第一章焊接电弧基本知识

图1－1 焊接回路示意图
焊接电弧是由焊接电源提供的、具有一定电压的两极间或 电极与焊件间，气体介质产生强烈而持久的放电现象。
短路------空载------燃弧
（一）气体原子的电离和电子发射
电弧是由两个电极和两个电极之间的气体放电空间构成的。 电离：中性气体粒子（分子或原子）吸收足够的外部能量， 使得分子或原子中的电子脱离原子核的束缚而成为自由电 子和正离子的过程。
•2 .焊接已成为关键的制造技术 •焊接作为组装工艺之一，通常被安排在制造流程的后期或最终 阶段，因此对产品具有决定性的作用。在许多行业中，焊接被 视为一种关键的制造技术。
“中华和平号”17.5万吨散货轮
千吨级热壁加氢反应器
上海卢浦大桥
世界最大的三峡水轮机转轮
•3.焊接已成为现代工业不可分离的组成部分 •在工业化最发达的美国，焊接被视为“美国制造业的命脉，而 且是美国未来竞争力的关键所在”。其主要根源就是基于这样 一个事实：许多工业产品的制造已无法离开火箭技术的使用。
性
三部分：阴极区、阳极区、弧柱区
图1-2 钢焊条焊接钢材时的焊接电弧
电弧构造
1、阴极区：长度极短、压降UK较大、E（电场强度）极高 2、阳极区：长度也极短、压降UA 较大、E极高 3、弧柱区长度基本上等于电弧长度，压降Uc较小， E较小。
-
10-510-6cm 阴极区
+
UA UC UK
弧柱
阳极区 10-210-4cm
三）阳极区的导电特性
阳极区的作用是接受由弧柱区流过来的电子流并向弧柱区提供 所需要的正离子流。
-
+
UA
第二节 焊接电弧中的能量平衡及电弧力
一、焊接电弧中的能量平衡
一）弧柱区的能量平衡
E-电场强度
单位时间内弧柱区所产生的能量，主要是通过弧柱电 场被加速的正离子和自由电子所获得的动能，并借助 于它们之间的碰撞以及中和作用转变成的热能。
第一 章 焊接电弧的基本知识
教学目标: 理解与掌握电弧焊有关的基础理
论，包括焊接电弧、焊丝熔化与过渡 及焊接接头的组织和力学性能。
•一、焊接的特征
概述
•1.焊接已成为最流行的连接技术
•在当今工业社会，没有哪一种连接技术像焊接那样广泛、普遍地
应用在各个领域。
国 家 大 剧 院 钢 结 构
金茂大厦
罐压力容器
3.负气离体子粒的产子生
电离电压/v
气体粒子
电离电压/v
焊接电弧H的带电粒子中除了电子13和.正5离子外，还可能产生负K离子。
4.3
它是在一O定条件下，某些中性原13子.或5分子吸附一个电子而N行a程的。
5.1
综上，焊接电弧是气体放电的一种形式。焊接电弧的形成和维持是在电场、热、光和质点动
能的N作
Leabharlann Baidu
空载：短路拉开后，而电压较高，有很大
的电场强度，电子脱离原子核的束缚而从阴极
表面曳出（ye），形成电场发射。
燃弧：因为热发射、电场发射、光发射，
粒子碰撞发射越来越多，电离越来越强。极间
的中性质点变成带电的电子和正离子，分别向
两极运动进行中和，从而产生电弧，称引弧。
（二）焊接电弧的引燃
1、接触引弧
14.5
Ca
6.1
用下，气F体原子不断地被激发、17电.离4以及电子发射的结果W。
He
24.5
Al
8.0 5.96
Ar
15.7
Cu
7.68
CO2
13.7
Fe
7.9
H2O
12.6
Cr
7.7
电弧产生过程
电弧产生过程：
短路：焊条、焊件接触形成短路，产生电
阻热，使得金属融化、蒸发，变成蒸汽。同时，
阴极表面电子获得能量，形成热发射。
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3-4MM，把电弧引燃起来，这是一 种最常用的引弧方式。
焊条电弧焊和熔化极气体保护焊都采用此方式。
2、非接触引弧
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。等离子弧焊、钨极氩弧焊中的弧是非接触 引弧。
二 电弧的构 造及其导电特
电子发射分为热发射 、光电发射、重粒子撞击发射和强电场 作用下的自发射。
气体的电离能
第一电离能：中性气体粒子失去第一个电子所需的最小外加能 量；
第二电离能：失去第二个电子所需的能量； 电离能单位：通常以电子伏特（ev）。 电离电压：电子伏特为单位的能量转换为数值上相等的电离电
压 表示（因电子电量为常数）。 电当子量其伏他特条(e件le（ct如ro气n体vo的lt解)，离简性称能为、电热子物伏理，性缩能写等为）e一V定，时是，能电 的离单电位压。低代，表表一示个带电电子粒（子所容带易电产量生为，-1有.6利×于10电^弧(-导19电)库；仑）经 相过反1，电离电压高表示带电粒子难以产生，电弧导电困难。 伏特的电场加速后所获得的动能。
一）弧柱区的导电特性
弧柱区产生的热量即温度一般为5000-50000K范围内。 故，弧柱 气体将产生以电离为主的导电现象。
-
10-510-6cm 阴极区
+
UA UC UK
弧柱
阳极区
10-210-4cm
二）阴极区的导电特性
阴极区的作用是向弧柱区提供所需要的电子流，接受弧柱区送来 的正离子流。 1、热发射型阴极区导电：当阴极采用W、C高熔点材料，电流较大 时，因阴极区可达到很高的温度，弧柱所需要的电子流主要靠阴极 区的热发射来提供。 2、电场发射型阴极区导电：当阴极采用W、C，但电流较小时， 或阴极采用 Al,Cu,Fe材料时温度不能升的很高，故使阴极区产生 电场发射。 3、等离子型阴极区导电：是在阴极区产生等离子的导电特性。
三峡永久船闸
神舟 飞船 返回 仓全 焊接 的铝 合金 结构
西气东输工程管道的焊接
第一节 焊接电弧的产生和组成
电弧是所有电弧焊方法的能源，能有效而简便地把弧焊 电源的电能转换成焊接过程所需要的热能和机械能。
一、焊接电弧的产生
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。
钢焊条焊接钢材时的焊接电弧
1、气体原子的激发与电离
电弧中气体粒子的电离因外加能量的种类不同分为 :
热电离 : 气体离子受热作用而产生的电离称为热电 离。
光电离: 中性粒子接受光辐射的作用而产生电离现 象称为光电离。
撞击电离 :高能中性粒子的碰撞方式发生的电离称为
撞击电离 。
2、电子发射 电极表面受到外加能量的作用，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。