工程材料（焊接）辅导资料二
工程材料（焊接）辅导资料二主 题：第二章 熔焊基本理论的辅导资料
学习时间：2010年10月25日－10月31日
内 容：
第二章 熔焊基本理论
这周我们将学习第二章，本章的学习要求及需要掌握的重点内容如下：
1、 焊接电弧的基本概念及产生；
2、 气体电离的方式、金属的电子发射方式；
3、 焊接电弧的产生过程；
4、 焊接电弧的组成；
5、 焊接电弧的静特性；
6、 电弧的稳定性及其影响因素，防止措施。
知识点：
一、焊接电弧的基本概念及产生。
（一）、焊接电弧概念：
1、两电极之间的气体介质，在电场力的作用下，长时间且有力的的放电现象；
2、它能产生高温将填充金属和部分被焊金属熔化，经冷却、凝固形成焊缝；
3、导电机理：
（1）要有足够的可以自由移动的带电粒子，即必须产生电离；
（2）使介质电离的基本能量称为“电离功”。
(二)、焊接电弧的产生：
将焊条和焊件各接到焊接电源的一个极上，当焊条与焊件瞬间接触又拉开时，焊条端部与焊件间就会产生明亮的焊接电弧。
二、气体电离的方式、金属的电子发射方式。
（一）、气体电离方式：
1、撞击电离（碰撞电离）
运动中的粒子相互碰撞而使其电离的过程。
2、光电离
原子吸收光（射线）的量子能，发生激发或电离。
3、热电离
（1）对物质加热相当于给原子增加内能，促使核外电子运动速率增大，离心力增大，当核外电子的运动速度增大到足够大时，电子将脱离原子核的束缚成为自由电子，并使原子发生电离；
（2）物质加热的过程中，原子本身的热运动加剧，继而碰撞电离加剧，因此增加了热电离的效果。
（二）、金属的电子发射方式：
电子发射：物质表面接受额外能量，产生电离，并向空间放出电子的过程；
电子逸出功：物体向空间产生电子发射的最小能量；
产生电子发射的条件：系统的能量大于该元素的电子逸出功。
1、 光电子发射：
物体表面接受能量的辐照后，从其表面向空间逸出电子的过程。
2、 热发射：
根据查理逊-代西门公式，热发射与温度的关系可用下式：
其中， ----单位面积在单位时间内放出的电子所带电量，即电流密度（A/m2）；
A-----常数（A/（m2.K2）；
T-----绝对温度K；
V出---逸出功（J）；
K-----波尔兹曼常数（1.38×10-23J/K）A。
温度增加，物体内能增加，平均动能增加引起的电子发射过程。
3、自发射：
两电极之间电位降很大时，电子被拉出物质表面而形成的电子发射。
4、 碰撞电离：
能量大的质点碰撞到阴极表面，将其位能（电离能）和动能传递给阴极表面电子逸出的过程。
三、焊接电弧的产生过程：
（一）、引弧
1、短路；
焊接引弧时，使焊条或焊丝与焊件接触形成短路。短路时电流很大，而焊条或焊丝与焊件并非理想平面接触，仅在某些突起点处接触，很大的短路电流集中在几个接触点处通过，这些地方电流密度很大瞬间就把它们加热到熔化状态，甚至变成金属蒸气。
2、空载；
3、电弧燃烧；
在热、光、碰撞作用下，加之强电场的作用，中性质点变成了电子和正离子，电子和正离子分别向两极运动，于是产生了电弧。
（二）、维弧
四、焊接电弧的组成：
如下图所示：
图 1.1电弧的组成和电压降分布
1、阴极区
位于阴极表面；
长度约为10-5cm；
电压降很大，106V/cm，引起阴极场致发射；
表面有一点“阴极斑点”；温度很高，接近材料的沸点。
2、阳极区
位于阳极表面；
长度约为10-2-10-4；
电压降较小，2.5V，且稳定；
表面有“阳极斑点”，该点电流密度很大，温度高于阴极斑点。
3、弧柱区
阴极区和阳极区之间的一段气柱；
长度大致等于电弧长度；
温度分布是中心高，四周低。
4、电弧压降的表示方法：
Uh=Uk+Uz+Uy=a+blh
其中，Uh――电弧电压（Ｖ）；
Uk――阴极电压降（Ｖ）；
Uz――弧柱电压降（Ｖ）；
Uy――阴极电压降（Ｖ）；
a――Uｋ＋Uｙ；
b――单位长弧柱电压降（20Ｖ/cm--40Ｖ/cm）；
lh――电弧长度（cm）。
五、焊接电弧的静特性：
基本概念：
稳态工作地条件下，电流和电压之间的关系。
如下图所示：
图 1.2金属电阻与电弧的静特性
六、焊接电弧的稳定性及其影响因素，防止措施。
（一）、焊接电弧的稳定性：
基本概念：在一定条件下，弧压和弧流保持相对稳定，在一定的条件下不偏吹、不熄弧的稳定程度。
（二）、影响电弧稳定性的因素：
1、焊接电源；
采用直流焊接电源焊接时的电弧要比采用交流电源焊接时的电弧稳定；空载电压较高的焊接电源其电弧较空载电压低的焊接电源的电弧稳定；有良好动特性的焊接电源易保证电弧稳定燃烧。
2、焊条药皮；
当焊条药皮中含有较多低电离功的元素或它们的化合物时，容易保证电弧稳定燃烧。当焊条药皮中含有较多氟化物时，由于在气体电离过程氟易俘获电子，使带电质点减少，致使弧柱的导电性变差，故降低了电弧的稳定性。
3、气流；
4、焊接处杂质；
5、电弧的磁偏吹。
（三）、引起磁偏吹因素：
1、接线位置不正确；
2、电弧周围的铁磁物质；
3、焊条和焊件位置不对称。
重要考点：
问答题：
1、 什么是电弧的稳定性？影响电弧的稳定性因素是什么？
答案：
定义：
稳定性指：在一定条件下，弧压和弧流保持相对稳定，在一定的条件下不偏吹、不熄弧的稳定程度；
影响因素：
焊接电源的影响；
焊条药皮的影响；
电弧的磁偏吹；
气流的影响；
焊接处杂质的影响。
2、 焊接电弧由哪几部分组成？各组成部分有何特点？
答案：
阴极区：
位于阴极表面；
长度约为10-5cm；
电压降很大，106V/cm，引起阴极场致发射；
表面有一点“阴极斑点”；温度很高，接近材料的沸点。
阳极区：
位于阳极表面；
长度约为10-2-10-4；
电压降较小，2.5V，且稳定；
表面有“阳极斑点”，该点电流密度很大，温度高于阴极斑点。
弧柱区：
阴极区和阳极区之间的一段气柱；
长度大致等于电弧长度；
温度分布是中心高，四周低。
填空题：
1、焊接电弧是指两电极之间的气体介质，在电场力的作用下，长时间且有力的_______现象。
答案：放电
2 、焊接电弧由阴极区、阳极区和________三部分组成。
答案：弧柱区
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