熔焊方法及设备复习资料

1. 焊接电弧：由焊接电源提供能量，在具有一定电压的两电极之间或电极与母材之间的气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。

焊接电弧的物质本质: 在具有一定电压的两电极之间的气体介质中所产生的电流最大、电压最低、温度最高、发光最强的自持放电现象。

2. 气体放电的条件，电弧放电的条件：电场 ；带电粒子 电弧中带电粒子的产生：电弧中气体介质的电离和电极的电子发射。 （1）电离：再外加能量的作用下，原子分离成→正离子，电子。 电离能Wi（电子伏 eV）

1eV?1?1.6?10?19?1.6?10?19J电离电压Ui（V) Wi=eUi，电离电压低→电离能低，产生带电粒子容易 →电弧越稳定。 总结：金属气体原子的电离电压比较低。

气体分子也可以发生电离，一般较困难，如 CO2（13.7），Fe（7.9）。

稳弧剂机理：几种气体同时存在时，电离电压低的首先被电离，如Na（5.1），而且如果供应充

分，几乎主要是其电离。

电离需要能量，能量如何获得？

（2）激励：外加能量不足以使电子完全脱离气体分子或原子时，而使电子从较低的能级转移到较高能

级的现象。

3、（气体）电离的种类 （1）热电离

定义：气体里受热的作用而产生的电离。实质 为气体粒子受热温度升高而产生高速运动和相互之间激烈的碰撞而产生的电离。电子与气体粒子的非弹性碰撞是最有效的。主要发生区域：弧柱区 （2）场致电离

定义：当气体中有电场作用时，气体中的带电粒子被加速，电能被转换为带电粒子的动能，当动能增加到一定程度时能与中性粒子产生非弹性碰撞，使之电离。实质 E→V ↑,非弹性碰撞电离 电子与气体粒子的碰撞是最主要的；连锁反应；

主要发生区域：两极区，E= 105～107V/cm,弧柱10V/cm。

（3）光电离

定义：中性粒子接受光辐射的作用而产生的电离。临界波长问题；次要途径

问题：既然电子的非弹性碰撞导致气体电离，产生电弧，那么起初高速运动（较大动能）的电子，而

且具有一定数量，从哪里来的？

4 (阴极）电子发射

（1）热发射 ：金属表面承受热作用而产生电子发射的现象。电子发射时从金属表面带走能量，故能对金属产生冷却作用。当电子被另外的同种金属表面接受时，将释放能量，使金属表面加热。 热阴极与热阴极电弧: 冷阴极与冷阴极电弧 （2）

场致发射

定义，强电场；

两极区，E= 105～107V/cm,弧柱10V/cm；冷阴极电弧电子发射的主要形式 （3） （4）

光发射 定义 ； 次要途径，无冷却 粒子碰撞发射

定义；阴极区，正离子对阴极表面的撞击。对冷阴极电弧，有时是一个重要形式

1.2 焊接电弧的产生过程

1.2.1 接触式引弧 （1） 短路 接触点产生大量电阻热，并熔化液态金属间层； （2） 分离 E↑,金属蒸气,药皮蒸气→ 场致发射,场致电离

（3） 燃弧 T↑↑,E → 发射,电离与复合平衡 应用:熔化极的电弧焊

1.2.2 非接触式引弧

1 激发 高压脉冲,高频振荡,小气隙→E↑↑→场致发射,场致电离

2 燃弧 带电粒子产生和消失，能量的释放和消耗达动态平衡，稳定燃烧。 应用:不熔化极（乌极氩弧焊，等离子弧焊） 1.3 焊接电弧的构造及其导电机构 1.3.1 焊接电弧的构造

焊接电弧是由阴极区、阳极区和弧柱区三部分构成的。这三部分尺寸不同,电压降也不同。Ua=Uk+Uc+UA

1.3.2 焊接电弧的导电机构

1、弧柱区导电机构 （1） 99.9%电子流、0.1正离子流；（2）电中性，E小，UC很小，等离子体；（3）电离←→复合。T高；（4）电能→热能，机械能，光能 2、阴极区导电机构

（1）热发射型 W,C等热阴极，大电流；热发射提供弧柱所需电子；与弧柱无区别，UK很小，无阴极斑点； 大电流TIG

(2)场致发射型 Cu Fe Al等冷阴极材料，W C小电流；热发射不足，正电荷堆积E，Uk↑,场致发射，场致电离（界面），提供99.9%电子流.电流组成Ie+Ii；阴极斑点、寻氧化膜，跳动；MIG 3、阳极区导电机构 接收99.9电子流、提供0.1%正离子流。

（1）热电离型 温度高、j大，金属蒸气，电离；UA小，无阳极斑点。 （2）场致电离型 j小，电子堆积，E↑,UA大，场致电离。

阳极斑点，寻找电离电压小的纯金属

1.3.3

最小电压原理 在电流和周围条件一定的情况下,稳定燃烧的电弧将自动选择一适当的断面,以保证电弧的电场强度具有最小的数值,即在固定弧长上的电压最小。这意味着电弧总是保持最小的能量消耗。 EL=U,EIL=P

分析：（1）I不变，D↑→S↑→散热↑→E↑→D↓ （2）I不变，D↓→S↓→J↑→R↑→E↑→D↑

（3） 强水冷→散热↑→E↑→D ↓

1.4焊接电弧的电特性 1.4.1

焊接电弧的静特性定义：在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流与电弧电压变化的关系，也称伏-安特性。

1.4.2

1.4.2 焊接电弧的动特性 对于一定弧长的电弧，当电弧电流发生连续快速变化时，电弧电压与电流瞬时值之间的关系，称为焊接电弧的动特性。它反映了电弧的导电性对电流变化的响应能力。

1.5.1 焊接电弧的产热机构

宏观：焊接电弧能量来自于焊接电源。 P = IUK +IUC +IUA＝ I（UK +UC +UA） 热，光、机械（力） 微观：带电粒子不断地产生、消失和运动，便构成了能量的转变和传递过程。

1.弧柱区产热 2.阴极区产热 3.阳极区产热 1.5.2 焊接电弧的温度分布

1、轴向温度分布 两电极的温度较低，弧柱区温度较高

2、径向温度分布 弧柱温度最高，两极次之，中心温度高，周边温度低。 1.6.1 焊接电弧力

1、电磁收缩力（电弧静压力直径不同将引起压力差;电弧静压力，指向小D到大D ? 2、等离子流力（电弧动压力）主因：F推→高温气体离子运动，不断补充电离

? 抽吸作用，气泵。 方向：焊丝（电极）→工件; 形态：中心速度大102m/s，压力大，动压力大。 影响：指状熔深 3 斑点压力

包括：(1)正离子与电子对电极的撞击力 (2)电磁收缩力 ；(3)电极材料蒸发反作用力 阴

极斑点力大于阳极斑点力。 熔化极焊，焊丝不建议接阴极

1.6.2 焊接电弧力的影响因素

（1）焊接电流和电弧电压 增大电流，及减小电压会使电弧力增大。 （2）电极与焊丝 （3）气体介质

1.7.2 焊接电弧稳定性的影响因素 2.1 焊丝的加热与熔化 焊丝熔化的热源

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

熔化极电弧焊焊丝的作用：作为电弧的一个电极；提供熔化金属作为焊缝金属的一部熔化速度（vm ):单位时间熔化焊丝的重量或长度m/h;g/h

熔化系数（αm ）:单位时间和电流熔化焊丝的重量或长度m/hA;g/hA 熔敷速度（vy ):单位时间熔敷在焊件上的金属量g/h 熔敷系数（αy）:单位时间和电流敷在焊件上的金属量g/hA 熔敷率： 飞溅率： 损失率：

2.1.3影响焊丝熔化速度的因素 （1）电流：电流↑→熔化速度↑ （2）电压：

较长弧长范围内，电压变化→不影响焊丝的熔化 在较短弧长范围内，电压↓→熔化速度↑（固有调节） 在更短弧长范围内，电压↓→熔化速度↓

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