[工學(xué)]第1章焊接電弧(編輯修改稿)
2024-11-12 18:43 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 如此，才使得焊接電弧具有低電壓、大電流的特點(diǎn)。 3 導(dǎo)電機(jī)構(gòu)： 熱電離產(chǎn)生電子和正離子，形成電子流和正離子流，但電流主要是電子流（ %），而正離子流所占比例很小。 原因？ （二） 陰極區(qū)的導(dǎo)電機(jī)構(gòu) 陰極區(qū)的任務(wù)： 向弧柱提供電子流和接收來(lái)自弧柱的正離子流，陰極區(qū)的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)受氣體介質(zhì)、陰極材料、電流大小影響。 1．熱發(fā)射型 1) 產(chǎn)生條件： 當(dāng)采用熱陰極材料（高熔點(diǎn)、沸點(diǎn)材料如鎢、碳）且使用較大電流時(shí)，陰極區(qū)可加熱到很高的溫度，這時(shí)陰極主要靠熱發(fā)射提供電子流 2) 特點(diǎn)： 幾乎不存在陰極區(qū)，陰極區(qū)不收縮，陰極區(qū)的電流密度與弧柱區(qū)也相近，陰極區(qū)電壓降很??；不存在陰極斑點(diǎn)；在大電流 TIG焊時(shí)這種熱發(fā)射型導(dǎo)電占主導(dǎo)地位。 2．電場(chǎng)發(fā)射型 １）產(chǎn)生條件： 當(dāng)采用冷陰極（ 低熔點(diǎn)、沸點(diǎn)材料如鋁、鐵、銅等） 或雖然采用熱陰極但使用較小電流時(shí)。原因：不可能加熱到很高的溫度，不足以產(chǎn)生較強(qiáng)的熱發(fā)射來(lái)提供弧柱導(dǎo)電所需要的電子流，則在靠近陰極的區(qū)域，正電荷過(guò)剩而形成較強(qiáng)的正電場(chǎng)，并使陰極與弧柱之間形成一個(gè)正電性區(qū) —— 陰極區(qū)。 ２）特點(diǎn)： 存在陰極區(qū) ， 原因： 這種形式的導(dǎo)電中，為了提高陰極區(qū)的電場(chǎng)強(qiáng)度，按照 最小電壓原理， 陰極區(qū)將自動(dòng)收縮截面，以提高正離子流即正電荷的密度，維持陰極的電子發(fā)射能力； 存在陰極斑點(diǎn) ；在 小電流鎢極氬弧焊和熔化極氣保焊 時(shí)，這種場(chǎng)致發(fā)射型導(dǎo)電起主要作用。 在采用冷陰極或雖然采用熱陰極但使用較小電流的情況下，實(shí)際上是熱發(fā)射型和場(chǎng)致發(fā)射型兩種陰極導(dǎo)電形式并存，而且相互補(bǔ)充和自動(dòng)調(diào)節(jié)。 陰極區(qū)的電壓降，主要取決于電極材料的種類、電流大小和氣體介質(zhì)的成分，一般在幾伏至幾十伏之間。 當(dāng)電極材料的沸點(diǎn)較高或逸出功較小時(shí)，熱發(fā)射型導(dǎo)電的比例較大，陰極壓降較小，反之，則場(chǎng)致發(fā)射型導(dǎo)電的比例較大，陰極壓降也較大。電流較大時(shí)，一般熱發(fā)射型導(dǎo)電的比例增大，陰極壓降減小。 （三）陽(yáng)極區(qū)的導(dǎo)電特性 陽(yáng)極區(qū)是指靠近陽(yáng)極的很小一個(gè)區(qū)域，在電弧中，它的主要作用是接受弧柱中送來(lái)的電子流，同時(shí)向弧柱提供所需要的正離子流。 1. 陽(yáng)極區(qū)的場(chǎng)致電離 １）形成原因： 當(dāng)電弧電流較小時(shí) 陽(yáng)極前面的電子數(shù)必將大于正離子數(shù)，形成負(fù)的空間電場(chǎng)，并使陽(yáng)極與弧柱之間形成一個(gè)負(fù)電性區(qū) ——陽(yáng)極區(qū)。只要弧柱的正離子得不到補(bǔ)充，這個(gè)負(fù)電場(chǎng)就繼續(xù)增大。陽(yáng)極區(qū)內(nèi)的帶電粒子被這個(gè)電場(chǎng)加速，使其在陽(yáng)極區(qū)內(nèi)與中性粒子碰撞產(chǎn)生場(chǎng)致電離，直到這種電離生成的正離子能滿足弧柱需要時(shí)，陽(yáng)極區(qū)的電場(chǎng)強(qiáng)度才不再繼續(xù)增大。 ２）特點(diǎn)： 電離生成的正離子流向弧柱，產(chǎn)生的電子流向陽(yáng)極。陽(yáng)極區(qū)壓降較大。 ３）出現(xiàn)條件： 小電流 ２ . 陽(yáng)極區(qū)的熱電離 １）形成原因： 當(dāng)電弧電流較大時(shí)，陽(yáng)極的過(guò)熱程度加劇，金屬產(chǎn)生蒸發(fā)，陽(yáng)極區(qū)溫度也大大提高。陽(yáng)極區(qū)內(nèi)的電離方式將由金屬蒸氣的熱電離取代高能量電子的碰撞產(chǎn)生的場(chǎng)致電離，完成陽(yáng)極區(qū)向弧柱提供正離子流的作用。 ２）特點(diǎn)： 陽(yáng)極區(qū)的壓降較低。 ３）出現(xiàn)條件： 大電流鎢極氬弧焊時(shí) （五） 陰極斑點(diǎn)、陽(yáng)極斑點(diǎn) 1．陰極斑點(diǎn) 1） 定義： 在陰極上電流集中，電流密度很高，發(fā)出爍亮光輝的點(diǎn)。 2）形成條件： 電弧通過(guò)該點(diǎn)消耗的能量最低；該點(diǎn)具備發(fā)射電子的條件。 3）特點(diǎn)： 電流密度很高（ 105～ 107A/cm2）；有所謂的“粘著性”：斑點(diǎn)不能沿陰極表面連續(xù)移動(dòng)，而是跳動(dòng)；具有自動(dòng)尋找氧化物的能力。 4）出現(xiàn)條件： 高熔點(diǎn)材料作陰極且電流很小時(shí)；所有的低熔點(diǎn)材料作陰極。 2. 陽(yáng)極斑點(diǎn) 1） 定義： 在陽(yáng)極上電流集中，電流密度很高，發(fā)出爍亮光輝的點(diǎn)。 2）形成條件： 電弧通過(guò)該點(diǎn)消耗的能量最低；該點(diǎn)有金屬蒸發(fā)。 3）特點(diǎn)： 電流密度很高（ 102～ 103A/cm2）；有所謂的“粘著性”：斑點(diǎn)不能沿陽(yáng)極表面連續(xù)移動(dòng)，而是跳動(dòng)；具有自動(dòng)尋找純金屬的能力。 4）出現(xiàn)條件： 低熔點(diǎn)材料作陽(yáng)極 。 五 最小電壓原理 1 內(nèi)容： 當(dāng)電流和電弧周?chē)鷹l件 (如氣體介質(zhì)種類、溫度、壓力等 )一定時(shí)，穩(wěn)定燃燒的電弧將自動(dòng)選擇一個(gè)確定的導(dǎo)電截面，使電弧的能量消耗最小。 當(dāng)電弧長(zhǎng)度也為定值時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度的大小即代表了電弧產(chǎn)熱量的大小，因此，能量消耗最小時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度最低，即在固定弧長(zhǎng)上的電壓降最小。 2 原因： 能量最低 。電流和電弧周?chē)鷹l件一定時(shí)，如果電弧截面面積大于或小于其自動(dòng)確定的截面，都會(huì)引起電場(chǎng)強(qiáng)度 E增大，使消耗的能量增多，違反最小電壓原理。因?yàn)殡娀〗孛嬖龃髸r(shí)，電弧與周?chē)橘|(zhì)的接觸面增大，電弧向周?chē)橘|(zhì)散失的熱量增加，要求電弧產(chǎn)生更多的能量與之相平衡，即要求 EI增加。而焊接電流 I是一定的，只能是電弧電場(chǎng)強(qiáng)度 E增加；反之，若電弧截面減小，則在 I一定的情況下，電流密度 j必然增加，導(dǎo)致 E增大。所以說(shuō)，電弧將自動(dòng)確定 — 個(gè)截面，在這一截面下，使 EI最小，即消耗的能量最小。 六 電弧靜特性 1 幾個(gè)概念 1） 電弧靜特性： 電弧穩(wěn)定燃燒的情況下，穩(wěn)態(tài)的焊接電流與電壓之間的關(guān)系。 2）電弧動(dòng)特性： 變化狀態(tài)的焊接電流與電壓之間的關(guān)系。 3）電源外特性： 電源負(fù)載變化時(shí)，穩(wěn)定的輸出電流與輸出電壓之間的關(guān)系。 4）電源動(dòng)特性： 電源負(fù)載變化
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