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文檔簡介

第一篇 焊接方法及設(shè)備,第一章 電弧焊基本知識,一 基本要求 熟練掌握本章的基本概念,理解并掌握最小電壓原理、電弧力。了解電弧各個區(qū)域的組成、導(dǎo)電機構(gòu)、產(chǎn)熱機構(gòu)、交流電弧的特點以及陰極斑點的特點及其對焊接質(zhì)量的影響。 二 基本概念 電弧、氣體放電、電離、電子發(fā)射、陰極斑點、陽極斑點、剛直性、磁偏吹、電離能、逸出功、電離電壓、逸出電壓 三 難點 1)最小電壓原理 2)電弧的導(dǎo)電機構(gòu) 四 重點 1)電弧、電離、氣體放電、剛直性、磁偏吹等一些基本概念。 2)電弧力。 3)電弧的產(chǎn)熱機理。 4)陰極斑點的特點。 5)最小電壓原理。,1-1 焊接電弧,一) 電弧的基本概念 1、電?。弘娀∈且环N氣體放電 現(xiàn)象,通過放電將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芘c機械能。 2、氣體放電:兩極間的氣體被擊穿而導(dǎo)電的過程。 非自持放電:放電本身不能產(chǎn)生導(dǎo)電所需的帶電粒 子(A+、e)。 自持放電:放電本身能產(chǎn)生導(dǎo)電所需的帶電粒子 (A+、e);有暗放電、 輝光放電、 電弧放電等三 種。,+,-,電弧,Ua,Ia,電弧放電,輝光放電,暗放電,暗放電,自持放電,非自持放電,U,I,導(dǎo)體導(dǎo)電,二) 帶電粒子的產(chǎn)生過程 產(chǎn)生方式: 電離: 氣體中性原子或分子( A )分離為正離子 ( A+ )和電子( e )的過程。 電子發(fā)射: 金屬表面逸出電子的現(xiàn)象 (一)電離與激勵 1、電離:在一定條件下中性原子或分子分離成A+及e的現(xiàn)象。 A A+ + e - Wi 電離能:原子或分子電離所需要的能量 單位為J或ev 電子伏:一個電子被1V的電壓所加速得到的能量。 電離電壓:電離能/電子帶電量。 一次電離:AA+e 二次電離:A+A+e n次電離:A(n-1)+An+e,多原子分子的電離: 多原子分子電離能小于對應(yīng)原子的電離能,因此,一般先分解為原子后再電離。 只有NO的電離能小于N和O的電離能,因此可直接電離。,2、 激勵:氣體原子得到的一定的能量,雖然小于Wi,但可 使電子從低能級躍遷到高能級。這種現(xiàn)象叫激勵。 激勵能:所需的最小外加能量叫激勵能We。 激勵能電壓:激勵能We/e。 3、能量傳遞方式 1) 碰撞:粒子間通過相互碰撞而交換能量 彈性碰撞:僅發(fā)生動能再分配 非彈性碰撞:交換的能量勢能,從而導(dǎo)致電離或激勵。,2) 光幅射:在光的輻射下,中性粒子直接吸收光量子 的能量。,A,A+,A-,e,A,A,e,h eUi,4、電離的分類: 1) 熱電離:氣體粒子受熱的作用而產(chǎn)生電離 實質(zhì):中性粒子通過與電子碰撞,接收電子能量而電離。 電離度:電離了的粒子數(shù)量與電離前離子數(shù)量之比。 0.01%0.12% 熱解離:在熱量的作用下,多原子分子分解為原子。 解離能:分子熱解離所需要的能量 2) 電場作用下的電離:A+、e在電場作用下被加速、與A碰撞 使其電離的過程。 主要是e的作用:電子獲得的能量是A+的4倍。 3) 光電離:A直接捕捉光量子并吸收其能量而電離。 波長越小越易促進光電離,電弧波長包括紅外線、紫外線 可見光、可使AI、K、Na原子光電離。但不能使Ar、He、Fe 等電離。,(二)電子發(fā)射 1、基本概念 1) 電子發(fā)射:電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象。 對電弧導(dǎo)電起作用的主要是陰極的發(fā)射。 2) 逸出功(Ww):電子發(fā)射所需的最小能量。 3) 逸出電壓:Ww/e 物理意義:Ww越小,引弧越容易,電弧穩(wěn)弧性越好。 4) Ww主要影響因素: 材料種類, K、Na之Ww較低。 表面狀態(tài):有氧化物時,逸出功降低 加入雜質(zhì),例如,釷、鈰及鑭等可降低Ww。,-,2、分類 1)熱發(fā)射:在熱量的作用下產(chǎn)生的發(fā)射 產(chǎn)生條件:陰極溫度足夠高 特點:對陰極有冷卻作用,這一點對TIG焊具有重要意義。可提高W極的載流能力。 2)電場發(fā)射:金屬表面的電子在電場力的作用下逸出的現(xiàn)象。 特點:對陰極的冷卻作用很小。 3)光發(fā)射:光幅射作用下產(chǎn)生的發(fā)射。實際電弧中產(chǎn)生光發(fā)射的可能性很小。 4)粒子碰撞發(fā)射:高速運動的A+碰撞到陰極上導(dǎo)致的發(fā)射。,庫侖力,(三)負離子的產(chǎn)生 中性粒子與電子結(jié)合的過程,是一個放熱過程,所放出的熱量被稱為電子親和能。 A + e A- + W 注意: 1)親和能高的原子易形成A-,但高溫下不利于放熱反應(yīng)。 2)交流電弧過零時,易形成。 3)易在電弧周邊形成。 4)不利于電弧穩(wěn)定。 因此電弧中含有F、Cl等元素時,電弧不穩(wěn)定。 (四)擴散與復(fù)合 擴散:電弧中心處A+、e較多,e易向周邊運動。當周邊電子濃度達到一定值后,在e吸引下,A+也向周邊運動。從而在周邊復(fù)合 A+eA+Wi A+A2A+Wi,A-,A,e,+,A,+,A,A,e,三) 電弧各區(qū)域的導(dǎo)電機構(gòu) (一)區(qū)域組成 由陰極區(qū)、陽極區(qū)、弧柱三部分組成。 1、陰極區(qū):長度極短、電壓較大、E(電場強度)極高 2、陽極區(qū):長度也極短、電壓較大、E極高 3、弧柱區(qū)長度基本上等于電弧長度,E較小,UA,UC,UK,陽極區(qū),陰極區(qū),弧柱,-,+,10-510-6cm,10-210-4cm,(二)弧柱區(qū)的導(dǎo)電機構(gòu) 所謂導(dǎo)電機構(gòu)就是指帶電粒子產(chǎn)生、運動方式。 1、帶電粒子的產(chǎn)生 1)電離:熱電離 光電離 電場作用的電離 2)陰極區(qū)注入的電子 3)陽極區(qū)注入的正離子 2、帶電離子的運動 A+沖向陰極正離子流IA+ e沖向陽極電子流Ie I =IA+Ie 其中:IA+ = 0.1%I Ie = 99.9%I 3、特點: 1)電中性; 2)E小、Ua小,IA+,Ie,I,三)、陰極區(qū)的導(dǎo)電機構(gòu) 1、陰極區(qū)在導(dǎo)電過程中的作用 1)產(chǎn)生弧柱區(qū)導(dǎo)電所需要電子流 Ie=0.999I 2)接收弧柱區(qū)來的正離子流IA+=0.001I 由于陰極材料種類、電流大小以及電弧氣體介質(zhì)不同,陰極區(qū)可分為: 2、熱發(fā)射型導(dǎo)電機構(gòu) 1)產(chǎn)生條件:W、C陰極,且電流很大 2)帶電粒子的產(chǎn)生方式:熱發(fā)射 熱陰極:弧柱導(dǎo)電所需要的電子可完全由熱發(fā)生來產(chǎn)生的 陰極。 冷陰極:熱發(fā)射能力不足的陰極。 熱陰極材料:熔點高的材料 冷陰極材料:熔點低的材料。 3)特點:無陰極區(qū)、無陰極壓降Vk,3、電場發(fā)射型導(dǎo)電機構(gòu) 1) 條件:(a)W、C陰極、且I較小 (b)Al、Fe、Cu作陰極 2) 帶電離子產(chǎn)生方式 (1)場發(fā)射 (2)場電離 (3)熱發(fā)射 (4)碰撞發(fā)射,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,Uk,陰極區(qū),弧柱區(qū),電場發(fā)射型導(dǎo)電機構(gòu),陰極,熱發(fā)射,場發(fā)射,碰撞發(fā)射,場電離,0.999I,c) 特點: (1)陰極附近存在正電荷區(qū)陰極區(qū) (2)陰極區(qū)斷面收縮 (3)陰極表面上產(chǎn)生陰極斑點 3)等離子型導(dǎo)電機構(gòu) A、條件: 1) W、C陰極,且I較?。夯駻I、Fe、Cu陰極;且 2) 電壓較小,UkUi B、帶電粒子產(chǎn)生方式:熱電離 C、特點:同上,(四)陽極區(qū)的導(dǎo)電機構(gòu) 1、陽極區(qū)在導(dǎo)電過程中的作用 1)接收弧柱區(qū)來的電子流 Ie=0.999I 2)產(chǎn)生弧柱區(qū)所需

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