1.2.4 焊接电弧的基本知识（课件）-《焊接方法与工艺》同步教学（高教版）

焊接电弧的基本知识 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 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 图1－1 焊接回路示意图 电弧产生过程 电弧产生过程： 短路接触：焊条、焊件接触形成短路，产生电阻热。同时，阴极表面电子获得能量，形成热发射。 提升焊条高度：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。 燃弧引燃：因为电子发射越来越多，电离越来越强。阴极带电的粒子向阳极运动，从而产生电弧，称引弧。 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、光和质点动能的作用下，气体原子不断被激发、电离及电子发射的过程。 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 。 1、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、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。 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）。 电子伏特(electron volt)，简称为电子伏，缩写为 eV ，是能量 的单位。代表一个电子（所带电量为-1.6×10^(-19)库仑）经过1 伏特的电场加速后所获得的动能。 当其他条件（如气体的解离性能、热物理性能等）一定时，电离电压低，表示带电粒子容易产生，有利于电弧导电； 相反，电离电压高表示带电粒子难以产生，电弧导电困难。 气体粒子 电离电压/v 气体粒子 电离电压/v H 13.5 K 4.3 O 13.5 Na 5.1 N 14.5 Ca 6.1 F 17.4 W 8.0 He 24.5 Al 5.96 Ar 15.7 Cu 7.68 CO2 13.7 Fe 7.9 H2O 12.6 Cr 7.7 焊接电弧的引燃方式 1、接触引弧 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性 1、电弧构造 焊接电弧可分为三部分：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 （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。 UA UC UK 阳极区 阴极区 弧柱 - + 10-510-6cm 10-210-4cm 三、焊接电弧的静特性 在电极材料，气体介质和电弧长度一定时，电弧两端的电压与焊接电流之间的关系称为电弧静特性，或称伏安特性。电弧静特性曲线呈U形。如图1－3曲线2所示。 在一般情况下，电弧电压Uh与弧长L成正比变化，如图1－4示，即电弧越长电压越高。 图1－3 普通电阻静特性与电弧静特性曲线 1－普通电阻静特性； 2－电弧静特性。 图1－4 不同电弧长度的电弧静特性曲 b c 2.焊接电源外特性 在电弧稳定燃烧时，焊接电源输出稳定电流和电源输出稳定电压间的关系称为电源的外特性。 定义：电弧产生稳定燃烧（不产生断弧、飘移和偏吹等）的程度 影响焊接稳定性的因素： 影响因素：操作技术、焊接电源特性、焊接材料特性、焊接工艺特性及磁偏吹等 1、弧焊电源：电源种类、极性 直流好于交流；空载电压高的稳定；根据焊条性质，焊件厚