焊接导论教学课件作者周慧琳于汇泳主编第2章课件.pptVIP

* * 第二章 焊接电弧 §1 电弧的物理基础 §2 电弧的产热及电弧力 §3 交流电弧及磁场对电弧的影响 思考题： 一、气体放电 金属导电－－－欧姆定律 带电粒子的定向移动 电流 §1 电弧的物理基础 气体放电 当气体中存在带电粒子，在电场作用下，也会产生导电现象，称气体放电 辉光放电 雷电 电弧放电 气体放电规律 在较小的电流区间，气体导电所需要的带电粒子不能通过导电过程本身产生，而需要外加措施来造成带电粒子。 当电流大于一定数值时，在气体放电开始时需要外加措施制造带电粒子，进行诱发，一旦放电开始，取消外加诱发措施，放电过程仍可以继续下去，放电过程自身能够产生维持放电所需要的带电粒子。 图2-3 气体放电的伏安特性 非自持放电 自持放电 电弧 电弧是在一定条件下，电荷通过两极之间气体空间的导电过程。是一种气体放电现象。 能量转换器 电能 图2-2 电弧示意图 热能 机械能 光能 特点： 低电压（几～几十V） 大电流（几十～千A） 高温（5000～30000K） 二、带电粒子的产生 在一定的条件下，中性气体分子或原子分离成电子和正离子的现象称为电离。 1、电离 使中性气体粒子失去第一个电子所需要的最低外加能量称为第一电离能。 外加能量 第二电离能 第三电离能 。。。 Wi=eUi 电离电压 电离能 电离电压 金属电离电压低 分子状态可直接电离 电离电压的高低－产生带电粒子的难易 一次电离电压低者，二次电离电压不一定低 混合气体中，低电离电压者优先电离 常见气体粒子的电离电压 Cs 3.9V H 13.5V H 13.5V H2 15.4V O 13.5V O2 12.2V Cs 3.9，33 Ca 6.1，12 2、电离的种类 （1）热电离 电离度：气体中单位体积内被电离的粒子数与原始气体粒子总数的比值。 由于热运动而引起的碰撞，从而产生电离称为热电离 如果某气体中混有其他气体成分时，则电离后电子密度与电离前中性粒子密度之比称实效电离度。 混合气体的电离电压称实效电离电压。 理论与实践证明，混合气体的实效电离电压取决于低电离电压的物质 热解离 由于弧柱温度高，电弧中多原子气体，由于热的作用，将分解为原子，称热解离。 产生热解离所需要的最低能量称解离能。 热解离不但影响带电粒子的产生过程，还对电弧的电性能和热性能产生影响。 一般维持电弧，电子密度为1014cm-3，即实效电离度为10-4数量级（万分之一中性粒子电离）。 常规电弧，电离度 0.1×10-3～0.12×10-2 数量级。 强冷电弧或大电流，电离度 10-1～1数量级。 (2) 电场电离 当带电粒子的动能在电场的影响下，增加到足够高的程度，则可能与中性粒子产生非弹性碰撞而使之电离，称电场作用下的电离。 弧柱区 E=10V/cm 热电离为主 两极区 E=105～107V/cm 电场电离为主 (3) 光电离 中性粒子接受光辐射的作用而产生电离的现象称为光电离。 光电离是电弧中产生带电粒子的次要途径。 3、电子发射 电极表面受到外加能量的作用，使其内部的电子冲破电极表面的束缚而飞到电弧空间的现象称为电子发射。 使一个电子从金属表面飞出所需要的最低外加能量称为逸出功（Ww） 金属表面有氧化膜时，其逸出功降低。 钨合金比纯钨逸出功低。 电子发射 热发射 电场发射 粒子碰撞发射 光发射 (1) 热发射 金属表面承受热作用而产生电子发射现象称热发射。 (2) 电场发射 当金属表面存在一定强度的正电场时，金属内的电子承受此电场静电库仑力的作用，当此力达到一定程度时，电子飞出金属表面，这种现象称电场发射。 (3)光发射 当金属表面接受光辐射时，金属表面自由电子能量增加而冲破金属表面的约束飞到金属外面来，称光发射。 (4)粒子碰撞发射 高速运动的粒子碰撞金属表面时，将能量传递给金属表面的电子，使其能量增加而跑出金属表面，称光粒子碰撞发射。 4、负离子的产生 在一定条件下，有些中性原子或分子能吸附一个电子而形成负离子。 中性粒子吸附电子形成负性粒子，其内部能量减少，减少的能量称电子亲和能。 负离子的形成，导致电弧稳定性下降。 三、带电粒子的消失 1、扩散 带电粒子和一般气体的分子和原子一样，如果分布密度不同，则带电粒子将从密度高的地方向密度低的地方移动，而趋于密度均匀，称扩散。 2、复合 电弧空间的正、负带电粒子(正离子、负离子、电子)，在一定条件相遇而互相结合成中性粒子的过程，称复合。 四、电弧各区域导电机构 1、电弧的组成区域 阴极区 阴