江苏科技大学：船舶工业《焊接方法与设备》课程教学课件（讲稿）第一章 焊接电弧（主讲教师：黎文航）

焊接方法及设备第一章辉接电狐第一章焊接电弧熔焊的能源主要就是焊接电弧（weldingarc）焊接电弧能有效而简便地把电能转换成焊接过程所需的热能和机械能本章将讲述有关焊接电弧的基础理论知识，包括电弧的物理本质、导电机构、电特性、产热机构和产力机构，以及影响焊接电弧稳定性的因素等School of Material Science & Engineering江苏科技大学材料学院

焊接方法及设备 School of Material Science & Engineering 江苏科技大学材料学院 第一章 焊接电弧 熔焊的能源主要就是焊接电弧（welding arc） 焊接电弧能有效而简便地把电能转换成焊接过程 所需的热能和机械能。 本章将讲述有关焊接电弧的基础理论知识，包括 电弧的物理本质、导电机构、电特性、产热机构 和产力机构，以及影响焊接电弧稳定性的因素等。 第一章 焊接电弧

焊接方法及设备第一章辉接电狐1.1焊接电弧的物理基础1.1.1电弧的物理本质焊接电弧是由焊接电源供给能量，在具有一定电压的两电极之间或电极与母材之间的气体介质中产生的强烈而持久的放电现象所谓气体放电，是指当两电极之间存在电位差时，电荷从一极穿过气体介质到达另一极的导电现象（图1-1）。但是并不是所有的气体放电象都是电弧，龟弧是其中的一种形式。电阻电源电流1SchoolofMaterial Science&材料学院阴极阳极

焊接方法及设备 School of Material Science & Engineering 江苏科技大学材料学院 第一章 焊接电弧 1.1焊接电弧的物理基础 焊接电弧是由焊接电源供给能量，在具有一定电压的 两电极乊间或电极不母材乊间的气体介质中产生的强烈而持 久的放电现象。 所谓气体放电，是指当两电极乊间存在电位差时，电荷从一 极穿过气体介质到达另一极的导电现象（图1-1）。但是并 丌是所有的气体放电现象都是电弧，电弧仅是其中的一种形 式。 1.1.1电弧的物理本质

一对电极气体放电的伏安特性曲线，根据气体放电的特性可以将其分为两个区域，即非自持放电区和自持放电区（导电电流大于一定值）。自持放电区内：可以分为暗放电、辉光放电和电弧放电三种形式。非自持自持放电区暗放电和放电区异常过渡i电弧正常辉暗放电过渡区！辉光放电辉光区！放电光放电800暗放电i放电的电流较G小，电压Ub较高，发600V电弧放电的电流最大BD热发光较C电压最低，温度最高弱，D发光最强。400-EF√紫外线照射200HA1020510-1210-1610-510-410-310-210-111010Schoolof Materi1/A

焊接方法及设备 School of Material Science & Engineering 江苏科技大学材料学院 第一章 焊接电弧 一对电极气体放电的伏安特性曲线，根据气体放电的特性， 可以将其分为两个区域，即非自持放电区和自持放电区 （导电电流大于一定值）。 自持放电区内：可以分为暗放电、辉光放电和电弧放电三 种形式。 暗放电和 辉光放电 的电流较 小，电压 较高，发 热发光较 弱， 电弧放电的电流最大， 电压最低，温度最高、 发光最强

焊接方法及设备第一章辉接电狐正是因为电弧具有这样的特点，因此在工业中广泛用来作为热源和光源，在焊接技术中成为一种不可缺少的能源。综上所述，从电弧的物理本质来看，它是一种在具有一定电压的两电极之间的气体介质中所产生的电流最大、电压最低、温度最高、发光最强的自持放电现象。School of Material Science & Engineering江苏科技大学材料学院

焊接方法及设备 School of Material Science & Engineering 江苏科技大学材料学院 第一章 焊接电弧 正是因为电弧具有这样的特点，因此在工业中 广泛用来作为热源和光源，在焊接技术中成为 一种丌可缺少的能源。 综上所述，从电弧的物理本质来看，它是一种 在具有一定电压的两电极乊间的气体介质中所 产生的电流最大、电压最低、温度最高、发光 最强的自持放电现象

焊接方法及设备第一章辉接电孤1.1.2电弧中带电粒子的产生两电极之间要产生气体放电必须具备两个条件一是必须有带电粒子，二是在两极之间必须有一定强度的电场。电弧中的带电粒子指的是电子、正离子和负离子。引燃电弧和维持电弧燃烧的带电粒子是电子和正离子。这两种带电粒子主要是依靠电弧中气体介质的电离和电极的电子发射两个物理过程产生的。在电弧引燃和燃烧的过程中，除了存在电离和发射这两个过程外，还伴随有气体解离、激励生成负离子、复合等过程。School of Material Science&Engineering江苏科技大学材料学院

焊接方法及设备 School of Material Science & Engineering 江苏科技大学材料学院 第一章 焊接电弧 两电极乊间要产生气体放电必须具备两个条 件，一是必须有带电粒子，二是在两极乊间必须 有一定强度的电场。 电弧中的带电粒子指的是电子、正离子和负离 子。引燃电弧和维持电弧燃烧的带电粒子是电子 和正离子。这两种带电粒子主要是依靠电弧中气 体介质的电离和电极的电子发射两个物理过程产 生的。 在电弧引燃和燃烧的过程中，除了存在电离和 发射这两个过程外，还伴随有气体解离、激励、 生成负离子、复合等过程。 1.1.2 电弧中带电粒子的产生

焊接方法及设备第一章辉接电狐1.气体的电离两电极之间的气体受到外加能量（如外加电场光辐射、加热等）作用时，气体分子热运动加剧当能量足够大时，由多原子构成的气体分子就会分解为原子状态，这个过程称为解离School of Material Science & Engineering江苏科技大学材料学院

焊接方法及设备 School of Material Science & Engineering 江苏科技大学材料学院 第一章 焊接电弧 1.气体的电离 两电极乊间的气体受到外加能量（如外加电场、 光辐射、加热等）作用时，气体分子热运动加剧。 当能量足够大时，由多原子构成的气体分子就会分 解为原子状态，这个过程称为解离

焊接方法及设备第一章辉接电狐1）电离与激励在外加能量的作用下，使中性气体分子或原子分离成为正离子和电子的现象称为电离。电离时，中性气体分子或原子吸收了足够的能量使得其中的电子脱离原子核的束缚而成为首由电子，同时使原子成为正离子。使中性气体粒子失去第一个电子所需要的最低外加能量称为第一电离能，生成的正离子称为一价正离子，所发生的电离称为一次电离。School of Material Science & Engineering江苏科技大学材料学院

焊接方法及设备 School of Material Science & Engineering 江苏科技大学材料学院 第一章 焊接电弧 在外加能量的作用下，使中性气体分子或 原子分离成为正离子和电子的现象称为电离。电 离时，中性气体分子或原子吸收了足够的能量， 使得其中的电子脱离原子核的束缚而成为自由电 子，同时使原子成为正离子。 使中性气体粒子失去第一个电子所需要的最低 外加能量称为第一电离能，生成的正离子称为一 价正离子，所发生的电离称为一次电离。 （1）电离不激励

焊接方法及设备第一章辉接电狐电离能通常以电子伏（eV）为单位，1电子伏就是1个电子通过1V电位差的空间所获得的能量，其数值为1.6×10-19J。为了便于计算，常把以电子伏为单位的能量转换为数值上相等的电压来处理，单位为伏（V），此电压称为电离电压电弧气氛中常见气体的电离电压如表1-1所示School of Material Science&Engineering江苏科技大学材料学院

焊接方法及设备 School of Material Science & Engineering 江苏科技大学材料学院 第一章 焊接电弧 电离能通常以电子伏（eV）为单位，1电子 伏就是1个电子通过1V电位差的空间所获得的能 量，其数值为1.6×10-19J。为了便于计算，常把 以电子伏为单位的能量转换为数值上相等的电压 来处理，单位为伏（V），此电压称为电离电压。 电弧气氛中常见气体的电离电压如表1-1所示

焊接方法及设备第一章辉接电狐气体电离电压的大小说明电子脱离原子或分子所需要外加能量的大小，也说明某种气体电离的难易程度。在相同的外加条件下，气体电离电压低说明产生带电粒子比较容易，就此而言，有利于维持电弧稳定燃烧School of Material Science&Engineering江苏科技大学材料学院

焊接方法及设备 School of Material Science & Engineering 江苏科技大学材料学院 第一章 焊接电弧 气体电离电压的大小说明电子脱离原子或 分子所需要外加能量的大小，也说明某种气体 电离的难易程度。在相同的外加条件下，气体 电离电压低说明产生带电粒子比较容易，就此 而言，有利于维持电弧稳定燃烧

焊接方法及设备第一章辉接电狐不仅原子状态的气体可以被电离，而且分子状态的气体也可以直接被电离。但由于一般情况下电子脱离气体分子需要克服原子对电子和分子对电子的两层约束，因此分子状态时的气体电离电压比原子状态时的电离电压值要高一些例如氢原子为13.5V，而氢分子为15.4V。但是有些气体分子的电离电压反而比原子的电离电压低，如NO分子的电离电压为9.5V，而N原子和0氧子的电离电压分别为14.5V和13.5V。Schoolof Material Science& Engineering江苏科技大学材料学院

焊接方法及设备 School of Material Science & Engineering 江苏科技大学材料学院 第一章 焊接电弧 丌仅原子状态的气体可以被电离，而且分子 状态的气体也可以直接被电离。但由于一般情冴 下电子脱离气体分子需要兊服原子对电子和分子 对电子的两层约束，因此分子状态时的气体电离 电压比原子状态时的电离电压值要高一些。 例如氢原子为13.5V，而氢分子为15.4V。但 是有些气体分子的电离电压反而比原子的电离电 压低，如NO分子的电离电压为9.5V，而N原子 和O氧子的电离电压分别为14.5V和13.5V