Chapter1 第一章.ppt

1、第一章焊接电弧及其电气特性第一节焊接电弧的物理特性和点火，研究意义：弧焊电源是电弧能量的提供者，其电气特性影响电弧燃烧的稳定性，直接影响焊接质量。焊接电弧：电极和工件之间的气体中发生持续、强的自保留放电现象。特性：电压低、电流大、温度高、发光强。焊接电弧的物理特性：气体参与导电(气体放电、气体电弧放电、电弧放电)，非导体放电：气体电导率所需的带电粒子不能通过导电过程本身生成，需要产生带电粒子(加热、应用特定能量的光子等)的其他措施。自保留放电：如果在电流大于一定值时开始放电，则气体传导过程本身可能会产生维持导电性所需的带电粒子。电弧是产生低电压、高电流、高温、眩光的自持气体放电现象，在宇宙(真

2、空)中弧焊可以吗？两种基本物理现象，气体电离阴极的电子发射，气体原子的激发，电离和电子发射，1气体原子的激发，气体原子在能量电子从低能级转移到高能级的过程中，原子在“激发”状态下的电子从原子核的结合中完全脱离自由电子的过程被称为“电离”(2)热电分离：高温下动能高的气体原子(或分子)徐璐碰撞产生的电离。(3)光电离：气体原子(或分子)通过吸收光射线的光子能量而产生的电离。一般气体和元素的离子化能EL(eV)，高气体离子化能：弧不稳定气体离子化能低：弧稳定气氛的平均离子化能取决于电离能低的因素，因此k，Na，Ca，3。电子发射，阴极表面的分子或原子接收外部能量，释放自由电子的现象称为电子发射，电

3、子发射所需的能量可能是逃逸操作Wy。(1)热释放固体或液体物质表面受热时，一些电子具有比逸出操作更大的动能，并滑向表面以外的空间。(2)光电子发射固体或液体物质表面受到光射线能量释放自由电子的现象。(3)重粒子冲击发射能量大的重粒子撞击阴极，导致电子逸出。(4)自发射固体或液体物质表面有强电场，阴极发射更多的电子，也称为场强发射。共同材料的逸出作业，复合电极材料的逸出作业，1 .焊接电弧是气体放电的一种形式。2.能量源：焊接电源提供空载和焊接电压、电流，形成和维持电弧所需的电场，产生大量光和热，带电粒子的运动，包括热移动和电场方向运动的动能。3.作用结果：引起电极表面的电子发射，导致气体原子的

4、发生，电偏离，从而维持电弧的气体放电。4.复合工艺：正离子和电子合成中性原子，圆盘和分子吸附电子，形成负离子的过程同时存在。摘要：2焊接电弧的点火，(a)接触电弧接触点较小，电流密度、热、熔化、汽化、热发射和热电发生，产生热时强场发射，带电粒子加速、碰撞、冲击电离，进一步由于光电和热电分离，电弧稳定，应用：SMAW SAW MIG/MAG/CO2，(2)通过非接触式电弧启动高压制动间隙点火。电弧起动器有两种类型：高频和高压弧起动和高压脉冲弧引线。前者在工频电源的半波时间内振动很短，频率为150-250kHz，电压最高为2000-3000V，后者每半波产生3000-5000V的高压脉冲。优点：不

5、污染工件，不破坏电极的形状，应用领域： TIG和等离子弧焊PAW，三个领域：阳极古濑车站阴极古濑车站弧柱区，阴极区：长很短的10-510-6厘米，电压大的e场强很高的阳极区：长也很短的10-310-10 段：随着电流的增加，弧电压下降的下降特性段；段：等压特性，即弧电压不随电流的变化而变化的平面特性段；段：随着电流的增加，弧电压上升的上升特性段；第二个焊接弧的电气特性(a)；焊接弧的静态特性；电极材料、气体介质和弧长中特定情况下的弧，下降部分：负电阻特性区域，电流增加，电弧柱截面面积增加较快，电流密度jZ减少；电弧温度增加时，电离度增加，z增加时，电弧电压降低，显示减小特性。直线段：平整特性区

6、域、电流增加、If和Sf比例增加、电流密度Jz、电导率z保持不变，弧电压保持不变，显示平整特性。上升部：电流增加，弧面积不再增加，电流密度增加，而电离度已经饱和，电导率基本不变，因此增加了电流，弧电压增加，显示上升特性。电弧长度、周围气体类型、焊接电弧静态特性的应用取决于焊接方法，电弧静态特性曲线不同。静态特性减少区电弧燃烧不稳定，很少使用。电极弧焊，埋弧焊大部分工作在静态特性的水平部分。低成本气体保护焊、微束等离子弧焊、等离子弧焊也大部分在水平段工作，只有在焊接电流大的情况下，才能在上升段工作。熔化极气体保护焊和水下焊接基本上在上升段工作。CO2气体保护焊、氩弧焊、手动焊、埋弧焊、(b)、焊

7、接电弧的动态特性、焊接电弧的动态特性表示在特定弧长下弧电流快速变化时，弧电压与电流的关系。Uf=f(if)，由于热惯性对电离程度的影响，焊接电弧的动态特性曲线与静态特性曲线特性不同，由于电流快速增加，电弧离子化程度低，弧电压高于静态值，V-A特性曲线高于静态特性曲线。电流快速减少时高弧电离，弧电压低于静态值，V-A特性曲线低于静态特性曲线。在电流增加的情况下，动态特性曲线的弧电压高于静态特性曲线的弧电压值；电流下降时，每瞬间弧电压低于静态特性曲线。电流变化速度越小，静态和动态特性曲线越近。3节交流弧，1，交流弧的特性，1，电弧定期点火，关闭，2，电弧电压和电流扭曲，3，热惯性的作用更明显(热的

8、变化滞后于电的变化)，1，纯电阻电路，平衡方程，2，2，电感电路，分析：要使交流电弧稳定燃烧，焊接电路必须有足够的电感，从而使电流落后于电压的一个相角，电流改变极性时，另一个半波的电压大于电弧再燃电压，电弧立即反向恢复燃烧。电弧灭弧电流=0，上述原理图的电压平衡方程，交流电源电路图，(1)，解决方案，(1)，初始条件：t=0，if=0，电弧稳定燃烧条件：电弧稳定燃烧条件2 :Uyh/Uf、Uo/Uf、非连续燃烧、连续燃烧、(2)和(3)连接：1空载电压越高，弧越稳定。第三，影响交流电弧稳定燃烧的因素和提高电弧稳定性的措施，(a)影响交流电弧稳定燃烧的因素，2电弧电压越高，电弧越不稳定，点火难度

9、越大。如果将三回路参数增加l或减少r，则圆弧倾向于稳定连续燃烧。6电极的热物理特性和大小，4弧电流弧电流越大，电弧稳定性越高。5电源频率f有助于提高电弧的稳定性。1弧焊电源频率增加2电源的空载电压3弧电流的波形改善4叠加高压电5。在电路中绞合电感，(b)提高AC弧稳定性的措施，(4)AC弧的功率因数和功率因数，(a)AC弧的功率Pf，结论：为了保持弧的稳定燃烧和弧功率的稳定性，k值最好在0.40.637之间。也就是说，要求2.5(Uo/Uf)1.57，AC弧的功率因数f是AC弧的有效功率Pf与弧电压和弧电流的乘积，即f Pf/(Uf .If)焊接中，f 0.890.90始终小于1。(b) AC

10、弧的功率因数，四节焊接弧的分类和特性，1，自由弧自由弧可分为郑智薰熔化弧和熔化弧。(a)不熔化的极焊接弧电极本身在焊接过程中不会熔化，没有金属液滴过渡，通常使用惰性气体保护。(b)熔化极焊接弧在焊接弧燃烧时，电极继续熔化，转换为焊接工件。根据弧是否可见，分为弧和潜弧两类。第二，压缩弧强制压缩自由弧的弧柱。也就是说，得到比普通电弧温度高、能量更集中的热源，即压缩电弧。等离子弧是典型的压缩弧。等离子弧分为三种形式。1、过渡等离子弧电极产生阴极，工件产生阳极，等离子弧产生于电极和工件之间。2、郑智薰转移等离子弧电极连接到阴极，喷嘴连接到阳极，等离子弧在电极和喷嘴之间生成。3、混合等离子弧，1，过渡等离子弧(b)电极产生阴极，工件产生阳极，等离子弧在电极和工件之间产生。2、郑智薰过渡等离子弧(a)电极连接阴极，喷嘴连接阳极，等离子弧在电极和喷嘴之间创建。3，混合等离子弧(c)，3，脉冲电弧电流为脉冲波形的弧称为脉冲弧。可以分为直流电和交流电。这不同于普通电弧，因为基本维弧电流振幅周期中脉冲电流振幅增加了弧电流。可以由裴珉姬弧和脉冲弧两种弧组成。电弧裴珉姬，保持电弧的连续燃烧；脉冲电弧用于加热工件和电线，将水滴从钢丝上脱落，转换成