*意义：稳弧剂的作用
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（2）电离的种类： 热电离（弧柱）
碰撞电离（主要途径）
场致电离（两极）
光电离：仅对K、Na、Ca、Al的金属蒸汽
基本规律： 温度 压力 电离电压
电离度
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带电粒子数
电弧稳定性
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2、阴极电子发射
电离和阴极电子发射是电弧产生和维持 不可缺少的必要条件
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一、焊接电弧物理基础
（一）电弧及其电场强度分布
电弧定义：电弧是 一种特殊的气体放 电现象，它是带电 粒子通过两电极之 间气体空间的一种 导电过程。
实现了将电能转化 为机械能、热能和 光能。
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气体是良好的绝缘体 带电粒子密度<10-8/m3
使气体导电的条件：电场；带电粒子
阴极斑点力大于阳极斑点力 原因：正离子的质量远大于电子的质量
阴极斑点电流密度大，蒸汽反作 用力也大
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斑点力阻碍熔滴 过渡
利用阳极斑点压 力小的特点，直 流焊接时，采用 直流反接，利于 熔滴过渡，减小 飞溅
逸出功的大小受电极材料及表面状态的影响。 金属表面存在氧化物时逸出功会减小
表1-3与表1-1比较
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*（2）阴极斑点 定义：阴极表面经常可以看到发出闪烁
的区域，这个区域称为 电子发射最集中的区域 电流最集中流过的区域 热阴极：斑点固定 W C 冷阴极：斑点不规则移动 Cu Fe Al
离成电子和正离子的过程 实质：中性气体粒子吸收足够的外部能量，使分子或原
子中的电子脱离原子核束缚而成为自由电子和正离子的 过程。 气体的电离电压的大小反映了带电粒子产生的难易程度。 （表1-1） – 电离电压低----带电粒子容易产生，有利于电弧导电 – 电离电压高----带电粒子难以产生
电弧导电困难
阴极清理作用（阴极破碎） 在铝合金焊接中作用最为明显
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（3）电子发射的类型
– 热发射 – 场致发射 – 光发射 – 粒子碰撞发射
实际焊接过程中常常是几种发射形式共 存
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（三）带电粒子的消失
动态平衡：电弧稳定燃烧时，带电粒子 的产生与消失处于动态平衡
阴极发射出的电子，在电场的加速下碰撞电弧空间 的中性粒子使之电离，从而是阴极电子发射充当了 维持电弧导电的——原电子之源。
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（1）电子发射与逸出功 定义：
– 电子发射：阴极中的自由电子受到一定的外加能 量作用，从阴极表面逸出的过程
– 逸出功：一个电子从金属表面逸出所需的最低外 加能量。单位电子伏或者逸出电压
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激励
定义：当中性气体粒子受外加能量作用而不足以使其 电离时，但可能使其内部的电子从原来的能级跃迁到 较高的能级，这种现象称为~。
激励可导致->电弧辐射光
重要结论：
当电弧空间存在电离电压（或激励电压）不同的 多种气体的时候，在外加能量的作用下，电离电压 （或激励电压）低的气体粒子先被电离（或激励）， 若这种气体的足以维持电弧的稳定燃烧，则整个电弧 燃烧所需要的能量主要取决于这个较低的电压。因而 电弧所要求的外加能量就比较低。
非自持放电
自持放电Βιβλιοθήκη 电流最大、 电压最低、 温度最高、 发光最强
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（二）电弧中带电粒子产生来源：
– 1 中性气体粒子的电离 – 2 金属电极发射电子 – 3 带电粒子复合 – 4 负离子形成
基本物理过程
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1、气体的电离
（1）气体的电离与激励 定义：在外加能量作用下，使中性的气体分子或原子分
电流越大，中心线上的 动应力幅值越大，分布 区域越小。
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钨极氩弧焊的钨极锥角 较小，电流较大，或者 熔化极电弧焊采用喷射 过渡工艺时，这种电弧 的动压力较为显著。
结果：指状熔深。
增加电弧挺度，促进过 渡，增大熔深，搅拌
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（3）斑点力：电极上形成斑点时，由 于斑点受到带电粒子的撞击，或金属蒸 汽的反作用而对斑点产生的压力，称为 ~，或斑点压力。
结果：
碗状熔深焊缝形状。
束缚弧柱直径
电磁搅拌（细化晶粒，排出气 体及熔渣）
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（2）等离子流力：高 温气流的高速运动，持 续的冲向焊件，对熔池 形成附加压力。也称为 电磁动压力。
电弧中等离子气流具有 很高的速度和加速度， 可达数百米/秒。
电弧中心线上等离子流 力最大。
池的搅拌、焊缝成形及金属的飞溅等
*电弧力主要包括：电磁收缩力、等离子流力、斑点 力等
（1）电磁收缩力
电磁力：电流流经距离不远
力大
的两根平行导线时，电流
同向相吸，异向相斥。他
的大小与流过的电流大小
成正比，与两根导线之间
的距离成反比。
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力小
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电磁静压力：电弧轴向推力 在电弧横截面上分布不均匀， 弧柱轴线处最大，向外逐渐 减小，在焊件上表现为对熔 池形成的压力
主要形式： 1 扩散 2 复合
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3 负离子形成
大多数粒子亲和能比较小，不易形成负离子
F、Cl、O2、OH、NO等离子亲和能比较大， 易于形成负离子。
放热过程，在高温下不易稳定存在
影响：
– 电子数量减少，导电困难，电弧稳定性降低
– 负离子运动速度慢，不能很好的导电
– 易于正离子复合
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三、焊接电弧的工艺特性
焊接电弧与热能及机械能有关的工艺特 性，主要包括电弧的热能特性、电弧的 力学特性和电弧的稳定性等。
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（一）电弧的热能特性 电弧的温度分布
熔点限制 导热条件
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（二）电弧的力学特性
1、电弧力及其作用 电弧力影响着熔深及熔滴的过渡，而且影响到熔
焊接方法与设备
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第一章 电弧焊基础知识
电弧焊重要性
– 高效
本章基本内容
– 第一节 焊接电弧 – *第二节 焊丝熔化与熔滴过渡 – *第三节 母材熔化及焊缝成型
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第一节 焊接电弧
一、焊接电弧物理基础 二、焊接电弧导电特性 *三、焊接电弧工艺特性