《熔焊方法及设备(第版)》习题参考答案

《熔焊方法及设备〔第2版》复习思考题答案1章焊接电弧解释以下名词：焊接电弧、热电离、场致电离、光电离、热放射极。之间或电极与母材之间的气体介质中产生的猛烈而长期的自持放电现象。是气体粒子由于受热而产生高速运动和相互之间猛烈碰撞而产生的一种电离。场致电离：当气体中有电场作用时，气体中的带电粒子被加速，性粒子产生非弹性碰撞，使之电离，这种电离称为场致电离。中性粒子承受光辐射的作用而产生的电离现象称为光电离。金属外表承受热作用而产生电子放射的现象称为热发射。在电场静电库仑力的作用下，从电极外表飞出的现象称为场致放射。光放射：当金属电极外表承受光辐射时，电极外表的自由电子能为光放射。粒子碰撞放射：高速运动的粒子〔电子或正离子〕碰撞金属电极，这种现象称为粒子碰撞放射。热阴极型电极：当使用钨〔沸点为5950、碳〔沸点为4200〕〔可达3500K以上冷阴极型电极：当使用钢〔沸点为3008、铜〔沸点为2868铝〔2770K〕等材料作阴极时，其熔点和沸点较低，阴极温度试述电弧中带电粒子的产生方式。答：电弧中的带电粒子指的是电子、正离子和负离子。赖以引燃要是依靠电弧中气体介质的电离和电极的电子放射两个物理过程产电弧中的电离方式有：①热电离；②场致电离；③光电离。电弧中的放射方式有：①热放射；②场致放射；③光放射；④粒子碰撞放射。负离子的产生过程是，在电子分布密度差的推动下，电子从电弧中心部位集中到电弧周边区域，并屡次与温度较低的中性粒子碰撞，中性粒子形成了负离子。焊接电弧由哪几局部组成？试述各区域的导电机构。答：焊接电弧是由弧柱区、阴极区和阳极区三局部构成的。弧柱区的导电机构由于负离子的数量比较少,弧柱区的带电粒子主要是电子和正离子。在每个瞬间，每个单位体积内的正、负带电粒子数量是相等的，因此从整体上看，弧柱是呈电中性的,这也使得电子流和正离子流通过弧柱区时，不受空间电荷电场的排斥作用，阻力小,因而使弧柱区电弧放电具有小电压降、大电流的特点〔电压降仅为几伏，电流可达上千安。但是由于正离子的质量远远大于电子的质量，在一样电场的作用下正离子的运动速度要比电子慢得多,这就导致弧柱区中的电子流远远大于正离子流。争论说明,在各种状况下弧柱区中的电子流均约99.90.1%。极区，在外加电场的作用下,分别沿着相反的方向运动。但从微观上来看,弧柱中的带电粒子受电场的作用不断地被加速,并产生猛烈的的驱动,不断向弧柱周边集中。这些都使弧柱中的粒子处于一种紊乱状态,平均动能大大提高，因此弧柱的温度很高,可以到达这两个过程处于一种动态平衡状态。此外,弧柱区的能量也在猛烈地转换，由电源供给的电能不断地转化成热能、辐射能、机械能等，当电弧稳定燃烧时,能量转换也处于一种动态平衡状态。阴极区的导电机构阴极区的任务是向弧柱区供给所需要的电子流，同时承受来自弧柱区方向的正离子流。阴极区供给的电子流所占的比率与电极材料的种类、电流大小、气体介质等因素有关，当这些因素不同时，能产生不同的导电机构。主要有以下三种类型:1〕W,C电流密度也与弧柱区相近(约为103A/cm2),此导电机构在阴极外表不形成阴极斑点，阴极区的电压降很小，甚至为零。Cu、Fe、Al时,受材料沸点的限制，电流不能太大，阴极外表的温度不能升得很供给缺乏,使得靠近阴极的区域正负电荷处于非平衡状态，来自弧柱Wi〔接近弧柱区的部位〕与中放射的电子一起向弧柱区方向运动,使电子流的比率最终到达弧柱区电子流的比率,电离出来的正离子与从弧柱区来的正离子一起向阴极运动,使正离子流占阴极区总电流的比率大大增加。等离子型这是使用冷阴极材料小电流熔化焊时有可能产生的10000K，因此此处能产生猛烈的热电离，生成大量的电子和正离子。其中，电子向弧柱运动，供给弧柱所需要的电子，甚至不放射电子，依靠正离子也能形成阴极区电流。(2)阳极区的导电机构电弧燃烧时,阳极区的任务是承受来自弧柱区的占总电流99.9%的电子流，同时，还要向弧柱区发送约占总电流0.1%的正离子流。由于阳极不能放射正离子,正离子只能由阳极区供给。依据电弧电流密度的大小，阳极区可以通过以下两种不同的方式供给正离子：热电离当电弧电流密度较大时,阳极外表及其前面的区域温度都很高,阳极的温度可以到达阳极材料的沸点,因此能发生蒸发,使阳极区布满大量的蒸汽。金属蒸气中原子的电离能一般都比较低,因子一起奔向阳极,而生成的正离子即可不断地向弧柱区输送。假设焊接电流足够大,阳极区的温度将很高,阳极区能通过热电离完全满足弧柱区对正离子流的需要。此时,阳极区的电压降U可以降到很低,A甚至接近于零。极飞来，并进入阳极，但是由于阳极不放射正离子，加之阳极前方难数的差值就连续增大，阳极电压降连续增大。与此同时，阳极区内的0.1%正离子组成。何谓最小电压原理？答：最小电压原理的含义是:在电流和四周条件确定的状况下,稳定燃烧的电弧将自动选择一适当的断面,以保证电弧的电场强度具有最小的数值,即在固定弧长上的电压最小。这意味着电弧总是保持最小的能量消耗。特点？答：焊接电弧的静特性是指在电极材料、气体介质和弧长确定的-安特性。焊接电弧的静特性曲线受气体介质的成分和压力、电极材料、电以上区域都呈现上升特性；埋弧焊电弧静特性曲线则呈下降趋势。什么是焊接电弧动特性？它反映了焊接电弧的何种特性？连续快速变化时，电弧电压与电流瞬时值之间的关系。它反映了焊接电弧的导电性对电流变化的响应力气。试述焊接电弧的产热机构以及焊接电弧的温度分布。产热机构：焊接电弧的热能来自于焊接电源。单位时间焊接电源向焊接电弧PIUK

IUC和阳极区得到的电能IUA阴极区的产热

之和,其中绝大局部转变为热能。UK

加速,在单位时间里获得的能量fIU；KUK

的作用下，正离子流穿过阴极时被加速，在单位时间里获得的能量(1-f)IU；K正离子在阴极外表与电子复合释放出原来电离时所吸取的能阴极区在单位时间失去的能量有：1〕阴极外表放射电子流在单位时间消耗的逸出功fIUw〔Uw为逸出电压；正离子在阴极外表拉出电子与之复合，单位时间消耗的逸出功〔1-f〕IUw；在阴极区的终端(邻近弧柱区)，中性粒子电离成电子和正离子时单位时间消耗的电离能〔1-f〕IUi；从阴极区的终端进入了弧柱区的电子流应具有与弧柱区温度IU〔注：U为T T弧柱区温度的等效电压。由以上分析即可得到阴极区单位时间得到的能量P为:KP = I (U-U-U)K K W T(1-11)弧柱区的传导热、辐射热等。在焊接过程中,阴极区所得到的热能主要用于加热、熔化用作阴极的母材或焊丝,并有一局部通过对