第一节熔焊原理和过程.pptVIP

第一节 熔焊原理及过程;二 气体放电基本概念 气体放电及类型 电弧是一种气体放电现象，它是带电粒子通过两电极之间气体空间的一种导电过程。要使两电极之间的气体导电必须具备两个条件：(1) 两电极之间有带电粒子；(2) 两电极之间有电场 非自持放电：气体导电所需要的带电粒子不能通过导电过程本身产生，而需要外加措施来产生带电粒子（加热、施加一定能量的光子）。 ;自持放电：当电流大于一定值时，一旦放电开始，气体导电过程本身就可以产生维持导电所需要的带电粒子。 自持放电类型：暗放电（电池）、辉光放电（日光灯）、电弧放电（焊接电弧）。 2 气体导电与金属导电的区别 金属：I=U/R， 电流与电压之间满足线性关系，原因：金属中有大量可以自由移动的带电粒子（电子）。 气体：电流与电压之间为非线性关系，原因：在正常状态下，气体中不含带电粒子（正离子、负离子、电子）。 电弧中带电粒子的产生 两电极空间的气体电离、电极的电子发射。;（一）气体的电离 1 电离的概念：在外加能量作用下，使中性的气体分子或原子分离成电子和正离子的过程。 2 电离能及其表示方法： 概念： 中性气体粒子失去第一个电子所需的最小外加能量称为第一电离能，失去第二个电子所需的能量称为第二电离能，依此类推 表示方法：电离能通常以电子伏(eV)为单位。1电子伏就是使得1个电子通过电位差为1伏的两点间所需做的功，其数值为1.6×10-19J。为了便于计算，常把以电子伏为单位的能量转换为数值上相等的电离电压来表示。 注意：1）气体电离电压的高低说明了该种气体产生带电粒子的难易。 2）电弧焊中的气体粒子电离现象主要是一次电离。 3）当电弧空间同时存在电离电压不同的几种气体时，在外加能量的作用下，电离电压低的气体粒子将先电离；如果这种气体供应充足，则电弧空间的带电粒子将主要由该种气体产生。 4)激励：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。 ;;气体电离小结 热电离是主要的（在弧柱区和两极区）； 场电离是次要的，主要发生在阴极区和阳极区； 光电离再次之。 原因：电压降：弧柱：10V/cm;阴极区和阳极区： 105～ 107 V/cm;（二）电极的电子发射; 电子发射的基本概念 a. 定义：阴极中的自由电子受到一定的外加能量作用时，从阴极表面逸出的过程称为电子发射。 b. 逸出功：电子从阴极表面逸出需要的最低外加能量。1个电子从金属表面逸出所需要的最低外加能量称为逸出功 (Wω)，单位是电子伏。因电子电量为常数e，故通常用逸出电压(Uω)来表示，Uω＝Wω／e，单位为V。逸出功的大小受电极材料种类及表面状态的影响。;几种金属材料的逸出功 ;四 焊接电弧各区域的导电机构 ;四 焊接电弧各区域的导电机构 ;（二） 阴极区的导电机构 阴极区的任务：向弧柱提供电子流和接收来自弧柱的正离子流，阴极区的导电机构受气体介质、阴极材料、电流大小影响。 1．热发射型 产生条件：当采用热阴极材料（高熔点、沸点材料如钨、碳）且使用较大电流时，阴极区可加热到很高的温度，这时阴极主要靠热发射提供电子流。 特点：几乎不存在阴极区，阴极区不收缩，阴极区的电流密度与弧柱区也相近，阴极区电压降很小；???存在阴极斑点；在大电流TIG焊时这种热发射型导电占主导地位。 2．电场发射型 １）产生条件：当采用冷阴极（低熔点、沸点材料如铝、铁、铜等）或虽然采用热阴极但使用较小电流时。原因：不可能加热到很高的温度，不足以产生较强的热发射来提供弧柱导电所需要的电子流，则在靠近阴极的区域，正电荷过剩而形成较强的正电场，并使阴极与弧柱之间形成一个正电性区——阴极区。;２）特点：存在阴极区，原因：这种形式的导电中，为了提高阴极区的电场强度，按照最小电压原理，阴极区将自动收缩截面，以提高正离子流即正电荷的密度，维持阴极的电子发射能力；存在阴极斑点；在小电流钨极氩弧焊和熔化极气保焊时，这种场致发射型导电起主要作用。 　　 在采用冷阴极或虽然采用热阴极但使用较小电流的情况下，实际上是热发射型和场致发射型两种阴极导电形式并存，而且相互补充和自动调节。 　　　 阴极区的电压降，主要取决于电极材料的种类、电流大小和气体介质的成分，一般在几伏至几十伏之间。 　　　 当电极材料的沸点较高或逸出功较小时，热发射型导电的比例较大，阴极压降较小，反之，则场致发射型导电的比例较大，阴极压降也较大。电流较大时，一般热发射型导电的比例增大，阴极压降减小。 ;（三）