[工學(xué)]第1章焊接電弧(編輯修改稿)
2024-11-12 18:43 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 如此，才使得焊接電弧具有低電壓、大電流的特點。 3 導(dǎo)電機構(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)電機構(gòu) 陰極區(qū)的任務(wù)： 向弧柱提供電子流和接收來自弧柱的正離子流，陰極區(qū)的導(dǎo)電機構(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、沸點材料如鎢、碳）且使用較大電流時，陰極區(qū)可加熱到很高的溫度，這時陰極主要靠熱發(fā)射提供電子流 2) 特點： 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)電壓降很小；不存在陰極斑點；在大電流 TIG焊時這種熱發(fā)射型導(dǎo)電占主導(dǎo)地位。 2．電場發(fā)射型 １）產(chǎn)生條件： 當(dāng)采用冷陰極（ 低熔點、沸點材料如鋁、鐵、銅等） 或雖然采用熱陰極但使用較小電流時。原因：不可能加熱到很高的溫度，不足以產(chǎn)生較強的熱發(fā)射來提供弧柱導(dǎo)電所需要的電子流，則在靠近陰極的區(qū)域，正電荷過剩而形成較強的正電場，并使陰極與弧柱之間形成一個正電性區(qū) —— 陰極區(qū)。 ２）特點： 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)的電場強度，按照 最小電壓原理， 陰極區(qū)將自動收縮截面，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 ；在 小電流鎢極氬弧焊和熔化極氣保焊 時，這種場致發(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，實際上是熱發(fā)射型和場致發(fā)射型兩種陰極導(dǎo)電形式并存，而且相互補充和自動調(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)電極材料的沸點較高或逸出功較小時，熱發(fā)射型導(dǎo)電的比例較大，陰極壓降較小，反之，則場致發(fā)射型導(dǎo)電的比例較大，陰極壓降也較大。電流較大時，一般熱發(fā)射型導(dǎo)電的比例增大，陰極壓降減小。 （三）陽極區(qū)的導(dǎo)電特性 陽極區(qū)是指靠近陽極的很小一個區(qū)域，在電弧中，它的主要作用是接受弧柱中送來的電子流，同時向弧柱提供所需要的正離子流。 1. 陽極區(qū)的場致電離 １）形成原因： 當(dāng)電弧電流較小時 陽極前面的電子數(shù)必將大于正離子數(shù)，形成負的空間電場，并使陽極與弧柱之間形成一個負電性區(qū) ——陽極區(qū)。只要弧柱的正離子得不到補充，這個負電場就繼續(xù)增大。陽極區(qū)內(nèi)的帶電粒子被這個電場加速，使其在陽極區(qū)內(nèi)與中性粒子碰撞產(chǎn)生場致電離，直到這種電離生成的正離子能滿足弧柱需要時，陽極區(qū)的電場強度才不再繼續(xù)增大。 ２）特點： 電離生成的正離子流向弧柱，產(chǎn)生的電子流向陽極。陽極區(qū)壓降較大。 ３）出現(xiàn)條件： 小電流 ２ . 陽極區(qū)的熱電離 １）形成原因： 當(dāng)電弧電流較大時，陽極的過熱程度加劇，金屬產(chǎn)生蒸發(fā)，陽極區(qū)溫度也大大提高。陽極區(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)生的場致電離，完成陽極區(qū)向弧柱提供正離子流的作用。 ２）特點： 陽極區(qū)的壓降較低。 ３）出現(xiàn)條件： 大電流鎢極氬弧焊時 （五） 陰極斑點、陽極斑點 1．陰極斑點 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。 2）形成條件： 電弧通過該點消耗的能量最低；該點具備發(fā)射電子的條件。 3）特點： 電流密度很高（ 105～ 107A/cm2）；有所謂的“粘著性”：斑點不能沿陰極表面連續(xù)移動，而是跳動；具有自動尋找氧化物的能力。 4）出現(xiàn)條件： 高熔點材料作陰極且電流很小時；所有的低熔點材料作陰極。 2. 陽極斑點 1） 定義： 在陽極上電流集中，電流密度很高，發(fā)出爍亮光輝的點。 2）形成條件： 電弧通過該點消耗的能量最低；該點有金屬蒸發(fā)。 3）特點： 電流密度很高（ 102～ 103A/cm2）；有所謂的“粘著性”：斑點不能沿陽極表面連續(xù)移動，而是跳動；具有自動尋找純金屬的能力。 4）出現(xiàn)條件： 低熔點材料作陽極 。 五 最小電壓原理 1 內(nèi)容： 當(dāng)電流和電弧周圍條件 (如氣體介質(zhì)種類、溫度、壓力等 )一定時，穩(wěn)定燃燒的電弧將自動選擇一個確定的導(dǎo)電截面，使電弧的能量消耗最小。 當(dāng)電弧長度也為定值時，電場強度的大小即代表了電弧產(chǎn)熱量的大小，因此，能量消耗最小時的電場強度最低，即在固定弧長上的電壓降最小。 2 原因： 能量最低 。電流和電弧周圍條件一定時，如果電弧截面面積大于或小于其自動確定的截面，都會引起電場強度 E增大，使消耗的能量增多，違反最小電壓原理。因為電弧截面增大時，電弧與周圍介質(zhì)的接觸面增大，電弧向周圍介質(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，只能是電弧電場強度 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，電弧將自動確定 — 個截面，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： 電源負載變化時，穩(wěn)定的輸出電流與輸出電壓之間的關(guān)系。 4）電源動特性： 電源負載變化
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