。
为了使焊料能迅速湿润被焊金属，必须达到金属间的直接接触，也就是说焊料和被焊金属接触面必须干净，任何污染都会妨碍润湿和金属化合物生成。
因此，保持清洁的接触表面是润湿必须具备的条件。
但是金属表面总是存在氧化物、油污等，因此焊接前对被焊金属表面都要进行清洁处理。
三、焊点的形成3.1焊点形成的作用力一个焊点形成是多种作用力综合作用的结果。
在一块清洁的铜板上涂上一层焊剂，并在上面放置一定的焊料，然后将铜板加热到规定的温度，焊料熔化后就形成了下图的形状。
图 3-3(图3-2)中可以看出，通过接触角的大小，可以衡量焊料对被焊金属润湿性能的好坏，如图3·3所示。
焊接基础知识
1. 什么叫焊接？两种或两种以上材质（同种或异种），通过加热或加压或二者并用，来达到原子之间的结合而形成永久性连接的工艺过程叫焊接。
2. 什么叫电弧？由焊接电源供给的，在两极间产生强烈而持久的气体放电现象一叫电弧。
3. 什么叫母材？被焊接的金属-----叫做母材。
4. 什么叫熔池？熔焊时焊件上所形成的具有一定几何形状的液态金属部分。
5. 什么叫焊缝？焊接后焊件中所形成的结合部分。
6. 什么叫焊缝金属？由熔化的母材和填充金属（焊丝、焊条等）凝固后形成的那部分金属。
7. 什么叫保护气体？焊接中用于保护金属熔滴以及熔也免受外界有害气体（氢、氧、氮）侵入的气体叫做保护气体。
8. 什么叫焊接工艺、它有哪些内容？焊接过程中的一整套工艺程序及其技术规定。
内容包括：焊接方法、焊前准备加工、装配、焊接材料、焊接设备、焊接顺序、焊接操作、焊接工艺参数以及焊后处理等。
9. 什么叫CO2焊接？用纯度>99.98%的CO2做保护气体的熔化极气体保护焊。
10. 什么叫MAG焊接？混合气体75-95%AR+25-5%CO2(标准配比：80%AR+20%CO2)做保护气体的熔化极气体保护焊。
11. 什么叫MIG焊接？用高度氩气AR>99.99%做保护气体的熔化极气体保护焊接铝及铝合金、铜及铜合金等有色金属。
用98%AR+20%O2或95%AR+5%CO2做保护气体的熔化极气体保护焊接实心不钢焊丝的工艺方法称为MIG焊。
用氦+氩惰性混合气做保护的熔化极气体保护焊。
12. 什么叫TIG焊接？用纯钨或活化钨（钍钨、铈钨、锆钨、镧钨）作为不熔化电极的惰性气体保护电弧焊，简称TIG焊。
13. 什么叫SMAW（焊条电弧焊）焊接？用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。
14. 什么叫碳弧气刨？使用碳棒作为电极，与工件间产生电弧，用压缩空气（压力0.5—0.7MPA）将熔化金属吹除的一种表面加工的方法。
常用来焊缝清根、刨坡口、返修缺陷等。
第一章电弧物理
2.3 带电粒子的扩散和复合
• 电弧空间的带电粒子在电场作用下总体进行着定向运动，同时由于密度分 布的差异也在进行着扩散运动，扩散使电弧呈现扩展形态。 • 方向：密度高的区域 —> 密度低的区域，从电弧轴线中心向外部周边区域 扩散。带电粒子的扩散并不会造成电弧整体电荷密度的均一分布，而处于 相对稳定的动平衡状态。思考：扩散能否使电弧湮灭？
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阴极斑点
• 某些情况下，电场发射很剧烈时，电弧导电通道将主要集中在一个较小的区 域，该区域电流密度、温度、发光强度远高于其它区域，称作阴极斑点。 • 成因： • 热阴极、惰性气体保护时，若电流较小或电极直径太大、表面不平滑、存在 污染物，电弧温度不能使电极前端全面积产生热电子发射，阴极及阴极区将 辅助以电场发射向弧柱区提供电子。为减少与周围环境的接触，降低散热损 失，电子发射将集中在一个较小的区域内进行，从而形成阴极斑点。 • 低熔点、导热性能好材料（Al、Mg）作为冷阴极时，即使阴极温度达到材 料的沸点，也不足以通过热发射产生足够电子，阴极将进一步自动缩小其导 电面积，直至导电面积前面形成密度很大的正离子空间电荷和阴极压降，足 以产生很强的电场发射，补充热发射的不足，向弧柱提供足够的电子流，此 时阴极将形成面积更小电流密度更大的斑点来导通电流，是谓阴极斑点。
• 复合：电子与正离子相遇后重新结合成中性粒子，同时释放出相当于电离 能的能量 • 复合主要出现在电弧温度较低的区域，以电弧外围区域表现更为频繁。 • 复合后的粒子或是在电弧空间重新被电离，参与导电过程，或是随气体介 质的运动而散失到电弧以外的空间。
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第一章 电弧焊基础知识PPT课件
外加能量可以通过碰撞和光辐射两种方式传递给中性气体
粒子。
电弧本身制造带电粒子维
持其导电的最主要途径。
碰撞传递：只有非弹性碰撞才产生电离过程。
光辐射传递：气体粒子接受光量子形式施加的能量，产生 激励或电离，超过电离能部分转换为电离生成电子的动能。
2020/8/7
第一章 电弧焊基础知识
次要途径
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第一节 焊接电弧
W-Zr 氧化物逸出功较低， 3.14 电子容易从氧化膜
处逸出，形成阴极 斑点。如铝合金的
阴极雾化 14
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。
一、焊接电弧的导电特点
电弧是一种气体放电现
象，是指两电极存在电
位差时，电荷通过两电
极之间气体空间的一种
导电现象。电能转换为 热能、机械能和光能。
焊接电弧导电示意图
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第一章 电弧焊基础知识
4
第一节 焊接电弧
气体导电时，导电部分的电压与电流不遵循欧姆定律。
电弧的特点： 低电压、大 电流、温度 高、亮度大
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第一章 电弧焊基础知识
10
第一节 焊接电弧
说明
1、Ui为实效电离电压，主要取决于电离电压较低的气体
成分，例如焊条药皮中加K、Na、Ca稳弧。 CO2、N2气氛电
弧电压和电弧温
2、气氛中的多原子气体电离前首先解离。 度比Ar气氛高。
3、弧柱区温度为5000～30000K，热电离是其产生带电粒 子的最主要途径。
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。
焊接电弧的基础知识
各区温度分布情况如下： 1. 弧柱区的温度最高，但热量大部分通过对流的形式流失了 2.阴极区的热量用于对阴极加热，这部分热量可用于加热填
充材料或工件 3. 阳极区的热量主要用于加热工件和焊材，阳极和阴极相比，
（三）带电粒子的消失
二、焊接电弧的导电特性 （一）弧柱区的导电特性 （二）阴极区的特点 （三） 阳极区的特点 （四）焊接电弧的静态伏安特性 三、焊接电弧的工艺特性
（一）电弧的热能特性
⑴ 弧柱、阴极区、阳极区的产热
（2）电弧的温度分布
（二）电弧的力学特性 （三）焊接电弧的稳定性
Ⅰ、焊接电弧的产生
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。 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。 带电粒子在电场作用下运动形成电流，从而使两电极之间的 气体空间成为导体，也就形成了电弧。
• 同一种方法，在不同的位置 上的能量密度也是不同的
• 能量密度大的时候，可有效的利用热源熔化金属，并减少热影 响区，获得窄而深的焊缝，有利于提高焊为2600 K， 阴极区温度约为2400 K， 电弧中心区温度最高，可达6000～8000 K。 由于电弧截面的特点，所以电流密度及能量密度在弧柱区较低 。
，焊接电流与电弧电压变化的关系称为焊接电弧的静特性。表示 这两者关系的曲线叫电弧静特性曲线。
电弧电压决定于电弧长度和 焊接电流值
• 不同的电极材料、气体介质或电弧长度，对电弧静特性均有 影响，当其他条件不变情况下弧长增加，电弧电压也升高， 电弧静特性曲线的位置相应升高，当电流—定时，电弧电压 与弧长成正比。
焊接基础知识
第二讲焊接基础知识第一节焊接的物理实质国家标准对焊接的定义是：焊接即通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到结合的一种加工工艺方法。
焊件可以是各种同类或不同类的金属、非金属，也可以是一种金属与一种非金属。
但是金属的连接在现代工业中具有最重要的实际意义，因此焊接主要是指金属的焊接。
要是两部分金属材料达到永久连接的目的，就必须使分离的金属相互非常接近，只有这样才能使原子间产生足够大的结合力，形成牢固的接头。
这对液体来说是很容易的，但对固体来说则比较困难，需要外部给予很大的能量，以使金属接触表面达到原子间的距离。
为此，金属焊接时必须采用加热、加压或两者并用的方法来实现。
第二节焊接方法分类按照金属在焊接过程中所处的状态及工艺特点不同，可以把金属的焊接方法分为熔焊、压焊和钎焊三大类。
一、熔焊熔焊是利用局部加热使连接处的母材金属熔化，再加入（或不加入）填充金属形成焊缝而结合的方法。
1、熔焊的基本方法按照热源形式不同，熔化焊接基本方法分为：（1）气焊（2）铝热焊利用铝热剂放热反应热作热源。
（3）电弧焊利用其提到电视产生的电弧热作为热源。
（4）电渣焊利用熔渣导电时的电阻热作为热源。
（5）电子束利用高速运动的电子流作为热源。
（6）激光焊利用单色光子流作为热源。
（7）等离子弧焊利用高温等离子焰流作为热源。
2、熔焊的保护措施为了防止局部熔化的高温焊缝金属与空气接触而造成成分和性能的恶化，熔焊过程都必须采取有效的隔离空气的保护措施。
基本形式：真空焊接、气体保护、熔渣保护三种。
二、压焊压焊------在焊接过程中，必须对焊件施加一定的压力（加热或不加热）以完成焊接的方法，叫做压焊。
焊接有两种形式：一是将被焊金属接触部分加热至塑性状态或局部熔化状态，然后施加一定的压力，以使金属原子间相互结合而形成牢固的焊接接头。
如锻焊、电阻焊、摩擦焊和气压焊。
二是不进行加热，仅在被焊金属的接触面上施加足够大的压力，借助于压力所引起的塑性变形，以使原子间相互接近而获得牢固的压挤接头，这种压焊的方法有冷压焊、爆炸焊等。
《焊接工程基础》知识要点复习
《焊接工程基础》知识要点复习第一章电弧焊基础知识及第二章焊丝的熔化和熔滴过渡一焊接的概念：通过适当的物理化学过程（加热或者加压，或者两者同时进行，用或不用填充材料）使两个分离的固态物体产生原子（分子）间结合力而连接成一体的连接方法。
二电弧的概念：电弧是在一定条件下电荷通过电极间气体空间的一种导电过程，或者说是一种气体放电现象。
三电弧中带电粒子的产生:电弧是由两个电极和它们之间的气体空间组成。
电弧中的带电粒子主要依靠两电极之间的气体电离和电极发射电子两个物理过程所产生的，同时也伴随着解离、激励、扩散、复合、负离子的产生等过程。
四电离与激励（一)电离：在一定条件下中性气体分子或原子分离为正离子和电子的现象称为电离.电离的种类： 1 .热电离：高温下气体粒子受热的作用相互碰撞而产生的电离称为热电离。
2. 电场电离：带电粒子从电场中获得能量，通过碰撞而产生的电离过程称为电场作用下的电离。
3.光电离: 中性粒子接受光辐射的作用而产生的电离现象称为光电离。
（二）电子发射：金属表面接受一定的外加能量，自由电子冲破金属表面的约束而飞到电弧空间的现象.1、热发射金属表面承受热作用而产生的电子发射现象.热阴极：W、C 电极的最高温度不能超过沸点；冷阴极：Fe，Cu，Al,Mg等。
影响因素：温度、材质、表面形态2、电场发射：当金属表面空间存在一定强度的正电场时，金属内的自由电子受此电场静电库伦力的作用,当此力达到一定程度时，电子可飞出金属表面，这种现象称电场发射。
对低沸点材料，电场发射对阴极区提供带电粒子起重要作用。
影响因素：温度、材质、电场大小3、光发射：当金属表面接受光辐射时，也可使金属表面自由电子能量增加，冲破金属表面的约束飞到金属外面来,这种现象称为光发射。
4、粒子碰撞发射：高速运动的粒子（电子或离子)碰撞金属表面时,将能量传给金属表面的自由电子，使其能量增加而跑出金属表面，这种现象称为粒子碰撞发射。
在一定条件下，粒子碰撞发射是电弧阴极区提供导电所需电子的主要途径。
电子束焊接技术的核物理基础
电子束焊接技术的核物理基础在现代工业制造领域，电子束焊接技术凭借其独特的优势，成为了一种不可或缺的重要工艺。
要深入理解这一技术，就需要从其背后的核物理基础说起。
首先，让我们来了解一下什么是电子束。
电子束，简单来说，就是一群高速运动的电子所组成的“流”。
这些电子具有极高的能量和速度，就像一支支极其微小但威力强大的“箭”。
而电子束焊接，就是利用这些“箭”来实现材料的连接。
从核物理的角度来看，电子束的产生与电子的加速和聚焦密切相关。
在电子束焊接设备中，通常会有一个被称为“电子枪”的装置。
这个电子枪就像是一个“发射器”，它通过加热灯丝或者利用场发射等方式，让电子“脱离”原子的束缚，从而产生大量的自由电子。
产生的自由电子还需要被加速，才能形成具有足够能量的电子束。
这就像是给这些微小的“箭”施加强大的动力，让它们能够以极高的速度飞行。
一般来说，通过在电子枪内施加高电压，电子就会在电场的作用下获得巨大的动能。
然而，仅仅让电子加速还不够，为了使电子束能够精确地作用于焊接部位，还需要对其进行聚焦。
这就好比把原本分散的“箭雨”汇聚成一束极其精准的“激光”。
通过使用电磁透镜等装置，可以调整电子束的聚焦程度，使其能够在极小的区域内集中能量，从而实现高效的焊接。
当电子束撞击到被焊接的材料表面时，会发生一系列复杂的物理过程。
其中，最主要的就是能量的传递和转化。
由于电子束具有极高的能量，当它们与材料相互作用时，会将这些能量传递给材料中的原子和电子。
这一能量传递过程会导致材料局部迅速升温，甚至达到熔点或沸点，从而使材料熔化或气化。
在熔化的过程中，材料的原子会重新排列，形成新的晶体结构，从而实现焊接。
同时，电子束焊接过程中的核物理现象还涉及到材料的电离和激发。
电离会使材料中的原子失去电子，形成正离子和自由电子，从而改变材料的电学和化学性质。
激发则会使原子处于高能态，当它们回到低能态时，会释放出光子，产生辐射。
此外，电子束焊接的效果还受到许多因素的影响。
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电弧焊基础兰州理工大学焊接系本科生学习整理第一章焊接电弧1.焊接方法分类焊接方法分为熔焊、钎焊、和压焊三大类熔焊：熔焊是在不施加压力的情况下，将待焊处的母材加热熔化以形成焊缝的焊接方法。
焊接时母材熔化而不施加压力是其基本特征。
压焊：压焊是焊接过程中必须对焊件施加压力（加热或不加热）才能完成焊接的方法。
焊接施加压力是其基本特征。
钎焊：钎焊是焊接事采用比母材熔点低的钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点但是低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材相互扩散而是心爱那个连接的一种方法力气特征是焊接时母材不发生熔化，仅钎料发生熔化。
2.焊接电弧中气体电离的种类热电离——气体粒子受热的作用而产生的电离称为热电离。
其实质是气体粒子由于受热而产生高速运动和相互之间激烈碰撞而产生的一种电离。
场致电离——当气体中有电场作用时，气体中的带电粒子被加速，电能被转换为带电粒子的动能，当其动能增加到一定程度时，能与中性粒子产生非弹性碰撞，使之电离，这种电离称为场致电离。
光电离——中性粒子接受光辐射的作用而产生的电离现象称为光电离。
不是所有的光辐射都可以引发电离，气体都存在一个能产生光电离的临界波长，气体的电离电压不同，其临界波长也不同，只有当接受的光辐射波长小于临界波长时，中性气体粒子才可能被直接电离。
3.焊接电弧中气体的发射有几种热发射——金属表面承受热作用而产生电子发射的现象称为热发射。
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。
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。
粒子碰撞发射——高速运动的粒子（电子或正离子）碰撞金属电极表面时，将能量传给电极表面的电子，使电子能量增加并飞出电极表面，这种现象称为粒子碰撞发射。
4.阴极斑点的条件及阴极斑点的特点。
阴极斑点是指阴极上导通电流的一些灼亮的孤立点。
某点充当阴极斑点的条件：1）该点能发射电子；2）电弧通过该点时耗能最小。
阴极斑点的特点：1）电流密度大，温度高。
（2）跳跃性及粘着性（3）存在斑点压力（4）自动寻找氧化膜5.接触引弧过程接触式引弧包括短路、分离和燃弧三个过程。
6.电弧的电特性包括哪些焊接电弧的电特性主要指的是焊接电弧的静特性和焊接电弧的动特性。
7.电弧静特性概念焊接电弧的静特性是指在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流与电弧电压变化的关系，也称伏-安特性。
等离子弧的静态特性是指一定弧长的等离子弧处于稳定的工作状态时，电弧电压U ƒ与电弧电流Iƒ之间的关系，即：U ƒ ＝ƒ（Iƒ）特点：1. 由于冷壁喷嘴的拘束作用，使等离子弧柱的横截面积减小，弧柱电场强度增大，电弧电压明显提高，U型曲线的平直区较自由电弧明显减小；2. 当焊接电流较大时，等离子弧的磁收缩效应使弧柱直径的增加受到限制，静特性曲线会出现平的或上升的伏安特性；3. 拘束孔道尺寸和形状对静特性有明显影响，喷嘴孔径越小，U形特性平直区域就越小，上升区域斜率增大，即弧柱电场强度增大；4. 等离子气种类和流量不同时，弧柱的电场强度有明显变化，因此等离子弧供电电源的空载电压应按所用等离子气种类而定；5. 如果采用联合型等离子弧，转移弧的U行特性曲线下降区段斜率明显减小，这是由于非转移弧的存在为转移弧提供了导电通路。
8.影响焊接电弧稳定性的因素有哪些影响焊接电弧稳定性的因素有1、焊接电源，2、焊接电流和电弧电压，3、电流的种类和极性，4、焊条药皮和焊剂，5、磁偏吹，6、其他因素如操作人员技术、焊件清理情况和环境因素等。
第二章焊丝的熔化与熔滴过渡1.焊接熔化速度及影响因素熔化速度Vm 通常以单位时间内焊丝的熔化长度（m/h 或m/min）或熔化质量（kg/h）表示。
其主要取决于单位时间内加热和熔化焊丝的总能量。
影响因素：1、焊接电流的影响电弧热与电流成正比，电阻热与电流的平方成正比。
2、电弧电压的影响与电流一起影响熔化速度。
3、焊丝直径的影响电流一定时，焊丝直径越细电流密度越大，熔化速度增大。
4、焊丝伸出长度的影响焊丝伸长长度越长，电阻热越大，通过焊丝传导的热损失越少，熔化速度越快。
5、焊丝材料的影响焊丝材料不同，电阻率不同故对熔化速度的影响也是不同的。
6、气体介质及焊丝极性的影响介质不同对阴极电压降和电弧热有直接影响。
2.短路过渡的特点1.短路过渡时燃弧、短路交替进行。
2、短路过渡时所使用的焊接电流（平均值）较小，但短路时的峰值电流可达平均电流的几倍。
3、短路过渡一般采用细丝，焊接电流密度大，焊接速度快，故对焊件热输入低而且电弧短，加热几种，减小焊接变形。
3.射流过渡工艺上的特点射流过渡最富有代表性且用途广泛的一种过渡形式。
主要特点有：1、焊接过程稳定，飞溅极少，焊缝成形质量好。
2、电弧稳定，对保护气流的扰动作用小，故保护效果好。
3、射流过渡电弧功率大，热流集中，对焊件熔透能力强。
4.射流过渡临界电流的大小的影响因素1、焊丝成分焊丝成分不同将引起电阻率、熔点、及金属蒸发能力的变化。
2、焊丝直径即使同种材料的焊丝，直径不同临界电流值夜不同。
3、焊丝伸出的长度焊丝生出长度长，电阻热的预热作用增强，焊丝熔化快，易是想射流过渡，是临界电压值降低。
4、气体介质不同气体介质对电弧电场强度的影响不同。
5、电源极性直流反接时，焊丝为阳极易于、实现射流过渡。
母材的熔化和焊缝成形5.焊缝成形过程电弧焊时，焊缝的形成一般要经历加热、熔化、化学冶金、凝固、和固态相变等一系列冶金过程。
其中熔化和凝固时必不可少的过程。
焊接过程中由于熔池是移动的，也使各点的温度是变化的。
沿着熔池的纵向看，熔池前部的固体母材金属处于急剧升温的阶段并不断被电弧熔化成为液体金属；熔池尾部的液体金属渐离电弧热源，温度降低，不断凝固形成焊缝。
6.焊接熔池熔池——在电弧正下方的母材温度超过了熔点，因此必然被熔化，与此同时，填充材料被电弧加热形成熔滴，向母材方向过渡，这两部分金属互相混合在一起，共同形成了具有一定几何形状的液体金属，即所谓的焊接熔池。
7.熔合比熔合比（γ）——指单道焊时，在焊缝横截面上熔化的母材所占的面积与焊缝的总面积之比。
它能反映母材成分对焊缝成分的稀释程度，熔合比γ越大，说明母材向焊缝中熔入的量越大，稀释程度越大。
8.电弧热的损失电弧的热损失包括1、电弧热辐射和气流带走的热量损失。
2、用于加热和熔化焊条药皮或焊剂的损失（不包括熔渣传导给焊件的那部分热量）。
3、焊接飞溅照成的热损失。
4、用于加热钨极或碳极、焊条头、焊钳或导电嘴等的热损失。
9.焊接温度场焊接温度场——指焊接过程中某一瞬间焊接接头上各点的温度分布状态，通常用等温线或等温面来表示。
10.焊件比热流及其与电弧参数的关系比热流指单位时间内通过单位面积传入焊件的热量。
1、弧长对比热流的影响弧长增大比热流qm 减小，q(r)分布渐趋平缓。
2、电弧电流对比热流的影响电弧电流增加，比热流qm 增大。
3、钨极端部角度及端部直径对比热流的影响钨极端部角度减小qm 增加，钨极端部直径减小qm 增大。
11.焊接参数对焊缝成形的影响焊接参数对焊缝成形的影响1、焊接电流，在其它条件一定的情况下，随着焊接电流增加，焊缝的熔深和余高均增加，熔宽略有增加。
2、电弧电压，在其它条件一定的情况下，提高电弧电压，熔深略有减小而熔宽增大，焊缝余高减小。
3、焊接速度，在其它条件一定的情况下，提高焊接速度导致焊接热输入减少，从而焊缝熔宽、熔深和余高都减小。
1.等离子弧的产生机理及分类机理：等离子弧是一种受到约束的非自由电弧，它是借助于以下三种压缩效应而形成的：1、机械压缩效应，利用喷嘴来限制弧柱直径，提高能量密度的效应；2、热压缩效应，利用气流或水流的冷却作用使电弧得到压缩的效应；3、磁压缩效应，如果将通过喷嘴的弧柱看作是由许多载流导线束，由于电流同向，因此会彼此吸引，形成一个指向弧柱中心的力场，使电弧收缩，这种效应称为磁压缩效应。
分类：等离子弧按电源供电方式不同分为三种形式:1、非转移型等离子弧电极接电源的负极，喷嘴接电源的正极，电弧在电极与喷嘴之间产生，工件不接电。
2、转移型等离子弧电极接电源的负极，工件接电源的正极，等离子弧在电极与工件之间燃烧，很难直接形成。
3、联合型（混合型）等离子弧非转移型等离子弧和转移型等离子弧同时存在，这时需要两个独立的电源供电。
2.等离子弧焊接的种类和特点种类：1.穿孔型等离子弧焊接 2.熔透型等离子弧焊接优点：（1）电弧能量集中，因此焊缝深宽比大，截面积小；焊接速度快，特别是厚度大于3.2mm的材料尤显著；薄板焊接变形小，厚板热影响区窄。
（2）电弧挺直性好，以焊接电流10A为例，等离子弧喷嘴高度（喷嘴到焊件表面的距离）达6.4mm，弧柱仍较挺直，而钨极氩弧焊的弧长仅能采用0.6mm。
（3）电弧的稳定性好，微束等离子弧焊接的电流小至0.1A时仍能稳定燃烧。
（4）由于钨.内缩在喷嘴之内，不可能与焊件接触，因此没有焊缝夹钨问题。
缺点：1）由于需要两股气流，因而使过程的控制和焊枪的构造复杂化。
2）由于电弧的直径小，要求焊枪喷嘴轴线更准确地对中焊缝。
3.双弧的形成原因1、喷嘴因素，喷嘴孔径越小、孔道长度或内缩增大，双弧倾向大；2、电流因素，电流大，双弧倾向大；3、离子气体因素，离子气体流量增加，双弧倾向反而减小；4、其他因素：喷嘴冷却不好使温度升高，或喷嘴表面有氧化物或金属飞溅物等，也是形成双弧的原因。
4.什么叫电离、解离、激励？电离：中性粒子处于高能量状态时，其电子轨道上的电子脱离约束，分离成电子和离子称之为电离解离：电弧中的多原子气体（是由两个以上原子构成的气体原子）在热作用下分解为原子的现象称为解离激励：当中性粒子接受外来能量的作用还不足以使电子完全脱离气体原子或分子时，但可能使电子从较低的能级转移到较高的能级，这种现象称为激励。
5.什么是阴极斑点、阳极斑点，二者有何异同？各优先在何处产生？阴极斑点：电弧放电时，负电极表面上集中发射电子的光亮极小区域。
阳极斑点：电弧放电时，正电极表面上集中接受电子的光亮微小区域。
相同点：用低熔点材料或者高熔点材料，但电流很小，做电极才能产生阴极阳极斑点，都具有温度高，粘着性，自动选择性，都阻碍溶滴过度相异点：阴极斑点电流密度大于阳极斑点，斑点力阴极大于阳极6、什么是热发射，有何特点？什么情况下发生场发射？有何特点？热发射：金属表面承受热作用而产生电子发射的现象。
阴极采用W,C等高熔点材料，且电流较大的情况下，发生热发射特点：阴极表面不会有正离子堆积，阴极压降趋于0，阴极区覆盖整个阴极表面，对于阴极有强烈的冷却作用，阴极上不存在阴极斑点场发射：当阴极材料为W,C且电流较小时，或阴极采用熔点较低的Al Cu Fe时，发生场发射特点：有正离子堆积，阴极前面有正电性场，有阴极压降区无冷却作用7、电弧是如何产热的？弧柱区的产热对焊丝和母材的加热与熔化有多大贡献？电弧产热：焊接电弧的产热来自电源输入电能的转换，电源输入的总能量Pa=I(Ua+Uc+Up)，该能量在电弧中转换为热能，光能，磁能，机械能，其中热能占绝大部分，并以传导，对流，辐射等形式给予周围气体，阳极和阴极材料在动态稳定中保持产热和散热平衡。