焊工综合手册.doc

焊 接 工 艺 学
第一章 焊 接 电 弧
§1焊接电弧引燃过程
焊接电弧及其形成基础知识
焊接电弧概念
在两个电极之间气体介质中产生长时间、 且有力放电现象。
中性气体分子或原子释放电子形成粒子过程称为“气体电离”。
要使电子从原子中释放出来, 就需要克服原子查对它引力, 所以需要供给一定能量。共给气体电离能量有:
电离电位—消耗于使电子与原子核分离能, 称为”电离功”; 以“伏特”为单位来表示电离功叫做“电离电位”或电离势。
激励电位—是平衡电子加速离开平衡位置, 与原子核分离能量称为“激励电位”以“伏特”为单位。
焊接时, 能引发气体电离关键方法有:
（1）碰撞电离 碰撞电离实质上就是带电质点与中性原子相互碰撞而发生电离过程。
因为电子质量较小, 所以在电场作用下, 运动速度比离子大多, 当这些电子和中性粒子碰撞时, 将产生碰撞电离。
通常有阴极发出电子为一次自由电子, 一次自由电子在电场力作用下, 快速向阳极运动, 当和中性粒子碰撞时, 将能量传输给中性粒子, 将其中电子激发出来, 使其成为正离子, 而由中性粒子中发射出来电子称为“二次自由电子”。这些二次电子仍在电场作用下继续向阳极运动, 继续和其她中性粒子发生碰撞, 继续电离。形成“雪崩效应”。则使电弧稳定燃烧。
当电弧长度不变时, 两极间电压越高, 则因为电场引力吸引, 带电子粒子运动速度就越大, 则产生碰撞电离作用就越强烈, 电弧越以引燃, 燃烧越稳定。
（2）热电离 对物体加热相当于给物体增加内能, 因为内能提升, 原子中电子加速运动, 当电子内能达成一定程度时, 离心力大于原子核引力, 脱离原子束缚, 变为自由电子, 而中心粒子变为离子。这个过程称为“热电离”。
因为温度越高, 则原子取得内能越大, , 带电粒子运动速率越大, 越易产生热电离, 所以, 电弧越易产生, 且越稳定。故温度越高, 热电离越强烈。

阴极金属表面连续地向外发射电子现象, 称为“阴极电子发射”。阴极电子发射和气体电离一样, 都是电弧引出和稳定燃烧关键条件。缺一不可。
要使电子产生发射必需使电子逸出金属表面, 然而, 通常电子是不会自由逸出。要使电子逸出金属表面产生发射, 必需给电子增加能量, 使它克服电极金属内部正电荷对它静电引力, 电子从阴极金属表面逸出所需要能量, 称为“逸出功”。施加能量越大, 则促进阴极产生阴极发射作用越强烈。
电子逸出功大小与阴极成份相关。若施加能量相同, 则逸出功越小金属其阴极电子发射程度越大, 如电极中或电极表面含有稀土金属、 碱金属或碱土金属元素物质时, 都能阴极电子发射作用。一些元素电子逸出功以下表:
多个常见元素电子逸出功
元素名称
电子逸出功（电子伏特）
元素名称
电子逸出功（电子伏特）
钾
钠
钙
钛
铝





锰
铁
碳
镁
钨





产生电子发射方法有以下多个:
（1）热点子发射 热电子发射就是电极（阴极）因为高温作用而使电子逸出电极表面一个过程。
电极加热温度越高, 则从其表面逸出电子数目也就越多, 从而促进碰撞电离也越猛烈, 所以也越有利于电弧稳定燃烧。
（2）场致电子发射 场致电子发射就是因为电场强度增大而产生电子发射。
场致电子发射既决定于电极材料, 还决定于电场强度。也就是说, 材料电子逸出功越低、 电场强度越高, 则场致电子发射越轻易。发射也越强烈。
（3） 撞击电子发射 撞击电子发射就是, 当运动速度较高, 且能量较大阳离子撞击阴极表面时, 将能量传输给阴极而产生电子发射现象。
实际上, 在焊接时多个发射可能同时起作用, 也可能两种以上发射起作用。
如: 引弧时, 热电子发射和场致电子发射起关键作用。电弧稳定燃烧时, 若用高熔点电极材料做电极, 则热电子发射作用显著, 而用低熔点材料做电极时, 则撞击电子发射和场致电子发射产生关键影响, 用钢做电极时, 则和三种发射都相关系。
焊接电弧引燃过程
电弧引燃: 将造成两电极之间气体介质, 发生电离及产生阴极电子发射, 而引发电弧燃烧过程称为“电弧引燃”。
电弧引燃方法大致分为两大类:
脉冲高压引弧:
将两电极相互靠近至1~2mm间隙, 然后施以脉冲高压（大于1000v）,在强电场作用下引发场致电子发射, 造成空气中气体放电而形成电弧。
因为脉冲电压很高, 较危险故常在自动焊中引用, 而手弧焊应用较少。（如: 氩等离子弧自动切割、 TIG焊等。）
接触引弧:
将两电极先接触, 然后快速提