焊接方法与设备精品PPT课件
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– 电离电压高----带电粒子难以产生 电弧导电困难
2020/10/7
杨建国
21
焊接电弧物理基础
2020/10/7
杨建国
22
焊接电弧物理基础
激励
定义：当中性气体粒子受外加能量作用 而不足以使其电离时，但可能使其内部 的电子从原来的能级跃迁到较高的能级， 这种现象称为~。
使中性粒子激励所需要的外加能量叫做 激励能
实现了将电能转化 为机械能、热能和 光能。
2020/10/7
杨建国
11
焊接电弧物理基础
气体是良好的绝缘体 带电粒子密度 <10-8/m3
使气体导电的条件：
– 电场 – 带电粒子
2020/10/7
杨建国
12
焊接电弧物理基础
焊接电弧物理基础
– 气体电离 – 阴极电子发射 – 带电粒子消失
2020/10/7
层焊条 1920 英国人 全焊接船下水 焊条电弧焊问题：
– 有限长度焊条
2020/10/7
杨建国
5
电弧焊基本历史
2020/10/7
杨建国
6
电弧焊基本历史
1930 埋弧焊
2020/10/7
杨建国
7
电弧焊基本历史
1930 美国 GTAW 1940 美国 成功应
用该方法于焊接镁 及不锈钢薄板
中性气体粒子失去第一个电子所需要的 最小能量成为第一电离能
失去第二个电子所需的能量称为第二电 离能。
…… 单位：电子伏（eV） 为：1.6*10-19J
电离电压
2020/10/7
杨建国
20
焊接电弧物理基础
气体的电离电压的大小反映了带电粒子 产生的难易程度。
– 电离电压低----带电粒子容易产生 有利于电弧导电
2020/10/7
杨建国
32
焊接电弧物理基础
场致电离发生的位置
– 主要是两级区，由于在这两个区域内电场 强度可达105-107V/cm
基本物理过程
2020/10/7
杨建国
18
焊接电弧物理基础
气体的电离
定义：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
实质：中性气体粒子吸收足够的外部能 量，使分子或原子中的电子脱离原子核 束缚而成为自由电子和正离子的过程。
2020/10/7
杨建国
19
焊接电弧物理基础
焊接方法与设备
2020/10/7
1
第一章 电弧焊基础知识
电弧焊重要性
– 高效
本章基本内容
– 电弧物理基础 – 工艺特性 – 焊丝熔化与熔滴过渡 – 母材熔化及焊缝成型
2020/10/7
杨建国
2
主要章节
电弧焊基本历史 焊接电弧 焊丝的熔化与熔滴过渡 母材熔化与焊缝成形
2020/10/7
2020/10/7
杨建国
25
焊接电弧物理基础
Fe电离电压为7.8V,K电离电压为4.3V
2020/10/7
杨建国
26
焊接电弧物理基础
电弧的电离与激励同时存在 电离与激励所需的最低能量为固定值
2020/10/7
杨建国
27
焊接电弧物理基础
电离的种类：
– 热电离 – 场致电离
碰撞电离
– 光电离
杨建国
24
焊接电弧物理基础
当电弧空间存在电离电压（或激励电压） 不同的多种气体的时候，在外加能量的 作用下，电离电压（或激励电压）低的 气体粒子先被电离（或激励），若这种 气体的足以维持电弧的稳定燃烧，则整 个电弧燃烧所需要的能量主要取决于这 个较低的电压。因而电弧所要求的外加 能量就比较低。
意义：稳弧剂的作用
2020/10/7
杨建国
29
焊接电弧物理-电离
电离度与材料、温度之间的关系
2020/10/7
杨建国
30
焊接电弧物理基础
基本规律： 温度 压力 电离电压
电离度
带电粒子数 电弧稳定性
2020/10/7
杨建国
31
焊接电弧物理基础
场致电离
定义：在两电极间的电场的作用下，气 体中的带电粒子被加速，电能转化为带 电粒子的动能，当带电粒子的动能达到 一定数值时，则可能与中性粒子发生非 弹性碰撞而使之电离，这种电离被称为 场致电离
2020/10/7
杨建国
23
焊接电弧物理基础
受激励的电子没有脱离原子的束缚=> 粒子呈中性
受激励的粒子处于不稳定状态=>稳定 状态时间短约为：10-2-10-8s
激励状态的粒子有两种出路
– 又转变为稳定状态，伴随着这个过程能量 以辐射光的形式释放出来=>电弧辐射光
– 接受外部能量电离
2020/10/7
电场分布的不均匀 性表明电弧电阻的 非线性
2020/10/7
杨建国
16
焊接电弧物理基础
金属导电机制：自由电子定向移动 电弧导电机制：电子、正离子、负离子
都参与导电 是复杂的导电过程
2020/10/7
产生机制？？？？
杨建国
17
焊接电弧物理基础
带电粒子产生来源：
– 中性气体粒子的电离 – 金属电极发射电子 – 负离子形成 – 正离子形成
杨建国
3
电弧焊基本历史
1801 迪威
电弧放电现象
1855 俄罗斯人 碳弧焊
– 应用：铁管及容器的制造 蒸汽机修理
– 问题：碳元素使金属接头变得脆硬
1891 俄罗斯人 金属极焊接法
– 空气中 铁电极
2020/10/7
杨建国
4
电弧焊基本历史
1907 瑞典人 焊条电弧焊 1912 瑞典人 开发出保护良好的厚涂
杨建国
13
焊接电弧物理基础
金属导电符合欧姆定律
– 原因：导电机制没有发生变化
2020/10/7
杨建国
14
焊接电弧物理基础
非自持放电
自持放电
电流最大、 电压最低、 温度最高、 发光最强
2020/10/7
杨建国
15
焊接电弧物理基础
沿电弧方向电场强 度分布不均匀
分为三个区域
阴极、阳极区尺寸 很小，约为10-2-10-6 cm
2020/10/7
杨建国
8
电弧焊基本历史
1945 交流GTAW焊 接方法
1945 直流金属极焊 接方法GMA
2020/10/7
杨wenku.baidu.com国
9
第一节 焊接电弧
焊接电弧物理基础 焊接电弧导电特性 焊接电弧工艺特性
2020/10/7
杨建国
10
焊接电弧物理基础
电弧定义：电弧是 一种特殊的气体放 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。
电离度：电弧内单位体积内电离的粒子 数与气体电离前粒子总数的比值
X=电离的粒子密度/电离前中性粒子密度
2020/10/7
杨建国
28
焊接电弧物理基础
热电离
定义：气体粒子受热作用而产生电离的 过程
实质：气体粒子的热运动形成频繁而激 烈的碰撞
主 要 位 置 ： 弧 柱 区 （ 温 度 在 500050000K）
2020/10/7
杨建国
21
焊接电弧物理基础
2020/10/7
杨建国
22
焊接电弧物理基础
激励
定义：当中性气体粒子受外加能量作用 而不足以使其电离时，但可能使其内部 的电子从原来的能级跃迁到较高的能级， 这种现象称为~。
使中性粒子激励所需要的外加能量叫做 激励能
实现了将电能转化 为机械能、热能和 光能。
2020/10/7
杨建国
11
焊接电弧物理基础
气体是良好的绝缘体 带电粒子密度 <10-8/m3
使气体导电的条件：
– 电场 – 带电粒子
2020/10/7
杨建国
12
焊接电弧物理基础
焊接电弧物理基础
– 气体电离 – 阴极电子发射 – 带电粒子消失
2020/10/7
层焊条 1920 英国人 全焊接船下水 焊条电弧焊问题：
– 有限长度焊条
2020/10/7
杨建国
5
电弧焊基本历史
2020/10/7
杨建国
6
电弧焊基本历史
1930 埋弧焊
2020/10/7
杨建国
7
电弧焊基本历史
1930 美国 GTAW 1940 美国 成功应
用该方法于焊接镁 及不锈钢薄板
中性气体粒子失去第一个电子所需要的 最小能量成为第一电离能
失去第二个电子所需的能量称为第二电 离能。
…… 单位：电子伏（eV） 为：1.6*10-19J
电离电压
2020/10/7
杨建国
20
焊接电弧物理基础
气体的电离电压的大小反映了带电粒子 产生的难易程度。
– 电离电压低----带电粒子容易产生 有利于电弧导电
2020/10/7
杨建国
32
焊接电弧物理基础
场致电离发生的位置
– 主要是两级区，由于在这两个区域内电场 强度可达105-107V/cm
基本物理过程
2020/10/7
杨建国
18
焊接电弧物理基础
气体的电离
定义：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
实质：中性气体粒子吸收足够的外部能 量，使分子或原子中的电子脱离原子核 束缚而成为自由电子和正离子的过程。
2020/10/7
杨建国
19
焊接电弧物理基础
焊接方法与设备
2020/10/7
1
第一章 电弧焊基础知识
电弧焊重要性
– 高效
本章基本内容
– 电弧物理基础 – 工艺特性 – 焊丝熔化与熔滴过渡 – 母材熔化及焊缝成型
2020/10/7
杨建国
2
主要章节
电弧焊基本历史 焊接电弧 焊丝的熔化与熔滴过渡 母材熔化与焊缝成形
2020/10/7
2020/10/7
杨建国
25
焊接电弧物理基础
Fe电离电压为7.8V,K电离电压为4.3V
2020/10/7
杨建国
26
焊接电弧物理基础
电弧的电离与激励同时存在 电离与激励所需的最低能量为固定值
2020/10/7
杨建国
27
焊接电弧物理基础
电离的种类：
– 热电离 – 场致电离
碰撞电离
– 光电离
杨建国
24
焊接电弧物理基础
当电弧空间存在电离电压（或激励电压） 不同的多种气体的时候，在外加能量的 作用下，电离电压（或激励电压）低的 气体粒子先被电离（或激励），若这种 气体的足以维持电弧的稳定燃烧，则整 个电弧燃烧所需要的能量主要取决于这 个较低的电压。因而电弧所要求的外加 能量就比较低。
意义：稳弧剂的作用
2020/10/7
杨建国
29
焊接电弧物理-电离
电离度与材料、温度之间的关系
2020/10/7
杨建国
30
焊接电弧物理基础
基本规律： 温度 压力 电离电压
电离度
带电粒子数 电弧稳定性
2020/10/7
杨建国
31
焊接电弧物理基础
场致电离
定义：在两电极间的电场的作用下，气 体中的带电粒子被加速，电能转化为带 电粒子的动能，当带电粒子的动能达到 一定数值时，则可能与中性粒子发生非 弹性碰撞而使之电离，这种电离被称为 场致电离
2020/10/7
杨建国
23
焊接电弧物理基础
受激励的电子没有脱离原子的束缚=> 粒子呈中性
受激励的粒子处于不稳定状态=>稳定 状态时间短约为：10-2-10-8s
激励状态的粒子有两种出路
– 又转变为稳定状态，伴随着这个过程能量 以辐射光的形式释放出来=>电弧辐射光
– 接受外部能量电离
2020/10/7
电场分布的不均匀 性表明电弧电阻的 非线性
2020/10/7
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16
焊接电弧物理基础
金属导电机制：自由电子定向移动 电弧导电机制：电子、正离子、负离子
都参与导电 是复杂的导电过程
2020/10/7
产生机制？？？？
杨建国
17
焊接电弧物理基础
带电粒子产生来源：
– 中性气体粒子的电离 – 金属电极发射电子 – 负离子形成 – 正离子形成
杨建国
3
电弧焊基本历史
1801 迪威
电弧放电现象
1855 俄罗斯人 碳弧焊
– 应用：铁管及容器的制造 蒸汽机修理
– 问题：碳元素使金属接头变得脆硬
1891 俄罗斯人 金属极焊接法
– 空气中 铁电极
2020/10/7
杨建国
4
电弧焊基本历史
1907 瑞典人 焊条电弧焊 1912 瑞典人 开发出保护良好的厚涂
杨建国
13
焊接电弧物理基础
金属导电符合欧姆定律
– 原因：导电机制没有发生变化
2020/10/7
杨建国
14
焊接电弧物理基础
非自持放电
自持放电
电流最大、 电压最低、 温度最高、 发光最强
2020/10/7
杨建国
15
焊接电弧物理基础
沿电弧方向电场强 度分布不均匀
分为三个区域
阴极、阳极区尺寸 很小，约为10-2-10-6 cm
2020/10/7
杨建国
8
电弧焊基本历史
1945 交流GTAW焊 接方法
1945 直流金属极焊 接方法GMA
2020/10/7
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9
第一节 焊接电弧
焊接电弧物理基础 焊接电弧导电特性 焊接电弧工艺特性
2020/10/7
杨建国
10
焊接电弧物理基础
电弧定义：电弧是 一种特殊的气体放 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。
电离度：电弧内单位体积内电离的粒子 数与气体电离前粒子总数的比值
X=电离的粒子密度/电离前中性粒子密度
2020/10/7
杨建国
28
焊接电弧物理基础
热电离
定义：气体粒子受热作用而产生电离的 过程
实质：气体粒子的热运动形成频繁而激 烈的碰撞
主 要 位 置 ： 弧 柱 区 （ 温 度 在 500050000K）