焊接物理基础资料
焊接的物理本质
焊接的物理本质焊接是一种通过物理方法将两个或多个金属材料连接在一起的工艺。
其物理本质主要包括热传导、熔融和凝固、原子间结合以及材料塑性变形等方面。
下面将详细介绍这些物理本质，并通过举例说明。
一、热传导焊接过程中，热源将热量通过接触面传递给被焊接的材料，使其局部加热。
热传导是这一过程中最主要的传热方式。
热源可以是电弧、激光、摩擦等，不同的热源产生不同的热量分布。
例如，在使用电弧焊进行焊接时，电弧产生的热量通过电极与母材之间的接触面传递，使局部区域温度升高。
二、熔融和凝固在焊接过程中，被焊接的材料局部加热并熔化，形成熔池。
熔池中的金属处于液态，流动性好，有利于原子间的结合。
当熔池冷却凝固后，两个被焊接的材料就形成了牢固的连接。
熔融和凝固是焊接过程中必不可少的环节。
例如，在钎焊过程中，钎料在比母材低的温度下熔化，润湿并填充在母材连接面上，冷却后形成焊接接头。
三、原子间结合焊接过程中，熔化的金属原子之间会形成金属键，使两个被焊接的材料相互结合。
金属键的形成取决于金属的成分和熔化后的状态。
原子间结合是焊接过程的另一个重要物理本质。
例如，在激光焊过程中，高能量密度的激光束照射到母材表面，使局部加热并熔化，熔化的金属原子通过扩散和再结晶形成焊接接头。
四、材料塑性变形在焊接过程中，被焊接的材料通常会发生塑性变形。
塑性变形是指材料在应力作用下发生的形状变化。
适当的塑性变形可以提高材料的可塑性和韧性，有利于材料的连接。
材料塑性变形也是焊接过程中的一个重要物理本质。
例如，在压力焊过程中，将被焊接的材料挤压在一起，使它们在压力下发生塑性变形，从而形成牢固的连接。
综上所述，焊接的物理本质主要包括热传导、熔融和凝固、原子间结合以及材料塑性变形等方面。
这些物理本质在不同类型的焊接工艺中具体表现形式有所不同，但它们都是实现材料连接所必不可少的因素。
通过对这些物理本质的理解和研究，可以不断提高焊接工艺的水平，为材料连接提供更加高效和可靠的方法。
焊接基础知识
钨极直A)
15~18 70~150
直流反接(A)
---------------10~20
交流(A)
20~60 60~120
2.4
3.2 4.0 5.0
150~250
250~400 400~500 500~700
15~30
25~40 40~55 55~80
100~180
碱性焊条选用的焊接电流比酸性焊条小10%左右；
不锈钢焊条比碳钢焊条选用的焊接电流小20%左右等。 总之，电流过大过小都易产生焊接缺陷。电流过大时，焊条易发红， 使药皮变质，而且易造成咬边、弧坑等缺陷，同时还会使焊缝过热，促使 晶 粒粗大。 5、电弧电压 电弧电压主要决定于弧长。电弧长，则电弧电压高；反之，则低。 在焊接过程中，一般希望弧长始终保持一致，而且尽可能用短弧焊接。 所谓短弧是指弧长为焊条直径的0.5~1.0倍，超过这个限度即为长弧。
4~6
4、焊接电流的选择 选择焊接电流时，要考虑的因素很多，如：焊条直 径、药皮类型、工件厚度、接头类型、焊接位置、焊道层次等。但主要由 焊条直径、焊接位置、焊道层次来决定。 (1) 焊条直径 焊条直径越粗，焊接电流越大。下表供参考
焊条直径 (mm)
1.6
2.0
2.5
3.2
4.0
5.0
6
260~300
第三节
二氧化碳气体保护焊的工艺及设备
气体保护焊与其它焊接方法相比，具有：
1、明弧焊 焊接过程中，一般没有熔渣，熔池的可见度好，适宜进行全 位置焊接。 2、热量集中 电弧在保护气体的压缩下，热量集中，焊接热影响区窄，焊 件变形小，尤其适应薄板的焊接。 3、可焊接化学性质活泼的金属及其合金
一、二氧化碳气体保护焊的特点
焊接电弧物理基础
4) Control of weld metallurgy；
5 / 54
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.
3 / 54
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。
24 / 54
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。
10 / 54
第10章 金属连接成形的主要工艺
二次电离，雪崩
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。
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
焊接过程的物理本质
焊接过程的物理本质1、焊接定义被焊工件的材质通过加热或加压或二者并用，用或不用添充材料，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称为焊接。
定义掌握三个要点：一是材料，可以是金属、非金属；可以是同种材料、异种材料。
二是达到原子间的结合。
三是永久性。
2、金属连接的障碍1）金属表面只有个别微观点接触；2）材料表面存在着氧化膜、油、杂质、污物、锈等。
3、解决的方法1）加热加热到熔化状态——熔化焊2）加压（加热或不加热）——压力焊4、分类1）冶金角度分：液相焊接：指熔化焊，利用热源加热侍焊部位，使之发生熔化，利用液相的相溶，达到原子间的结合。
它包括电弧焊、电渣焊、气焊、电子束焊、激光焊等。
固相焊接：指压力焊，是焊接时必须使用压力，使待焊部位的表面在固态下达到紧密接触，并使待焊表面的温度升高（一般低于材料的熔点），通过调解温度、压力和时间，造成接头处材料进行扩散，实现原子间的结合。
它包括电阻焊、磨擦焊、超声波焊等。
固-液相焊接：待焊表面并不直接接触，通过两者毛细间隙中的中间液相联系。
在待焊的同质或异质材质固态母材与中间液相之间存在两个固-液界面，由于固液相间能充分进行扩散，可实现原子间的结合。
2）从焊接方法上分：一是熔化焊：a、电弧焊：手工电弧焊、埋弧焊、气电焊。
b、气焊c、电渣焊d、等离子焊e、真空电子束焊f、激光焊二是压力焊：a、磨擦焊、b、接触焊：点焊、对焊、闪光焊、缝焊等。
c、超声波焊d、扩散焊三是钎焊：真空钎焊、火焰钎焊、感应钎焊等。
《焊接冶金学》复习资料
《焊接冶金学》复习资料1.什么是焊接，其物理本质是什么？答：①定义：焊接通过加热或加压；或两者并用，使焊件达到原子结合，从而形成永久性连接工艺。
②物理本质：焊接的物理本质是使两个独立的工件实现了原子间结合，对于金属而言，既实现了金属键结合。
2.怎样才能实现焊接，应有什么外界条件？答：①对被焊接的材质施加压力：目的是破坏接触表面的氧化膜，使结合处增加有效的接触面积，从而达到紧密接触。
②对被焊材料加热(局部或整体)：对金属来讲，使结合处达到塑性或熔化状态，此时接触面的氧化膜迅速破坏，降低金属变形的阻力，加热也会增加原于的振动能，促进扩散、再结晶、化学反应和结晶过程的进行。
3.焊芯和药皮升温过高会引起哪些不良后果？答：(1)熔化激烈产生飞溅；(2)药皮开裂与过早脱落，导致电弧燃烧不稳；(3)焊缝成形变坏，甚至引起气孔等缺陷；(4)药皮过早进行冶金反应，丧失冶金反应和保护能力；(5)焊条发红变软，操作困难。
4.简述焊缝合金化的目的与方式。
答：合金化的目的：补充焊接过程中由于蒸发、氧化等原因造成的合金元素损失；消除焊接缺陷，改善焊缝金属的组织和性能；获得特殊性能的堆焊层。
合金化的方式：应用合金焊丝或带极；应用药芯焊丝或药芯焊条；应用合金药皮；应用合金粉末。
5.简述焊缝中磷的危害。
答：磷在钢中主要以Fe2P、Fe3P的形式存在。
在液态铁中可溶解较多的磷，固态铁中磷的溶解度很低。
磷与铁、镍可以形成低熔点共晶。
焊缝凝固时，磷易造成偏析。
磷化铁常分布于晶界，减弱晶间结合力，增加焊缝金属冷脆性；磷还能促使形成结晶裂纹。
控制磷的措施：(1）限制原材料的含磷量；（2）用冶金方法脱磷。
6.简述熔池运动原因及对焊接质量的影响？原因：1）液态金属密度差引起自由对流运动使液相产生对流运动。
温度高的地方金属密度小，温度低的地方金属密度大。
由于这种密度差将使液相从低温区向高温区流动。
2）表面张力差强迫对流运动。
3）熔池中各种机械力搅拌电磁力、气体吹力、熔滴下落的冲击力、离于的冲击力等。
焊接物理 课件 第五章 焊接温度场
dQ = − k
在无穷小时段dt内沿法 线方向n 线方向n流过一无穷小面积 dS的热量dQ与时间dt,面积 dS,与曲面法线方向导数成正 比。 负号表明热量是由高温 向低温流动， 是导热系数， 向低温流动，K是导热系数， 这里为常数。 这里为常数。
8
∂n
dSdt
1.2 热传导基本规律
热量 热量 通过边界的流入量 热源的生成量 － ＝ ＋ t=t2 t=t1 t1≤ t ≤t2 t1≤ t ≤t2
t2
Q3 =
∫t dt ∫∫∫ F ( x, y, z , t )dxdydz Ω
1
t2
Ω
9
1.2 热传导基本规律
热量 热量 通过边界的流入量 热源的生成量 － ＝ ＋ t=t2 t=t1 t1≤ t ≤t2 t1≤ t ≤t2
Q1
Q2
Q3
∫t
t2
1
t2 ∂u dt ∫∫∫ cρ dxdydz = ∫ dt ∫∫∫ [k∆u + F ( x , y , z , t )]dxdydz t1 ∂t Ω Ω
∂u ρ c = k ∆u + F ( x, y, z , t ) ∂t
11
1.3 焊接热源 welding heat source
实现金属焊接所需的能量
–热能 热能 –机械能 机械能 熔焊
焊接热源的特点： 焊接热源的特点：
–能量密度高度集中； 能量密度高度集中； 能量密度高度集中 –快速实现焊接过程； 快速实现焊接过程； 快速实现焊接过程 –保证得到高质量的焊缝和最小的焊接热影响区。 保证得到高质量的焊缝和最小的焊接热影响区。 保证得到高质量的焊缝和最小的焊接热影响区
4
1.1 焊接过程分析
焊接基础培训资料
复 杂 点 焊 焊 接 循 环 （ welding cycle） 示 意 图
基本点焊过程
1）预压
2）通电加热 （焊接阶段）
3）冷却结晶 （锻压阶段）
T
1
2
电流线 板表面凸点
加热区
点焊过程示意图
3
4
5
加热区
熔化区
塑性环
点焊过程示意图
二、车身车间焊接应用情况
1、点焊 2、凸焊 3、螺柱焊 4、CO2焊
冲焊 焊 点凸对缝 焊焊焊焊
2、电阻焊原理
定义：焊件组合后通过电极施加压力，利用电流 通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进 行焊接的方法，又称为接触焊。
物理本质：就是利用焊接区金属本身的电阻热和 大量塑性变形能量，使两个分离表面的金属原 子之间接近到晶格距离（0.3-0.5nm），形成 金属键，在结合面上产生足够量的共同晶粒而 得到焊点、焊缝或对接接头。
Q=∫0t i(t)2r(t)dt---动态(瞬时值） 由于电流、电阻是动态变化的，随焊接（加热）
过程的进行而变化（交流电、板材在不同温度电阻不 同）
影响接触电阻的因素
1、表面状态（油污、锈蚀等）
2、电极压力
3、加热温度
影响内部电阻的因素
1、边缘效应、绕流现象（电流分布不均匀，导电截面变 大，电阻减小）
车身相关焊接问题讨论
车身车间焊接组 2004.9
目录
1、电阻焊基本原理及过程 2、车身车间焊接应用情况 3、点焊喷溅的形成机理及原因分析 4、点焊焊接质量的评判标准
一、电阻焊基本原理及过程
1、焊接方法分类
熔化焊 压力焊
钎焊
电 扩 摩 旋 磁超 爆冷 冰 气 阻 散 擦 弧 力声 炸压 压 压 焊 焊 焊 焊 脉波 焊焊 焊 焊
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
9
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
2020/8/7
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
2020/8/7
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。
焊接物理公式总结
焊接物理公式总结1. 焊缝尺寸计算公式焊缝尺寸是对焊接接头形状和尺寸的描述，常用的焊缝尺寸计算公式包括：•有效焊缝高度（H）：用于计算焊缝的有效高度，一般表示为母材的厚度（t）。
•有效焊缝宽度（B）：用于计算焊缝的有效宽度，一般表示为焊缝的最大值。
•焊缝几何尺寸（S）：用于计算焊缝的尺寸，一般表示为焊缝的长度。
•焊缝面积（A）：用于计算焊缝的面积，一般表示为焊缝的单位长度乘以焊缝的有效宽度。
2. 焊接热力学公式2.1 焊接热输入计算公式焊接热输入是焊接过程中输入到焊接接头的总热量，常用的计算公式为：•焊接热输入（HI）：用于计算焊接过程中输入到焊接接头的总热量，一般表示为焊接电流（I）乘以焊接电压（V）再乘以焊接时间（t）再乘以焊接效率（η）。
2.2 焊接热循环计算公式焊接热循环描述了焊接过程中的温度变化，常用的计算公式为：•焊接热循环（HC）：用于计算焊接过程中的温度变化，一般表示为焊接热输入（HI）除以焊接周期（T）再乘以焊接周期（t）。
3. 焊接力学公式3.1 焊接强度计算公式焊接强度是指焊接接头的抗拉强度和抗剪强度，常用的计算公式包括：•抗拉强度（Rm）：用于计算焊接接头的抗拉强度，一般表示为焊缝的抗拉载荷（F）除以焊缝的横截面积（A）。
•抗剪强度（Rshear）：用于计算焊接接头的抗剪强度，一般表示为焊缝的抗剪载荷（Fshear）除以焊缝的横截面积（A）。
3.2 焊接变形计算公式焊接接头在焊接过程中会发生变形，常用的计算公式包括：•焊接变形（D）：用于计算焊接接头在焊接过程中的变形，一般表示为焊接接头的变形量（L）除以焊接接头的长度（L0）。
4. 焊接能量计算公式焊接能量是指焊接过程中转化为热量的能量，常用的计算公式为：•焊接能量（EW）：用于计算焊接过程中转化为热量的能量，一般表示为焊接电流（I）乘以焊接电压（V）再乘以焊接时间（t）。
结论综上所述，焊接物理公式对于焊接过程中的各种参数和特性的计算具有重要的作用。
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。
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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。