焊接方法与设备第一章电弧焊基础知识第一节焊接电弧一、焊接电弧物理基础（一）电弧及其电场强度分布非自持放电1、气体的电离激励定义：当中性气体粒子受外加能量作用而不足以使其电离时，但可能使其内部的电子从原来的能级跃迁到较高的能级，这种现象称为~。激励可导致->电弧辐射光重要结论：当电弧空间存在电离电压（或激励电压）不同的多种气体的时候，在外加能量的作用下，电离电压（或激励电压）低的气体粒子先被电离（或激励），若这种气体的足以维持电弧的稳定燃烧，则整个电弧燃烧所需要的能量主要取决于这个较低的电压。因而电弧所要求的外加能量就比较低。*意义：稳弧剂的作用基本规律：温度压力电离电压电离和阴极电子发射是电弧产生和维持不可缺少的必要条件阴极发射出的电子，在电场的加速下碰撞电弧空间的中性粒子使之电离，从而是阴极电子发射充当了维持电弧导电的——原电子之源。（1）电子发射与逸出功定义：电子发射：阴极中的自由电子受到一定的外加能量作用，从阴极表面逸出的过程逸出功：一个电子从金属表面逸出所需的最低外加能量。单位电子伏或者逸出电压逸出功的大小受电极材料及表面状态的影响。金属表面存在氧化物时逸出功会减小表1-3与表1-1比较*（2）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WC冷阴极：斑点不规则移动CuFeAl（3）电子发射的类型热发射场致发射光发射粒子碰撞发射实际焊接过程中常常是几种发射形式共存（三）带电粒子的消失大多数粒子亲和能比较小，不易形成负离子F、Cl、O2、OH、NO等离子亲和能比较大，易于形成负离子。放热过程，在高温下不易稳定存在影响：电子数量减少，导电困难，电弧稳定性降低负离子运动速度慢，不能很好的导电易于正离子复合三、焊接电弧的工艺特性（一）电弧的热能特性电弧的温度分布（二）电弧的力学特性1、电弧力及其作用电弧力影响着熔深及熔滴的过渡，而且影响到熔池的搅拌、焊缝成形及金属的飞溅等*电弧力主要包括：电磁收缩力、等离子流力、斑点力等电磁静压力：电弧轴向推力在电弧横截面上分布不均匀，弧柱轴线处最大，向外逐渐减小，在焊件上表现为对熔池形成的压力结果：碗状熔深焊缝形状。束缚弧柱直径电磁搅拌（细化晶粒，排出气体及熔渣）（2）等离子流力：高温气流的高速运动，持续的冲向焊件，对熔池形成附加压力。也称为电磁动压力。电弧中等离子气流具有很高的速度和加速度，可达数百米/秒。电弧中心线上等离子流力最大。电流越大，中心线上的动应力幅值越大，分布区域越小。钨极氩弧焊的钨极锥角较小，电流较大，或者熔化极电弧焊采用喷射过渡工艺时，这种电弧的动压力较为显著。结果：指状熔深。增加电弧挺度，促进过渡，增大熔深，搅拌（3）斑点力：电极上形成斑点时，由于斑点受到带电粒子的撞击，或金属蒸汽的反作用而对斑点产生的压力，称为~，或斑点压力。斑点力阻碍熔滴过渡利用阳极斑点压力小的特点，直流焊接时，采用直流反接，利于熔滴过渡，减小飞溅2.电弧力的主要影响因素：焊接电流和电压焊丝直径电极极性气体介质钨极端部几何形状（1）电流和电压的影响（3）极性的影响（三）焊接电弧的稳定性1.焊接电源的影响：（1）焊接电源的特性（2）焊接电源的种类（3）焊接电源的空载电压2.焊接材料药皮成分（稳弧剂、电离能低的成分K、Ca、Na的氧化物）药皮偏心、局部脱落3.焊接电流（越大越稳定）电离度、热发射能力增强断弧弧长增加磁偏吹影响因素导线连接位置电弧附近电磁铁磁性回路焊接位置减少磁偏吹的措施可能时采用交流电源代替直流电源尽量采用短弧进行焊接对于长和大的工件采用两端接地的方法如果工件有剩磁，焊接前应消除避免周围铁磁性物质的影响用厚药皮焊条代替薄药皮焊条5.其他影响稳定性的因素：表面清洁状态气流焊丝的加热与熔化特性熔滴上的作用力*熔滴过渡的主要形式及特点熔化极电弧焊：焊丝的熔化主要依靠阴极区或者阳极区产生的热量以及焊丝伸出长度上的电阻热。弧柱区产生的热量对于焊丝的加热熔化作用比较小。非熔化极电弧焊：弧柱区产热熔化焊丝2、电阻热焊丝与导电嘴接触点到焊丝端头的一段焊丝（即焊丝伸出长度，用Ls表示）有焊接电流通过，所产生的电阻热对焊丝有预热作用，从而影响焊丝的熔化速度。特别是焊丝比较细和焊丝的电阻系数比较大时（如不锈钢），这种影响更加明显。（二）焊丝的熔化特性焊丝的熔化特性：焊丝的熔化速度和焊接电流之间的关系。其主要与焊丝材料及焊丝直径有关。二、熔滴上的作用力1、重力：当焊丝直径较大而电流较小时，在平焊位置的情况下，使熔滴脱离焊丝的力主要是重力。Fg=mg=4/3ρgπr3重力大于表