弧焊电源绪论.pptx
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1、第一章第一章 焊接电弧及其电特性焊接电弧及其电特性第一节第一节 焊接电弧的物理本质及其引燃焊接电弧的物理本质及其引燃研究意义研究意义:弧焊电源是电弧能量的供应者,其电特性影响:弧焊电源是电弧能量的供应者,其电特性影响到电弧燃烧的稳定性,从而直接影响到焊缝的质量。到电弧燃烧的稳定性,从而直接影响到焊缝的质量。焊接电弧:在电极与工件之间的气体中,产生持久、强烈的自焊接电弧:在电极与工件之间的气体中,产生持久、强烈的自 持放电现象。持放电现象。特性:特性:电压低、电流大、温度高、发光强。电压低、电流大、温度高、发光强。要使两电极之间的气体导电必须要使两电极之间的气体导电必须具备两个条件具备两个条件:
2、(1)(1)两电极之间有带电粒子两电极之间有带电粒子 (2)(2)两电极之间有电场两电极之间有电场 非自持放电: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,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等等)。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等等)。自持放电: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。可以产生维持导电所需要的带电粒子。a)a)气体放电气体放电b)b)金属导电金属导电电弧是低压、
3、大电流、产生高温、强光的一种自持气电弧是低压、大电流、产生高温、强光的一种自持气体放电现象体放电现象一气体原子的激发、电离和电子发射一气体原子的激发、电离和电子发射1 1气体原子的激发气体原子的激发+-气体原子得到外气体原子得到外加能量电子从低加能量电子从低能级跃迁到高能能级跃迁到高能级,这时原子处级,这时原子处于于“激发激发”状态状态电子完全脱离原电子完全脱离原子核的束缚形成子核的束缚形成自由电子的过程自由电子的过程程称为程称为“电离电离”激发激发电离电离由原子形成正离子所需要的能量称为由原子形成正离子所需要的能量称为电离能电离能2 2气体原子的电离气体原子的电离 (1 1)撞击电离撞击电离
4、:在:在电场电场中,被加速的带电质点(电子、离子)中,被加速的带电质点(电子、离子)和中性质点(原子)碰撞后发生的电离。和中性质点(原子)碰撞后发生的电离。(2 2)热电离热电离:在:在高温高温下,具有高动能的气体原子(或分子)互下,具有高动能的气体原子(或分子)互相碰撞而引起的电离。相碰撞而引起的电离。(3 3)光电离光电离:气体原子(或分子)吸收了光射线的:气体原子(或分子)吸收了光射线的光子能光子能而产而产生的电离。生的电离。常见气体及元素的电离能常见气体及元素的电离能E EL L(e eV)V)3.3.电子发射电子发射 阴极表面的分子或原子接受外界的能量而释放出自由电阴极表面的分子或原
5、子接受外界的能量而释放出自由电子的现象称为电子发射子的现象称为电子发射,电子发射所需要的能量成为逸出功电子发射所需要的能量成为逸出功 W Wy y。(1 1)热发射热发射 固态或者液态物质表面固态或者液态物质表面受热受热后其中的某些电后其中的某些电子具有大于逸出功的动能而逸出到表面以外的空间中去。子具有大于逸出功的动能而逸出到表面以外的空间中去。(2 2)光电发射光电发射 固态或者液态物质表面接受固态或者液态物质表面接受光射线的能量光射线的能量而释放出自由电子的现象。而释放出自由电子的现象。(3 3)重粒子撞击发射重粒子撞击发射 能量大的重粒子能量大的重粒子撞击撞击到阴极上,到阴极上,引起电子
6、的逸出。引起电子的逸出。(4 4)自发射自发射 固态或者液态物质表面存在固态或者液态物质表面存在强电场强电场,使阴,使阴极有较多的电子发射出来,又称为场强发射。极有较多的电子发射出来,又称为场强发射。常见材料的逸出功常见材料的逸出功复合电极材料的逸出功复合电极材料的逸出功1.焊接电弧是气体放电的一种形式焊接电弧是气体放电的一种形式2.能量来源:焊接电源提供了空载以及焊接电压、电流,形成和能量来源:焊接电源提供了空载以及焊接电压、电流,形成和 维持了电弧所需要的电场、产生了大量的光和热,维持了电弧所需要的电场、产生了大量的光和热,以及带电粒子的运动,包括热运动和电场定向运动以及带电粒子的运动,包
7、括热运动和电场定向运动 的动能。的动能。3.作用结果:引起电极表面电子发射,导致气体原子的激发、电作用结果:引起电极表面电子发射,导致气体原子的激发、电 离,从而维持了电弧的气体放电。离,从而维持了电弧的气体放电。4.复合过程:同时存在正离子和电子复合成中性原子,以及原复合过程:同时存在正离子和电子复合成中性原子,以及原 子、分子吸附电子复合成负离子的过程。子、分子吸附电子复合成负离子的过程。总结总结:二二焊接电弧的引燃焊接电弧的引燃(一)一)接触引弧接触引弧 接触点面积小,电流密度大,发热,熔化,汽化,引起热接触点面积小,电流密度大,发热,熔化,汽化,引起热发射以及热电离,拉开时发生强场发射
8、,带电质点被加速,碰发射以及热电离,拉开时发生强场发射,带电质点被加速,碰撞,引起撞击电离,并进一步引起光电离和热电离从而维持电撞,引起撞击电离,并进一步引起光电离和热电离从而维持电弧的稳定燃烧。弧的稳定燃烧。应用场合:应用场合:焊条电弧焊焊条电弧焊熔化极气体保护焊熔化极气体保护焊(二)(二)非接触引弧非接触引弧 用高电压击穿间隙使电弧引燃。引弧器有两种,高频高用高电压击穿间隙使电弧引燃。引弧器有两种,高频高压引弧和高压脉冲引弧。前者是在工频电源的半波时间内振压引弧和高压脉冲引弧。前者是在工频电源的半波时间内振荡一小段时间,频率为荡一小段时间,频率为150-250150-250kHz,kHz,
9、电压峰值电压峰值2000-30002000-3000V,V,后后者每半波产生一个者每半波产生一个3000-50003000-5000V V的高压脉冲。的高压脉冲。应用场合应用场合:钨极氩弧焊和等离子弧焊。钨极氩弧焊和等离子弧焊。三个区域:阳极区三个区域:阳极区 阴极区阴极区 弧柱区弧柱区阴极区:长度极短阴极区:长度极短1010-5-5 1010-6-6cmcm 、电压较大、电压较大、E E电场强度极高电场强度极高阳极区:长度也极短阳极区:长度也极短1010-2-2 1010-4-4cmcm、电压较大、电压较大、E E极高极高弧柱区:长度基本上等于电弧长度,弧柱区:长度基本上等于电弧长度,E E
10、较小较小一、焊接电弧的结构以及压降分布一、焊接电弧的结构以及压降分布第二节第二节 焊接电弧的结构以及伏安特性焊接电弧的结构以及伏安特性段:电弧电压随电流的增加而下降,是下降特性段段:电弧电压随电流的增加而下降,是下降特性段段:呈等压特性,即段:呈等压特性,即电弧电压不随电流的变电弧电压不随电流的变化而变化,是平特性段化而变化,是平特性段段:电弧电压随电流的段:电弧电压随电流的增加而上升,是上升特性增加而上升,是上升特性段段二焊接电弧的电特性二焊接电弧的电特性 (一一)、焊接电弧的静特性焊接电弧的静特性在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下,电弧稳定燃烧时,在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下
11、,电弧稳定燃烧时,焊接电流和电弧电压变化的关系,又称伏安特性。焊接电流和电弧电压变化的关系,又称伏安特性。下降段下降段:负阻特性区负阻特性区,电流增加,弧柱截面积更快增加,电流密度电流增加,弧柱截面积更快增加,电流密度j jZ Z下降;电弧温度增加,电离度增加,下降;电弧温度增加,电离度增加,Z增加,电弧电压下降,呈现增加,电弧电压下降,呈现下降特性。下降特性。平直段平直段:平特性区平特性区,电流增加,电流增加,IfIf和和SfSf成比例增加,电流密度成比例增加,电流密度Jz Jz,电导率电导率Z不变,电弧电压不变,呈现平特性。不变,电弧电压不变,呈现平特性。上升段上升段:电流增加,电弧面积不
12、电流增加,电弧面积不再增加,从而电流密度增加,而再增加,从而电流密度增加,而电离度已达饱和,电导率基本不电离度已达饱和,电导率基本不变,从而岁电流增加,电弧电压变,从而岁电流增加,电弧电压增加,呈现上升特性。增加,呈现上升特性。U Uf fI If fU Uf f 弧柱区电压弧柱区电压影响电弧静特性的因素:影响电弧静特性的因素:电弧长度电弧长度UaL2L1L2 L1电弧长度对电弧静特性的影响电弧长度对电弧静特性的影响周围气体种类周围气体种类焊接电弧静特性的应用焊接电弧静特性的应用 对于不同的焊接方法,电弧静特性曲线有所不同。静特性下对于不同的焊接方法,电弧静特性曲线有所不同。静特性下降段电弧燃
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