第一章焊接电弧
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
逸出功的大小受电极材料及表面状态的 影响。
焊接电弧物理基础
金属表面存在氧化物时逸出功会减小
焊接电弧物理基础
阴极斑点 定义：阴极表面经常可以看到发出闪烁 的区域，这个区域称为 电子发射最集中的区域 电流最集中流过的区域 热阴极：斑点固定 W C 冷阴极：斑点不规则移动 Cu Fe Al
焊接电弧物理基础
由于电子质量远小于其他粒子的质量， 因而在电场的作用下，速度快，动能大， 其余其他粒子发生非弹性碰撞，几乎将 本身的动能全部传递给相应的粒子，使 中性粒子发生电离或激励。因而场致电 离中电子起到主要的作用。
焊接电弧物理基础
焊接电弧物理基础性气体粒子受到光辐射的作用 而产生的电离过程 范围：电弧的辐射只可能对K、Na、Ca、 Al等金属蒸汽直接引起电离，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
焊接电弧导电特性
纯金属熔点沸点低于相应氧化物，所以 纯金属容易蒸发，阳极斑点自动寻找纯 金属而避开氧化物。因而出现阳极斑点 的跳跃现象。
焊接电弧导电特性
阳极不能发射正离子，弧柱所需要的正 离子是通过阳极区电离提供的。 阳极区导电形式（场致电离、热电离） 场致电离（电弧电流小）电子数大于正 离子数，形成负的空间电场，从而电子 加速，碰撞到中性粒子产生电离。
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
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
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。 实现了将电能转化 为机械能、热能和 光能。
第一节 焊接电弧
（3）以C、W等高熔点材料作阴极 —— 热阴极，又称 热发射型 阴极温度高而产生热电子发射； 无阴极斑点，几乎无压降； 热发射电子散失热量、正离子进入释放热量，材料电阻产热； 在实际焊接电弧中， 因电极材料、电弧气氛、
阳极斑点： 形成条件 —— 在电场电离型导电机制下， 即低熔点、导 热性好的阳极材料，或很小的焊接电流；
（在阳极材料熔点较高，且电流大的情况下不会产生）
斑点特征： 面积较弧柱截面小、较阴极斑点的大； 温度高 —— 光亮点，可引发热电离； 自动选择性 —— 择取弧柱能量（i.E.l）消耗最小处； “粘着”性 ——阳极移动时，斑点显示“拖拽”现像；
U = Ui + Uy + Uz
图1-4
电弧结构和电位分布
2、电弧各区的导电特点 阴极区导电特点
（1）以 Fe、Cu、Al 等低 熔点材料作阴极—— 冷阴 极， 又称为电场发射型 形成强电场（105～107V/cm）发 射电子，产生阴极斑点；
I = Ie + Ii
高速正离子碰撞阴极产热并 发射电子；
带电粒子通过扩散、复合方式不断消失。 电弧稳定“燃烧”时，带电粒子的产生和消失处 于动平衡状态。 中性粒子可能与电子结合生成负离子，负离子的 存在会对电弧稳定性产生不良影响。
三、电弧导电机构
维持电弧放电的条件：气体空间不断产生带电粒子； 保持阴极、阳极与气体空间电流的连续； 1、电弧的构造及电弧电压
六、直流电弧与交流电弧
1、直流电弧
所谓直流电弧是指电弧(电极)极性 不发生变化的电弧，其最大特点是 稳定性好。根据电流形式的不同， 可以有恒定电流下的直流电弧和变 动电流下的直流电弧。
焊接基本知识详解
焊接应力过大的严重后果是焊件（工件）产生裂纹， 危害极大，对重要工件焊后应探伤。
焊接裂纹与： 焊接材料的成分（如硫、磷含量高）有关； 和焊缝金属的结晶特点（结晶区间要小）有关； 含氢量的多少有关。
摘自GB 5117-85
焊条 牌号 型号
E4303 J422
药皮 类型
钛钙型
J422G M
J422F e
E5016 J506
低氢钾 型
焊接电源 焊接位置
用途
交流或直 用于较重要的低碳钢及强度
流全位置 等级较低的低合金钢，
焊接
如09Mn2等。
适于海上平台、船舶、工程 机械等表面装饰焊缝的 焊接。
适于较重要的低碳钢结构焊 接。
芯同时熔化，形成熔池。同时药皮熔化和分解。 药皮熔化→进入熔池发生反应→形成熔渣→保护熔化金属。 药皮分解→CO2,CO,H2等气体→围绕在电弧周围→保护熔化 金属。 焊缝质量有很多因数决定，如母材 金属和焊条质量、焊前的清理程度、 焊时电弧的稳定情况、焊接参数、 焊接操作技术、焊后冷却速度、以及 焊后热处理等。
第四篇 焊接
第一章 电弧焊
§1 .1焊接电弧
焊接电弧：是电极与工件之间气体介质中长时间的放电现象。 一般情况下，电弧热量在阳极区产生的较多，约占总热量的43%，阴极
约36%，弧柱约21%。 温度：用钢焊条焊钢材时
阳极区—2600K 阴极区—2400K 电弧中心—6000~8000K 使用直流电源焊接时有正接、反接两种： 正接：正极接工件—工件温度可稍高一些。 反接：负极接工件，工件温度可稍低一些。 交流焊机、无正反接特点，温度均为2500K。 焊机的空载电压就是焊接时引弧电压，一般为50~90V，电弧稳定燃烧 时电压为电弧电压。电弧长度越大，电弧电压也越高，一般为16~35V。
焊接方法及设备思考题
“焊接方法及设备”思考题第一章焊接电弧1、焊接电弧的物理本质是什么?它具有什么特点?电弧的本质是气体放电，是气体放电的一种表现形态。
特点：电压最低、电流最大、温度2、电弧中带电粒子的产生的方式主要有哪些?1）中性粒子电离2）阴极电子发射3、气体的电离电压、材料的电子逸出电压与电弧稳定性之间有什么关系?电离电压越低，越容易引弧，稳弧性好逸出功越小，引弧越容易，稳弧性能越好4、热阴极（如TIG焊）电子产生的主要方式是什么？冷阴极（如MIG焊）电子产生的主要方式是什么？热：热发射冷：场致发射光发射粒子碰撞发射5、常用的引弧方式有哪些？常用的电弧焊方法各采用什么方式引弧？1、接触引弧焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊2、非接触引弧钨极氩弧焊，等离子弧焊6、焊接电弧由哪几部分构成？其电弧电压的表达式是什么？由阴极区、阳极区和弧柱区三部组成。
电弧电压：Ua=Uc+Uk+UA弧柱电压Uc 阳极电压UA阴极电压Uk7、简述阴极区和阳极区的导电机构阴极区：电子流阳极区：A+8 阴极斑点和阳极斑点各有何特点阴极斑点电流密度大，温度高跳跃性和粘着性存在斑点力自动寻找氧化膜—阴极清理作用（或阴极雾化作用），对铝、镁合金的焊接非常重要。
阳极斑点阳极斑点则有避开氧化膜而去自动寻找纯金属表面的倾向。
产生阳极斑点力，但该斑点力小于阴极斑点力。
9、最小电压原理的含义是什么？在电流和周围条件一定时，处于稳定燃烧状态的电弧，其电弧导电半径（r）或温度（T）应使弧柱的电场强度（E）具有最小值。
也就是说，电弧具有保持最小能量消耗的特性。
10、电弧所受的力有哪些？电磁收缩力、等离子流力、斑点压力、短路爆破力11、什么是焊接电弧的静特性和动特性？焊接电弧静特性在电极材料、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的关系。
焊接电弧的动特性弧长一定时，当焊接电流发生连续快速变化时，电弧电压与电流瞬时值之间的关系。
反映电弧导电性能对电流变化的响应能力。
焊接电弧及其电特性
由原子形成正离子所需要的能量称为电离能 由原子形成正离子所需要的能量称为电离能
2.气体原子的电离 (1)撞击电离:在电场中,被加速的带电质点(电子,离子) 撞击电离: 电场中 被加速的带电质点(电子,离子) 和中性质点(原子)碰撞后发生的电离. 和中性质点(原子)碰撞后发生的电离. (2)热电离:在高温下,具有高动能的气体原子(或分子)互 热电离: 高温下 具有高动能的气体原子(或分子) 相碰撞而引起的电离. 相碰撞而引起的电离. (3)光电离:气体原子(或分子)吸收了光射线的光子能而产 光电离:气体原子(或分子)吸收了光射线的光子能而产 光子能 生的电离. 生的电离. 常见气体及元素的电离能E 常见气体及元素的电离能EL(eV)
第二节
焊接电弧的结构以及伏安特性
弧柱区
一,焊接电弧的结构以及压降分布
三个区域: 三个区域:阳极区 阴极区
阴极区:长度极短10 电压较大, 阴极区:长度极短10-510-6cm ,电压较大,E电场强度极高 阳极区:长度也极短10 电压较大, 阳极区:长度也极短10-210-4cm ,电压较大,E极高 弧柱区:长度基本上等于电弧长度, 弧柱区:长度基本上等于电弧长度,E较小
Ⅰ Ⅱ
Ⅲ
Uf
影响电弧静特性的因素: 影响电弧静特性的因素: 电弧长度
Ua
L2 >L1 L2 L1 电弧长度对电弧静特性的影响
周围气体种类
焊接电弧静特性的应用 对于不同的焊接方法,电弧静特性曲线有所不同. 对于不同的焊接方法,电弧静特性曲线有所不同.静特性下 降段电弧燃烧不稳定而很少采用. 降段电弧燃烧不稳定而很少采用. 焊条电弧焊,埋弧焊多半工作在静特性水平段. 焊条电弧焊,埋弧焊多半工作在静特性水平段. 水平段 熔化极气体保护焊,微束等离子弧焊, 熔化极气体保护焊,微束等离子弧焊,等离子弧焊也多半工 作在水平段,当焊接电流很大时才工作在上升段. 作在水平段,当焊接电流很大时才工作在上升段. 水平段 上升段 熔化极气体保护焊和水下焊接基本上工作在上升段. 熔化极气体保护焊和水下焊接基本上工作在上升段. 上升段
第一章焊接电弧
热发射：当所用的电极是热阴极型且电流较大时， 主要依靠热发射向电弧提供电子； 场致发射而当所用的电极是冷阴极型时，热发射不 能提供足够的电子，此时场致发射起主要作用； 碰撞发射由于焊接电弧的阴极区前面有大量正离子 聚集，形成具有一定强度的电场，能使正离子加速 撞击阴极，因而在一定条件下，粒子碰撞发射能够 成为向电弧提供导电所需电子的主要途径； 光发射：在阴极电子发射中则居于次要地位。
子状态的气体也可以直接被电离。但由于一般情 况下电子脱离气体分子需要克服原子对电子和分 子对电子的两层约束，因此分子状态时的气体电 离电压比原子状态时的电离电压值要高一些。 例如氢原子为13.5V，而氢分子为15.4V。但 是有些气体分子的电离电压反而比原子的电离电 压低，如NO分子的电离电压为9.5V，而N原子 和O氧子的电离电压分别为14.5V和13.5V。
1.1.3 电弧中带电粒子的消失
电弧导电过程中不仅有带电粒子的产生过程，而且 有带电粒子的消失过程，而且，当电弧稳定燃烧时这两 个过程处于动态平衡状态，即在单位时间内产生的带电 粒子数目等于消失的带电粒子的数目。 主要有两种方式： “扩散”：即带电粒子离开它们原来的地方，而逃逸到 电弧的四周，不再参加放电过程； “复合”：即正的带电粒子和负的带电粒子结合成中性 的原子或分子，这里既有电子与正离子的复合，也有负 离子与正离子的复合。在复合的过程中释放出大量的热 和光。包括：空间复合和电极表面复合。
2.电子的发射
电极表面接受一定外加能量作用，使其 内部的电子冲破电极表面的束缚而飞到电弧 空间的现象称为电子发射。 电子发射在阴极和阳极皆可能发生，但 是从阳极发射出来的电子因受到电场的排斥， 不能参加导电过程，只有从阴极发射出的电 子，在电场的作用下才能参加导电过程。
熔焊方法与设备
第一章焊接电弧1、熔焊的基本特征：焊接时母材熔化而不施加压力。
物理本质：在不施加外力的情况下，利用外加热源使使母材被连接处以及填充材料发生熔化，使液相与液相、液相与固相之间的原子或分子紧密地接触和充分地扩散，使原子间距达到ra，并通过冷却凝固将这种冶金结合保持下来的焊接方法。
2、熔焊的特点：（1）焊接时母材局部在不承受外加压力的情况下呗加热熔化（2）焊接时必须采取有效的隔离空气的措施（3）两种材料之间须有具有必要的冶金相容性（4）焊接时焊接接头经历了更为复杂的冶金过程。
3焊接电弧：是由焊接电源供给能量，在具有一定电压的两电极之间或电极与母材之间的气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。
其物理本质：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量大、电压最低、温度最高、发光最强的自持放电现象。
4、气体放电具备条件:一必须有带电粒子，二在两电极之间必须有一定强度的电场。
5、阴极斑点:电弧燃烧时通常在阴极表面上可以看到一个很小但很光亮的斑点是电子集中发射的地方电流密度大6、阴极区导电机构有：热发射型、场致发射型、等离子型。
7、最小电压原理含义：在电流和周围条件一定的情况下，稳定燃烧的电弧将自动选择一适当的断面，以保证电弧的电场强度具有的数值，即在固定弧长上的电压最小。
这意味着电弧总是保持最小的能量消耗。
8、焊接电弧力：1、电磁收缩力 2、等离子流力 3、斑点压力： 1）正离子和电子对电极的冲撞力2）电磁收缩力3）电极材料蒸发产生的反作用力9、焊接电弧力的影响因素：1、焊接电力和电弧压力 2 、焊丝直径 3 、电极的极性 4 、气体介质 5、钨极端部的几何形状 6、电流的脉动10、焊接电弧的静特性（大题）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。
1、弧柱电压降：由Uc=I（lc/Scｒc）=jc（lc/ｒc）可知，电压降Uc与电流密度jc成正比，而与其电导率ｒc成反比。
第一章 手工电弧焊专业题
第一章手工电弧焊专业题一、判断题1．焊条药皮在焊接过程中高温分解时会放出气体和形成熔渣，构成气一渣联合保护。
（√）2．焊条烘干的目的是去掉药皮中的水分，减少氢的来源，以防止热裂纹的产生。
（×）3．酸性焊条的特性中包括了良好的抗裂性。
（×）4．酸性焊条与碱性焊条相比具有高的冲击韧性。
（×）5．按GB/T5117规定，E4303中的第三们数“0”表示全位置焊接。
（√）6．E5015焊条型号中最后两位数“15”表示适用电源种类和药皮类型。
（√）7．焊接不锈钢时，选择焊条的原则是按抗拉强度。
（×）8．如果焊件几何形状复杂，厚度大，应选用抗裂性好碱性的低氢型焊条焊接。
（√）9．当焊机没有接负载时，焊接电流为零，此时输出端的电压称为空载电压。
（√）10．手弧焊接电流，当焊接电流增加时，电弧电压下降的情况是较小的。
（×）11．BX1—330型和BX3—300型弧焊变压器，调节电流时，应在中断焊接情况下进行。
（√）12．BX1—330型焊机型号中，字母“X”表示电源外特性是上升特性。
（×）13．直流正接法是焊条接焊机正极，工作接焊机负极。
（×）14．多道焊时，后道焊缝对前道焊缝的热影响效果相当于淬火处理。
（×）15．焊接前对焊件进行预热，会使母材的组织和性能发生变化。
（×）16．预热的目的是降低焊后冷却速度，减少淬硬倾向，防止冷裂纹的产生。
（√）17．焊缝接头热接法是熔池处于红热状态下迅速进行。
（√）18．手弧焊时，电弧长度与电压之间是反比关系。
（×）19．焊接过程中减少电弧偏吹现象的措施是保持电弧长度不变。
（×）20．磁偏吹产生的原因是由于电弧周围气流引起的。
（×）21．手弧焊主要的工艺参数有焊条直径，焊接电流，焊接层次等参数。
（√）22．无论采用直流电源还是交流电源，焊件接焊接电源输出端的正极，焊条接输出端的负极这种接线方法中正接法。
第一章 电弧焊基础知识
下面为冷金属过渡过程及其所焊的铝合金薄板对接焊缝。 下面为冷金属过渡过程及其所焊的铝合金薄板对接焊缝。
瑞典ESAB公司发展的 瑞典ESAB公司发展的super pulse技术，在一个电流周期内可以采 公司发展的super pulse技术 技术， 用不同熔滴过渡形式的组合，即正、 用不同熔滴过渡形式的组合，即正、负半波可以分别采用不同的熔滴过 渡形式，使焊缝成形比以往更加美观、精确并且容易控制、飞溅极少。 渡形式，使焊缝成形比以往更加美观、精确并且容易控制、飞溅极少。 焊缝成形更多地依靠机器来完成， 焊缝成形更多地依靠机器来完成，大大降低了人为因素对焊缝成形的影 降低对焊工操作技能培训的要求，不但节省了生产成本， 响、降低对焊工操作技能培训的要求，不但节省了生产成本，而且使以 往难于解决的焊接问题（如极薄的铝或不锈钢板的MIG焊 变得简单， 往难于解决的焊接问题（如极薄的铝或不锈钢板的MIG焊）变得简单， 焊缝质量的稳定性、再现性得到极大的提高。 焊缝质量的稳定性、再现性得到极大的提高。 点击看双脉冲（ pulse）过渡技术（瑞典ESAB公司 公司）。 点击看双脉冲（super pulse）过渡技术（瑞典ESAB公司）。 点击了解冷金属过渡（CMT）技术（奥地利Fronius公司） 公司） 点击了解冷金属过渡（CMT）技术（奥地利Fronius公司
v cm
第一节
焊接电弧
弧柱区 阳极区
二、焊接电弧的导电特性
电弧的三个区域：阴极区 电弧的三个区域： （一）弧柱区的导电特性 热电离是弧柱部分产生带电粒子的主要途径 （二）阴极区的导电特性
（阴极区长度10-5～10-6cm ,阴极区压降约为106～107 V/cm） 阴极区长度10 ,阴极区压降约为 阴极区压降约为10 V/cm）
金属工艺 第四篇 焊接 第一章 手工电弧焊
通过加热或加压（或两者兼用）， 用填充材料（或不用），使工件产生原 子结合的一种连接方法。
a
1
第四篇 焊接
• 焊接分类： • 1.溶化焊（电弧焊、气焊、气体保护焊、激
光焊、等离子焊、电渣焊和电子束焊等） • 2.压力焊（摩擦焊、电阻焊、爆炸焊、超声
波焊和气压焊等）。 • 3.钎焊。
a
2
a
10
三、焊接材料（第一章 手工电弧焊）
• 焊接材料：“涂药电焊条”即“电焊条”，由焊 丝和药皮两部分组成。
• 1.焊丝
• 作用：作电极和填充金属。
• 举例（碳素结构钢焊丝）H08MnA
•
H—焊丝用钢.
•
08—平均含碳0.08%.
•
Mn—平均含锰量约1%.
•
A—高级优质.
a
11
1.焊丝（三、焊接材料（第一章 手工电弧焊））
第一章 手工电弧焊（第四篇 焊接）
• 一、焊接电弧 • 电弧：两电极间隙间的一种持续而强烈的
放电现象。（两极：工件与焊条） • 1.电弧的形成： • （空气不导电，故采用焊条与工件瞬间短路方法引燃
电弧。）
a
3
一、焊接电弧（第一章 手工电弧焊）
• 2.电弧结构：
a
4
一、焊接电弧（第一章 手工电弧焊）
•
电弧不稳，一般适用酸性焊条。
a
9
二、焊接设备（第一章 手工电弧焊）
• 2.直流弧焊机
• 常用1）整流式直流弧焊机.
•
例：ZXG—300
•
Z—焊接整流器.
•
G—硅整流.
•
2）发电机式直流弧焊机
•
例：AX—320
焊接方法与设备-1焊接电弧
3.复合
电弧空间的正负带电粒子（正离子、负离子、电子）， 在一定条件下相遇而互相结合成中性粒子的过程称为 复合，放热反应。
.
§1-1 电弧的导电机理
复合条件
3kT 2
e
40
在电弧中心部分由于温度较高，所有粒
子的热运动能量很高，不可能产生复合。在
电弧周边由于粒子温度较低，动能较小，由
于扩散作用而存在一部分电子和负离子，如
主要问题：激励能、激励与电离关系、激励作用
2.能量传递方式
.
§1-1 电弧的导电机理
碰撞传递
粒子之间以相互碰撞传递能量的形式称为碰撞 传递。 碰撞 弹性 E1+E2=E1’+E2’ (低动能时)
非弹性 E1+E2=E1’+E2’+ΔE (高动能时) ΔE〉W激励 发生激励 ΔE〉W电离 发生电离。
.
§1-1 电弧的导电机 理
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。
自由行程λ ：两次碰撞之间的路程长度。
Wk Ee
当某一气体中同时存在中性粒子、离子和电子 时，在一定温度和压力下它们的自由行程分别为：
e:i:grg12ng:4r1 g2ng:421rg2ng
光辐射传递
中性气体粒子可以接受外界以光量子形式所施 加的能量，提高其内能并改变其内部结构，使气体 粒子被激励或电离。
比较：在电弧燃烧过程中碰撞.传递是主要形式
§1-1 电弧的导电机 理
3.电离种类
f 热电离
电离
电场电离
T1 T2
光电离
v
热电离
T1〈T2
焊接电弧
式中We——激励能；e——电子电荷量；Ue-----气体粒子的激励电压
产生电离的条件：
式中Wi——电离能；Ui——电高电压。
在一般焊接电弧中，通过光辐射传递方式来制造带电粒子与碰撞传递相比，则是次要的。
3、电离种类
(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。
要使中性气体粒子失去第二个电子则需要更大的电离电压，称为第二电离电压，生成的离子移为二价正离子，这种电离称为二次电离，依此类推。
电弧气氛中可能遇到的气体电离电压列于表1—1
当电弧空间同时存在电离电压不同的几种气体时，在外加能量的作用下，电离电压较低的气体粒子将先被电离，如果这种低电离电压气体供应充分，则电弧空间的带电粒子将主要依靠这种气体的电离过程来提供，所需要的外加能量也主要取决于这种气体的电离电压。
气体粒子的平均运动速度与温度在数值上的关系如下
式中 ——气体粒子的平均速度(cm／s)；
T——气体的热力学温度(K)；
m——粒子的质量(g)。
由上式可见，气体温度越高，气体粒子的平均运动速度也越高，即动能也越大。
※在某一温度下粒子所具有动能并不都相同，只是拥有大于电离电压能量的那部分粒子才可能引起中性粒子的电离。
1、气体的放电：正常状态的气体导电时，带电粒子的产生过程，这就是气体的放电过程。
气体放电在形式和性质的取决因素：气体的种类和压力、电极材料和几何形状、两极间距离以及施加在两极间电压高低
因此，其导电部分的电流与电压之间呈现出一个很复杂的关系曲线，如图1-2中所示。图1—2中所示曲线，是从测量一系列同类型但电极尺寸不同的放电管中得出的气体放电伏安特性曲线。
1、热发射金属表面承受热作用而产生的电子发射现象称为热发射。
《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。
第1章 焊接电弧及其电特性
第1章焊接电弧及其电特性1 气体原子的电离使电子完全脱离原子核的束缚，形成离子和自由电子的过程为电离。
由原子形成正离子所需的能量称为电离能。
2 电离的形式在焊接电弧中，根据引起电离的能量来源，有如下三种电离形式：(1) 撞击电离； (2) 热电离； (3) 光电离。
2 电子发射在阴极表面的原子或分子，接受外界的能量而释放出自由电子的现象称为电子发射。
电子发射是引弧和维持电弧稳定燃烧的一个很重要的因素。
按其能量来源的不同，可分为热发射，光电发射，重粒子碰撞发射和强电场作用下的自发射等3 焊接电弧的引燃 1 接触引弧即是在弧焊电源接通后，电极（焊条或焊丝）与工件直接短路接触，随后拉开，从而把电弧引燃起来。
这2 非接触引弧它是指在电极与工件之间存在一定间隙，施以高电压击穿间隙，使电弧引燃。
4 交流电弧的特点；电弧周期性地熄灭和引燃交流电流每当经过零点并改变极性时，电弧熄灭、电弧空间温度下降。
电弧电压和电流波形发生畸变。
热惯性作用较为明显。
5影响交流电弧稳定燃烧的因素z 空载电压z 引燃电压z 电路参数z 电弧电流--z 电源频率 fz 电极的热物理性能和尺寸6 提高交流电弧稳定性的施z 为了提高交流电弧的稳定性，在焊接电源方面除了焊接回路要有足够大的电感量之外，还可以采用如下措施：（1）提高弧焊电源频率；（2）提高电源的空载电压；但不应该太高（3）改善电弧电流的波形；如改为矩形波（4）叠加高压电。
7交流电弧的分类（1）按电流种类可分为：交流电弧、直流电弧和脉冲电弧(包括高频脉冲电弧)。
（2）按电弧状态可分为：自由电弧和压缩电弧。
（3）按电极材料可分为：熔化极电弧和不熔化极电弧。
第2章对弧焊电源的基本要求1弧焊工艺对弧焊电源的要求（1）保证引弧容易；（2）保证电弧稳定；（3）保证焊接规范稳定；（4）具有足够宽的焊接规范调节范围。
2 “电源一电弧”系统的稳定性（1）系统在无外界因素干扰时，能在给定电弧电压和电流下，维持长时间的连续电弧放电，保持静态平衡。
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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。
光电离是产生带电粒子的次要途径
2.电子的发射
电子发射：电极表面接受一定外加能量作用，使其内 部的电子冲破电极表面的束缚而飞到电弧空间的现象。
逸出功：使一个电子从电极表面飞出所需要的最低外
加能量（Ww），
几种金属及其氧化物的逸出电压如表1-4所示。
熔焊方法及设备
主讲教师：林文光
第一章 焊接电弧
本章将讲述有关焊接电弧的基础理论知识， 包括电弧的物理本质、导电机构、电特性、产 热机构和产力机构，以及影响焊接电弧稳定性 的因素等。
1.1焊接电弧的物理基础
1.1.1电弧的物理本质
电弧是一种气体放电现象。是两电极之间或电极与 母材之间的气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。
在自持放电区间,有三种放电形式:暗放电,辉
光放电,电弧放电.
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。
1.1.2 电弧中带电粒子的产生
两电极之间要产生气体放电必须具备两个条件， 一是必须有带电粒子，二是在两极之间必须有 一定强度的电场。
根据外加能量的不同形式，电子发射有以下几种：
（1）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。
（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。
光辐射传递:中性气体粒子直接接受外界以光量子的形 式所施加的能量.
（2）电离的种类 根据外加能量种类的不同， 电离可以分为以下三类
1）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。
电离度
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.
表1-1 常见气体的电离电压
元素 H He Li C
N O F Na
电离电压/V
13.5 24.5（54.2） 5.4（75.3，122）
11.3（24.4，48，65.4）
14.5（29.5，47，73， 97）
13.5（35，55，77） 17.4（35，63，87，
114） 5.1（47，50，72）
表1-4 几种金属及其氧化物的逸出功
金属种类 W Fe Al Cu K Ca Mg
逸出 纯金 4.54 4.48 4.25 4.36 2.02 2.12 3.78
功
属
（eV）
金属 氧化
物
3.92 3.9 3.85 0.46 1.8 3.31
由表中可以看出，当金属表面附有其氧化物 时，电子逸出功均会减小
激励:当中性气体分子或原子受到外加能量的作 用不足以使电子完全脱离气体分子或原子，而 使电子从较低的能级转移到较高的能级的现象。
通过加热、电场作用或光辐射均可产生激励 现象。由于产生激励时电子尚未脱离分子或原 子，因此气体分子或原子对外仍呈中性，但是 激励状态是一种非稳定状态，它存在的时间很 短暂。
带电粒子的产生：主要是依靠电弧中气体介质 的电离和电极的电子发射两个物理过程产生的。
1.气体的电离
电离：在外加能量的作用下，使中性气体分子或原子分离成为正离 子和电子的现象
电离能：中性的气体粒子失去电子所需的最低外加能量 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。
元素 W Cu H2 N2
O2 Cl2 CO NO
电离电压/V 8.0 7.68 15.4 15.5
12.2 13 14.1 9.5
续表1-1
Cl
13（22.5，40，47，68）
OH
13.8
Ar
15.7（28，41）
H2O
12.6
K
4.3（32，47）
CO2
13.7
Ca
6.1（12，51，67）
X=电离后的电子或离子的密度/电离前的中性粒子的密度
电弧焊时为提高电弧稳定性,只需加少量低电离 电压物质则可获得显著的效果.
热解离
热解离:气体分子在热的作用下分解为原子的现 象. 解离能:气体分子产生热解离所需要的最低能量。 解离能小于电离能 先解离,后电离,是吸热反应.
2）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。
气体放电：是指当两电极之间存在电位差时，电荷 从一极穿过气体介质到达另一极的导电现象（图11）。
图1-1 电弧示意图
图1-2 气体放电的伏安特性曲线
非自持放电区和自持放电区。
非自持放电:参加导电的带电粒子是外界直接 输入或外加措施造成,取消外加措施放电停止. 导电本身不能产生带电粒子.
自持放电:导电过程本身可以产生带电粒子,只 需在放电开始时需要外加措施,进行点燃一旦 放电开始,取消外加措施放电过程仍可继续进 行.
激励电压:使中性气体分子或原子激励所需要的 最低外加能量称为最低激励能，若以伏为单位 来表示，则称为激励电压。
表1-2是常见气体粒子的最低激励电压。激 励电压越小，说明这种气体分子或原子越容易 发生激励。
能量传递途径
碰撞传递:气体粒子通过碰撞而传递能量的途径. 弹性碰撞:粒子之间不发生内能的交换,碰撞的结果只 发生速度的改变. 非弹性碰撞:粒子之间有内能的交换.当中性粒子之间 进行非弹性碰撞时,由于它们的质量相近,最多将原动 能的一半传递给对方.当电子与原子,分子进行非弹性 碰撞时,电子的动能几乎可以全部传递给原子或分子, 可能引起对方发生电离或激励.
NO2
11
Ni
7.6（7（20，30）
Mg
7.61
Mo
7.4
Ti
6.81
Cs
3.9（33，35，51，58）
Fe
7.9（16，30）
注：括号内的数字依次为二次、三次、……电离电压。
一次电离：原子（分子）失去第一个电子，所 发生的电离称为一次电离。
第一电离能：使中性气体粒子失去第一个电子 所需要的最低外加能量。