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焊接电弧(初级教学版)

一、焊接电弧的产生        焊接电弧是两个电极间的放电现象称为电弧,它是一种空 气导电的现象。而焊接电弧是指由焊接电源供给的,具有一定电压的两电极间或电极与母材间,在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象称为焊接电弧。它具有两个特性,即能放出强烈的光和大量的热。焊接就是利用产生的热量来熔化母材和填充金属。

1、焊接电弧的产生        在通常情况下的气体是不导电的,为了使其导电,必须使气体电离,即必须在气体中形成足够数量的自由电子和正离子。        焊接电弧的引燃过程,是当焊条与工件接触的瞬间,焊条与工件表面局部突出部位首先接触,在接触区有电流通过,使得接触处的电流密度增大,产生了很大的电阻热,将接触点熔化,同时受热的阴极发射出大量电子。由明极发射出的电子在电场的作用下快速的向阳极运动,在运动中与中性气体粒子相撞,并使其电离,分离成电子和正离子,电子被阳极吸收,而正离子向阴极运动,形成电弧的放电现象。        焊接电弧引燃的顺利与否,是与焊接电流强度,电弧中的电离物质、电源的空载电压及其特性有关。如果焊接电流大,电弧中又存在容易电离的元素,电源的空载电压又较高时,则电弧的引燃就容易。         2、焊接电弧组成及温度分布

万博bet-万博manbext网页版-manbext网页版登录(1)、焊接电弧的组成焊接电弧由阴极区、弧柱区和阳板区三部分组成。        ①阴极区    电弧紧靠负电极的区域为阴极区。阴板区很窄,电场强度很大。在阴极区的阴极表面有一个明亮的斑点,称为阴极斑点。在阴极斑点中,电子在电场和热能的作用下,得到足够的能量而逸出。因此,阴极斑点是一次电子发射的发源地,电流密度很大,也是阴极区温度最高的地方。

万博bet-万博manbext网页版-manbext网页版登录②阳极区    电弧紧靠正电极的区域为阳极区。阳极区比阴极区宽,但也只有10-3~10-4 cm。在阳极的表面也有一个明亮的斑点,称为阳极斑点。它是由电子对阳极表面撞击而形成的。是集中接收电子的微小区域。阳极区电场强度比阴极区小得多。

③弧柱区    在阴极区 和阳极区之间的区域称为弧柱区。由于阴极区和阳极区的长度极小,故弧柱的长度就可以认为是电弧的长度。在弧柱区充满了电子、正离子、负离子和中性的气体分子和原子,并伴随着激烈的电离反应。              (2)、焊接电弧的温度分布焊接电弧中三个区域的温度是不均匀的,阴极区和阳极区温度主要取决于电极材料,而且一股阴极温度都低于阳极温度,且低于材料的沸点。但在生产实践中,发现不同的焊接工艺方法使阳极和阴极温度高低有变化。但大多温度分部分别为:阴极区占放出热量的36% ,阳极区占放出热量的43%,弧柱区占放出热量的21%  。

下图焊接电弧的构造

(3)、各种焊接方法的阴极与阳极温度比较

①焊条电弧焊    阳极温度比阴极高一些,是由于阴极发射电子要消耗一部分能量所致。       ②钨极氩弧焊   阳极温度也比阴极温度高,这是由于钨极发射电子能力较强,在较低的温度下就能满足发射电子的要求。       ③气体保护焊    气体对阴极 有较强的冷却作用,这样就要求阴极具有更高的温度及更大的电子发射能力。由于采用的电流密度较大,故阴极温度比阳极温度高。例如,CO2 气体保护焊或Ar+CO2气体保护焊时,采用直流电源,熔化电极接负极,焊接时生产率就较高。        ④埋弧白动焊在使用含 CaF2焊剂的埋弧自动焊时,因氟等蒸气容易形成负离子,要求阴极能具备更强的电子发射能力。但这此负离子在阴极区与正离子中和时能放出大量的热,同时使用的电流密度也较大,所以阴极温度较阳极温度高。       弧柱的温度不受材料沸点的限制,因此通常都高于阳极区和阴极区的温度,一般可达6000~8000℃。弧柱的径向温度分布是不均匀的,其中心温度最高,离开弧柱中心线,温度逐渐降低。弧柱温度虽然很高,但大部分被辐射,因此要求焊接时应尽量压低电弧,使热量得到充分利用。         二 、 焊接电弧静特性        在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下,电弧稳定燃绕时,焊接电流和电弧电压变化的关系称为电弧的静特性,也称为伏一安特性。         1、静特性曲线电弧静特性曲线如下图所示。电弧的静特性曲线呈U形,它有三个不同的区城。当电流较小时 电弧静特性是属于下降特性区,随着电流的增加电压减小;当电流稍大时电弧静特性属于水平特性,也就是当电流变化而电压几乎不变,焊条电弧焊的静特性就处于这个区段,因而焊接电流在定范内变化时,电弧电压不发生变化从而保证了电弧的稳定燃烧:当电流较大时,电弧静特性属于上升特性区。即电压随电流的增加而升高。

万博bet-万博manbext网页版-manbext网页版登录2、静特性曲线应用电弧静特性虽然有三个不同的区城,但对于不同的焊接方法,在一定的条件下, 其静特性只是曲线的某一区域。静特性下降段,由于烧不易稳定,因而很少采用。而静特性的水平段,则在条电弧焊、埋弧焊、钨极氨弧焊中得到广泛应用。而静特性的上升段,则只有在细丝熔化极气体保护焊及大电流埋弧焊时才会出现。电弧的静特是在弧长一定时,电弧稳定燃烧情况下电流与电压的关系,当弧长发生变化时,电弧静特性也将发生变化,如下图;

因为电弧电压是由阴极电压降、阳极电压降和弧柱电压三部分组成的,其中阴极电压降和阳极电压降在一定电极材料和气体介质的场合下,基本上是固定的数值,而弧柱电压降在一定的气体介质条件下和弧长是成正比的。当电弧长度增加时.电弧电压将升高,  其静特性曲线的位置也随之上升。而当电弧长度缩短时,电弧电压降低,静特性曲线也随之下移。

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