電弧焊(全書稿)

1、電 弧 焊（目錄）緒 論6一、焊接方法的發(fā)展及其在現(xiàn)代工業(yè)中的應用6二、焊接方法的本質及其分類8三、課程內容和教學方法9第一章焊接電弧12第一節(jié)電弧的導電機理12一、電弧放電的特點13二、電弧中帶點粒子的產(chǎn)生14三、電弧各區(qū)域31四、電弧的最小能量消耗特性-最小電壓原理40第二節(jié)焊接電弧的負載特性電弧靜特性和動特性42一、焊接電弧的靜特性42二、焊接電弧的動特性44第三節(jié)焊接電弧的產(chǎn)熱情況及溫度分布47一、焊接電弧的產(chǎn)熱機構47二、焊接電弧的熱效率及能量密度50三、電弧的溫度分布51第四節(jié) 電弧中的力及其影響因素54一、焊接電弧中的作用力54二、影響電弧中作用力的因素60第五節(jié) 交流電弧的特點

2、63一、交流電弧的燃燒過程63二、交流電弧加熱及電弧力作用的特點64第六節(jié)磁場對電弧的作用67一、電弧自身磁場的作用67二、外加磁場對電弧的作用71復習思考題75第二章 焊絲的熔化及熔滴過渡76第一節(jié)焊絲的加熱與熔化76一、焊絲的加熱與熔化特性76二、焊絲的熔化速度、熔化系數(shù)及其影響因素77第二節(jié)熔滴過渡和飛濺83一、熔滴上的作用力83二、熔滴過渡的主要形式及特點87三、焊絲（條）的熔敷系數(shù)和飛濺103四、熔滴過渡的控制108第三章母材熔化和焊縫成形117第一節(jié)焊縫和熔池的形狀及尺寸117一、焊縫形狀尺寸及其影響117二、熔池的形狀和焊縫的形成118第二節(jié)電弧與熔池形狀的關系120一、電弧熱輸

3、入對熔池形狀尺寸的影響120二、力對熔池形狀尺寸的影響126第三節(jié) 焊接工藝參數(shù)和工藝因素對焊縫成形的影響129一、電流、電壓、焊速的影響129二、電流種類、極性及電極直徑的影響130三、保護氣體及熔滴過渡形式的影響132四、其它工藝因素的影響132第四節(jié)焊縫成形的控制135一、平面內直縫的焊接135二、環(huán)縫的焊接136三、引弧、收弧與成形控制137第四章電弧焊自動控制基礎145第一節(jié)熔化極自動電弧焊的自動調節(jié)系統(tǒng)145一、自動調節(jié)的必要性及基本要求145二、熔化極等速送絲電弧自身調節(jié)系統(tǒng)148三、電弧電壓反饋變速送絲調節(jié)系統(tǒng)154四、焊接電流反饋變速送絲調節(jié)系統(tǒng)160第二節(jié)恒速調節(jié)系統(tǒng)162

4、一、自動電弧焊機的驅動調速系統(tǒng)及要求162二、晶閘管整流驅動電路162第三節(jié)電弧焊的程序自動控制173復習思考題190第五章自動埋弧焊191第一節(jié) 自動埋弧焊的特點和應用191一、自動埋弧焊的特點191二、自動埋弧焊的應用194三、自動埋弧焊焊接材料-焊絲、焊劑及選配194四、自動埋弧焊的冶金特點200第二節(jié)自動埋弧焊機207一、分類及結構特征207二、mz-1000型自動埋弧焊機212第三節(jié)自動埋弧焊實施方法、工藝參數(shù)及發(fā)展219一、單絲自動埋弧焊219二、雙絲及多絲自動埋弧焊223三、單面焊雙面一次成形自動埋弧焊227四、窄間隙自動埋弧焊230復習思考題233第六章 co2氣體保護電弧焊2

5、34第一節(jié)co2氣體保護電弧焊特點及應用234第二節(jié) co2氣體保護電弧焊的冶金特點237一、合金元素的氧化237二、脫氧措施及焊縫金屬的合金化238三、氣孔問題240第三節(jié) co2氣體保護電弧焊焊接材料243一、co2氣體243二、焊絲246三、細顆粒過渡的焊接時工藝參數(shù)281四、減少金屬飛濺的措施282第七章熔化極氬弧焊295第一節(jié)熔化極氬弧焊的特點和應用295一、熔化極氬弧焊的特點295二、熔化極氬弧焊的應用295第二節(jié)射流過渡氬弧焊296一、焊縫起皺現(xiàn)象298二、粗絲大電流mig焊299第三節(jié)鋁合金亞射流過渡氬弧焊300一、亞射流過渡的特點300二、亞射流過渡電弧固有的自調節(jié)作用301

6、三、鋁合金亞射流過渡的焊接特點302四、亞射流過渡電弧焊接時的參數(shù)控制303第四節(jié) 脈沖噴射過渡氬弧焊305一、工藝特點305二、脈沖參數(shù)的選擇306第五節(jié)窄間隙焊接308一、細焊絲窄間隙焊接308二、粗焊絲窄間隙焊接311第六節(jié)混合氣體的應用313一、ar+he313二、ar+o2314三、ar+co2314四、ar+co2+o2315五、ar+n2315六、ar+h2315復習思考題318第八章鎢極氬弧焊319第一節(jié)鎢極氬弧焊方法的特點319一、方法原理及應用319二、電極和焊槍319三、電流種類和極性324第二節(jié)鎢極氬弧焊機334一、鎢極氬弧焊機的結構組成334二、ws系列鎢極氬弧焊機3

7、34第三節(jié)鎢極氬弧焊工藝及參數(shù)選擇345一、焊前準備345二、鎢極氬弧焊工藝參數(shù)346第四節(jié)其它鎢極氬弧焊方法350一、脈沖鎢極氬弧焊350（一）直流脈沖氬弧焊350（二）交流脈沖鎢極氬弧焊356二、熱絲鎢極氬弧焊358三、多陰極串列鎢極氬弧焊360復習思考題361第九章等離子弧焊接與切割363第一節(jié)等離子弧的特性及等離子弧發(fā)生器363一、等離子弧的形成363二、等離子弧的特性364三、等離子弧發(fā)生器366四、雙弧現(xiàn)象及防止方法375第二節(jié)等離子弧焊接378一、焊接方法及工藝參數(shù)的選擇378二、等離子弧焊接設備特點384第三節(jié)等離子弧切割387一、基本原理和工藝參數(shù)的選擇387二、空氣等離子弧

8、切割388三、其它等離子弧切割392四、提高切割質量 的途徑394第四節(jié)等離子弧堆焊和噴涂396一、等離子弧堆焊396二、等離子弧噴涂397復習思考題400第十章電渣焊401第一節(jié)電渣焊的特點及應用401一、電渣焊的方法原理及其基本過程401二、電渣焊熱源和焊縫結晶特點402三、電渣焊的焊接材料和冶金特點405四、電渣焊的應用范圍408第二節(jié)絲極電渣焊410一、絲極電渣焊工藝過程410二、工藝參數(shù)及其對熔池尺寸的影響412三、環(huán)縫絲極電渣焊的工藝特點419四、電渣焊電源和焊接機頭419五、絲極電渣焊接頭的常見缺陷和改善質量的途徑420第三節(jié)其它電渣焊方法423一、板極電渣焊423二、熔嘴電渣焊

9、424三、管極電渣焊427四、帶極電渣堆焊（淺熔深堆焊法）429復習思考題433第十一章電弧焊自動控制技術434第一節(jié)電弧焊過程參數(shù)的程序自動控制434一、全位置焊管方法的程控參數(shù)區(qū)段劃分及轉換方式434二、簡易程序控制方式436三、可編程控制器439第二節(jié)電弧焊的自動跟蹤控制444一、概述444二、電弧跟蹤偏差的檢測傳感方法444三、執(zhí)行機構和驅動電路454第三節(jié)電弧焊過程參數(shù)的適應控制457一、電弧過程的適應控制457二、垂直自動焊熔池液面高度自動控制459三、焊縫熔深適應控制460第四節(jié) 弧 焊 機 器 人463一、概述463二、示教再現(xiàn)型弧焊機器人463三、智能型弧焊機器人465復習思

10、考題467參考文獻468附 錄469一、nsa-400-1型交流鎢極氬弧焊機469二、mz-1-1000型自動埋弧焊機474三、mz-1250型自動埋弧焊機48012電 弧 焊（緒論）緒 論一、焊接方法的發(fā)展及其在現(xiàn)代工業(yè)中的應用焊接是指通過適當?shù)奈锢砘瘜W過程使兩個分離的固態(tài)物體產(chǎn)生原子（分子）間結合力而連接成一體的連接方法。被連接的兩個物體（構件、零件）可以是各種同類或不同類的金屬、非金屬（石墨、陶瓷、玻璃、塑料等），也可以是一種金屬與一種非金屬。金屬連接在現(xiàn)代工業(yè)中應用廣泛，具有很重要的實際意義，因此狹義的講，焊接通常就是指金屬的焊接。本書主要討論的也是金屬的焊接方法。早期的焊接，是把兩塊

11、熟鐵（鋼）加熱到紅熱狀態(tài)以后用鍛打的方法連接在一起的鍛接；用火烙鐵加熱低熔 點鉛錫合金的軟釬焊，已經(jīng)有幾百年甚至更長的應用歷史。但是，目前工業(yè)生產(chǎn)中大量應用的焊接方法幾乎都是19世紀末初，20世紀的現(xiàn)代科學技術，特別是電子工業(yè)技術的迅速發(fā)展所帶來的成果。如圖0-1中所示，到1970年為止，約有21種基本焊接方法問世?，F(xiàn)代焊接方法的發(fā)展是以電弧焊和壓焊為起點的。到目前為止，在發(fā)展了近50余種各類焊接方法中，電弧焊及其派生方法仍占大多數(shù)，可見以電弧為熱源的各種焊接方法及工藝具有十分強大的活力。電弧作為一種氣體導電的 物理現(xiàn)象是在19世紀初被發(fā)現(xiàn)的，但只是到19世紀末電力生產(chǎn)得到發(fā)展以后人們才有條件

12、來研究它的實際應用。1885年俄國人別那爾道斯發(fā)明碳極電弧可以看作是電弧作為工業(yè)熱源應用的創(chuàng)始。而電弧焊真正應用于 工業(yè)，則是在1892年發(fā)現(xiàn)金屬極電弧后，特別是1930年前后出現(xiàn)了薄皮和厚皮焊條以后才逐漸開始的。電阻焊是1886年由美 國人發(fā)明的，它的大規(guī)模工業(yè)應用也幾乎跟電弧焊同時代。1930年以前，焊接在機器制造工業(yè)中的作用還是很微不足道的，當時造船、鍋爐、飛機等制造工業(yè)基本上還是用鉚接方法。這種鉚接方法不僅生產(chǎn)效率極低，而且連接質量也不能滿足船體、飛機等產(chǎn)品的發(fā)展要求。因此，從1930年以后，電弧焊和電阻焊就逐漸 取代鉚接，成為機器制造工業(yè)中的一種基本加工工藝。大家知道，機械制造工業(yè)是

13、國民經(jīng)濟的基礎工業(yè)，它決定著一個國家的工業(yè)生產(chǎn)能力和水平，而焊接技術則是機械制造工業(yè)中的關鍵技術之一。例如對于各種壓力容器、核反應堆器件、宇航運載工具等產(chǎn)品，離開了焊接技術簡直就無法制造。據(jù)資料統(tǒng)計，工業(yè)發(fā)達國家每年鋼鐵總產(chǎn)量的40%左右是經(jīng)過焊接技術加工才成為工業(yè)產(chǎn)品。因此，焊接技術同金屬切削加工、壓力加工、鑄造、熱處理等其它金屬加工工藝方法 起，構成了現(xiàn)代工業(yè)部門的基礎生產(chǎn)工藝。可以毫不夸大地說，沒有現(xiàn)代焊接工藝技術的發(fā)展，就不會有現(xiàn)代工業(yè)和科學技術的今天。當代的新技術浪潮引起了世界各國的重視。組成這次新技術浪潮的微電子技術、計算機、新材料、新能源、光導通訊、激光、生物工程、 海洋開發(fā)、航

14、天技術、機器人等，將使社會生產(chǎn)力出現(xiàn)新的飛躍，將使現(xiàn)有的生產(chǎn)方式、生活方式和社會結構發(fā)生重大變化。然而，上述十大領域的發(fā)展并不是孤立的，需要各方面技術的協(xié)同配合。如果沒有能夠滿足在各種環(huán)境下具有各種性能的材料研制出來，就很難進行上述十大領域的開發(fā)與此同時，沒有相應的焊接技術把這些材料連接成所需要的結構，就很難想象會有上述各領域的順利發(fā)展。所以在新技術浪潮中，焊接工作者也將肩負著重大的歷史使命。二、焊接方法的本質及其分類焊接是兩種相同或不同的材質，通過加熱或加壓或二者并用，來達到原子之間結合而形成永久性連接的工藝過程。由此可知，焊接與其它連接方手弧焊式不同，不僅在宏觀上建立了永久性的接頭，而且在

15、微觀上也建立了組織之間的內在聯(lián)系。因此，要把兩個分離的金屬構件連接在一起，從物理本質上來看，就是要使這兩個構件的連接表面上的原子彼此接近到 金屬晶格距離 （0.30.5nm）。但是，即使經(jīng)過精加工的金屬表面，實際也有凹凸不平之處，同時還常常帶有 氧化膜、水、油污等吸附層，這些都會阻礙金屬表面緊密接觸。因此焊接過程的實質就是通過適當?shù)奈锢砘瘜W過程來克服這些困難，使兩個分離表面的金屬原子之間接近到晶格距離并形成結合力。在焊接過程中，通 常是從兩方面采取措施來實現(xiàn)的。1. 對被焊金屬施加壓力目的是破壞金屬表面的氧化膜，使連接處發(fā)生局部塑性變形，增加有效接觸面積，從而達到緊密接觸。2. 對被焊金屬加熱

16、使連接處達到塑性或熔化狀態(tài)，使接觸面的氧化膜迅速破壞，降低金屬變形的阻力，增加原子的振動能，促進擴散、再結晶、化學反應和結晶過程的發(fā)展。由于實現(xiàn)上述措施的途徑不同，便形成了各種類型的焊接方法，但實質上都是在連接處使母材和焊縫金屬形成共同的晶粒。只有填充釬料熔化，而母材不熔化的連接方法叫作釬焊。釬焊時雖然也能形成不可拆卸的接頭，但在連接處一般不形成共同的晶粒，只是在釬料與母材之間相互擴散，實現(xiàn)連接，可見釬焊和焊接在微觀上有原則的區(qū)別。目前國內外著作中對焊接的分類方法甚多，例如有目前各種著作中常見的族系法（圖0-2一元坐標法、二元坐標法等。其中以二元坐標法、（表0-1）優(yōu)點居多，比較科學。讀者從中

17、不僅可以看出某種焊接方法的主要工藝特征，還可以了解該方法在焊接過程中和產(chǎn)生結合時的本質特征，例如，固相結合、液相結合等。二元坐標法是以焊接熱源為一類（元），在橫坐標上分層列出其主次特征（類似于族系法）同時又以焊接時物理冶金過程特征為另一類（元），在縱坐標上分層列出其主次特征。在縱坐標中，主要是以兩材料發(fā)生結合時的物理狀態(tài)為焊接過程的特征。前已談到，焊接的本質是兩個金屬表面通過原子之間的結合而成為一個整體，因此原子之間是在什么條件下互相結合，不僅可反映焊接過程的最終本質，而且還可用來預測和判斷焊接接頭的微觀組織和結合的質量，以及可能發(fā)生的缺陷和對母材產(chǎn)生的影響等。其次，在縱坐標中以焊接過程中材料

18、是否熔化、是否加壓力或其它特征作為第二特征（詳見表0-1）。 在橫坐標中，對于熱源類型宜按其強度大小，依次分為高能束、電弧熱、電阻熱、化學反應熱、機械能、間接熱能等六大類。但考慮一般習慣，在表中仍按常用的次序列出。每一大類又按其各自特征劃分為若干細類。如在電阻熱大類中，先分為熔渣電阻熱及固體電阻熱兩類固體電阻熱又分為兩類工頻和高頻接觸式和感應式等分支。三、課程內容和教學方法本課程是焊接專業(yè)教學中的一門主干課。它的任務是使學生掌握電弧焊方法的基礎理論、基本知識和實驗技能，達到根據(jù)焊接結構件的特點能正確選用各類電弧焊方法和設備，并初步具備分析和解決焊接生產(chǎn)中問題的能力。本課程主要講述內容有： （1

19、）焊接電弧、熔滴過渡、焊縫成形、焊接質量參數(shù)的自動調節(jié)等基本理論。（2）工業(yè)生產(chǎn)中常用電弧焊方法的過程本質、焊接工藝參數(shù)、應用特點及范圍。 （3）幾種典型弧焊機的結構和電氣原理。 （4）有關焊接過程自動化技術的基本概念和知識。電渣焊也是工業(yè)生產(chǎn)中常用的一種熔焊方法，雖然它不是以電弧為熱源，但卻是在熔融狀態(tài)下使工件連接在一起的，其焊接過程與工藝參數(shù)等與電弧焊有許多相似之處，故仍保留在本課程中。直到目前為止，手工操作的焊條電弧焊，簡稱手弧焊，仍是電弧焊生產(chǎn)的主要方法，這說明電弧焊接方法的自動化程度還遠遠跟不上時代的要求。鑒于焊接概論、弧焊電源等教材均作了介紹，這里作以省略。為了便于敘述和深入分析，

20、本書在前四章中首先討論了電弧焊方法及其發(fā)展中的一些共同性的基本理論和實踐問題。例如，作為焊接熱源電弧的結構及能量和力學特性；焊絲熔化和熔滴過渡過程特點及控制；母材熔化和焊縫成形的控制，焊接質量參數(shù)控制的基本概念等。而后再分章敘述幾種主要弧焊方法的工作原理、工藝過程、工藝參 及設備器具等，以及對某些特殊問題的討論與分析。最后介紹電弧中的自動控制技術及電渣焊方法工藝。本教材是一門實踐性相當強的專業(yè)課程，應該與其他課程和教學環(huán)節(jié)（如實習、課程作業(yè)和畢業(yè)設計等）相配合，在增強學生的實踐知識和動手能力等方面起一定的先導作用。本課程是以物理學、電工及電子學、機械零件等基礎課和技術基礎課為基礎的專業(yè)課程。本

21、課程的教學宜以“焊接概論”、“弧焊電源”課，專業(yè)生產(chǎn)實習為前導，學習本課程前學生應對手弧焊方法及設備有充分認識，并對各種自動電弧焊方法有一定的感性知識。在教學過程中應十分注重與實踐環(huán)節(jié)相互配合。參考文獻1 姜煥中主編. 電弧焊及電渣焊. 北京：機械工業(yè)出版社，19882 中國機械工程學會焊接學會編，焊接手冊. 第1卷. 北京：機械工業(yè)出版社，19923 houldcraff p.t. welding process technology. london: cambridge university press,19774中國機械工程學會焊接學會編. 焊接學會三十周年紀念文集. 中國焊接.1992

22、電 弧 焊 （第一章）焊 接 電 弧第一章 焊接電弧電弧是所有電弧焊接方法的能源。到目前為止，電弧焊所以能在焊接領域中仍然占有十分重要的地位，一個主要的原因，就是電弧能夠有效而簡便地把電能轉換成焊接過程所需要的熱能和機械能。本章首先從電弧的物理本質導電機理入手，分析電弧的產(chǎn)熱和產(chǎn)力機構，然后分別討論焊接電弧在應用中幾個主要的工藝性能。第一節(jié) 電弧的導電機理電弧是在一定條件下電荷通過兩電極間氣體空間的一種導電過程（圖1-1），也是氣體放電的一種重要形式。借助于這種氣體放電形式將電能轉換為熱能、機械能和光能，焊接時主要是利用其熱能和機械能來達到金屬連接的目的。一、 電弧放電的特點正常狀態(tài)下的氣體是

23、由中性分子或原子組成的，不含有帶電粒子，它們雖然可以自由移動，但不會受電場作用而產(chǎn)生定向運動，所以是不導電的。因此，要使正常狀態(tài)的氣體導電，必須有一個產(chǎn)生帶電粒子的過程，這就是氣體的放電過程。實驗表明，氣體放電在形式上和性質上是各種各樣的，并與氣體的種類和壓力、電極材料和幾何形狀、兩極間距離以及施加在兩極間電壓高低等因素有關。因此，其導電部分的電流與電壓之間呈現(xiàn)出一個很復雜的關系曲線如圖1-2中所示。圖1-2中所示曲線，是從測量一系列同類型但電極尺寸不同的放電管中得出的氣體放電伏安特性曲線。氣體放電形式按是射線、宇宙射線、 陰極的加熱等）來維否需要外界電離源（如x射線、宇宙射線、陰極的加熱等）

24、來維持放電，可分為非自持放電和自持放電兩大類。在非自持放電中，起始的帶電粒子是由外界電離源所引起的，呈暗放電狀態(tài)，當外界電離源取消后，放電就立刻停止，這種取決于外界因素的氣體導電現(xiàn)象稱之為非自持放電。當電流大于一定數(shù)值時，氣體導電過程本身就可以產(chǎn)生維持導電所需要的帶電粒子，即使取消了外界電離源，放電過程仍可繼續(xù)維持下去，這種過程稱為自持放電。在自持放電區(qū)間，其放電特征也因電參數(shù)值的不同而存在有明顯的差異，大體上又可分為自持暗放電、輝光放電和電弧放電等三種基本形式。電弧是氣體自持放電的一種基本形式。在各種氣體放電形式中，電弧放電的特點是電流密度大和陰極電壓降低。如輝光放電的電流密度是幾十微安，而

25、電弧則有幾百至幾萬安培每平，電弧的陰極電壓降僅約為常壓下方厘米；輝光放電的陰極電壓降約為200300v，電弧的陰極電壓降僅約為10v。常壓下電弧在相當?shù)偷碾妷合拢s幾十伏）就可以燃熾，而復燃輝光放電在低氣壓時需要幾百伏電壓、在高氣壓時則需幾萬伏電壓。此外，電弧放電 還具有產(chǎn)生高溫（500030000k）、發(fā)光度強等特點。由于上述原因，電弧在工業(yè)中作為熱源和光源被廣泛應用。二、電弧中帶點粒子的產(chǎn)生電弧是由兩個電極和他們之間的氣體空間組成。電弧中的帶電粒子主要依靠兩電極之間的氣體電離和電極發(fā)射電子兩個物理過程所產(chǎn)生的，同時伴隨著一些其它過程，如：解離、激勵、擴散、復合、負離子的產(chǎn)生。（一）氣體的電

26、離1，電離與激勵在一定條件下中性氣體分子或原子分離為正離子和電子的現(xiàn)象稱為電離。氣體分子或原子在常態(tài)下是由數(shù)量相等的正電荷（原子核）和負電荷（電子）構成的一個穩(wěn)定系統(tǒng)，對外界呈中性。要使其電離就要破壞這種穩(wěn)定系統(tǒng)，需要對這個系統(tǒng)施加外來能量。常態(tài)下的氣體粒子（分子或原子），受外來能量作用失去一個或多個電子后則成為正離子。使中性氣體粒子失去第一個電子所需要的最低外加能量稱為第一電離能，通常以電子伏（ev）為單位，若以伏表示則為電離電壓。生成的正離子稱為一價正離子，這種電離稱為一次電離。一個電子伏就是一個電子通過一伏電位差空間所取得的能量，其數(shù)值等于1.6×10-19j。在電子學中，為計

27、算方便起見，常把用電子伏為單位的能量轉換為數(shù)值上相等的電壓來處理，單位為伏。因此在實用中常直接用電離電壓（單位為伏）來表示氣體電離的難易。以伏表示的電離電壓在數(shù)值上等于以電子伏表示的電離能。要使中性氣體粒子失去第二個電子則需要更大的電離電壓，稱為第二電離電壓，生成的離子稱為二價正離子，這種電離稱為二次電離，依此類推。在普通焊接電弧中，當焊接電流較小時只存在一次電離，而在大電流或壓縮焊接電弧中，電弧的熱力學溫度達到幾萬k時可能出現(xiàn)二次或三次電離，即使這種情況下，一次電離仍居主要地位，所以一般書籍中只列出各種氣體一次電離的電離電壓。不僅原子狀態(tài)的氣體粒子可以被電離，分子狀態(tài)的氣體也可以直接被電離。

28、電弧氣氛中可能遇到的氣體電離電壓列于表1-1。氣體電離電壓的高低說明電子脫離原子或分子所需要外加能量的大小，亦即說明在某種氣氛中產(chǎn)生帶電粒子的難易。在相同的外加能量條件下，電離電壓低的氣體提供帶電粒子較容易，從這個角度看是有利電弧的穩(wěn)定。但電離電壓高低只是影響電弧穩(wěn)定的許多因素之一，而不是唯一的因素，因為氣體的其他性能（如解離性能、熱物理性能等），反過來會影響整個電弧空間的能量狀態(tài)、帶電粒子的產(chǎn)生和移動過程等。因此在分析焊接電弧現(xiàn)象時，不能僅從電弧氣體的電離電壓來分析，還需要考慮氣體各種性質的綜合作用。當電弧空間同時存在電離電壓不同的幾種氣體時，在外加能量的作用下，電離電壓較低的氣體粒子將先被

29、電離，如果這種低電離電壓氣體供應充分，則電弧空間的帶電粒子將主要依靠這種氣體的電離過程來提供，所需要的外加能量也主要取決于這種氣體的電離電壓。由表1-1，可知，fe的電離電壓為7.9v，比co2或ar的電離電壓（13.7；15.7v）低很多，因此在鋼材的氣體保護電弧焊接時，如果焊接電流較大時，電弧空間將充滿鐵的蒸氣，電弧空間的帶電粒子將主要由鐵蒸氣的電離過程來提供，電弧氣氛的電離電壓也將由鐵蒸氣的電離電壓來決定。相比之下，為提供電弧導電所需要的帶電粒子而要求的外加能量可以較低。當中性粒子接受外來能量的作用還不足以使電子完全脫離氣體原子或分子時，但可能使電子從較低的能級轉移到較高的能級，則中性粒

30、子內部的穩(wěn)定狀態(tài)也被破壞，這種狀態(tài)稱為激勵。使中性粒子激勵所需要的最低外加能量稱為最低激勵電壓（也是以伏表示）。激勵電壓數(shù)值低于該元素電離電壓的數(shù)值，一些氣體的最低激勵電壓見表1-2。激勵狀態(tài)的粒子可以具有不同的能級，由于電子尚未脫離粒子，所以粒子對外界仍呈中性，但處于激勵狀態(tài)的粒子是一種非穩(wěn)定狀態(tài)，它存在的時間十分短暫，根據(jù)激勵能級的不同可為10-210-8s。處于較高能級的激勵粒子可繼續(xù)接受外來能量使其電離?；驅⒆约旱哪芰恳暂椛淠艿男问结尫懦鰜?，而使粒子恢復到原來的穩(wěn)定狀態(tài)。處于能級低的激勵粒子，可能與其它粒子碰撞將能量傳遞出去而恢復其穩(wěn)定狀態(tài)。接受其能量的其它粒子則可能被解離、激勵或電離

31、。因此氣體粒子的激勵雖然不能直接產(chǎn)生帶電粒子，但與電離過程和電弧特性有著密切關系。2，能量傳遞方式中性氣體粒子只有在接受外界能量的條件下，才會產(chǎn)生電離或激勵。可以通過 不同的方式施加于中性粒子，但使之電離或激勵所必需的能量，即電離或外界能激勵電壓卻都是固定數(shù)值，并不因施加能量方式不同而改變。外界能量傳遞給自由運動的氣體粒子，從本質上講只有兩種傳遞方式：一種是碰撞傳遞；另一種是光輻射傳遞。（1）碰撞傳遞氣體粒子在空間中是呈不規(guī)則的運動狀態(tài)，只有在熱力學溫度為時氣體粒子將停止運動。各個粒子以某一速度運動時，具有一定的動能，并且相互頻繁地碰撞，同時進行能量的轉移。粒子之間以相互碰撞傳遞能量的形式稱為

32、碰撞傳遞。氣體粒子間相互碰撞時可能有兩種情況：非破壞性的彈性碰撞和破壞性的非彈性碰撞。彈性碰撞時，氣體粒子間只產(chǎn)生動能的傳遞和再分配，碰撞后的兩粒子動能之和基本不變，粒子內部結構不發(fā)生任何變化。因此彈性碰撞的結果只使粒子的運動速度發(fā)生變化，并引起氣體溫度的變化，不能產(chǎn)生氣體的電離或激勵過程，這種情況是在氣體粒子擁有動能較低時產(chǎn)生的。當氣體粒子擁有較高動能時，則產(chǎn)生非彈性碰撞，在碰撞時部分或全部動能轉換為內能，使被碰撞的氣體粒子內部結構發(fā)生變化。如果此內能大于激勵電壓，則粒子被激勵；如果大于電離電壓，則粒子將被電離。被激勵的粒子如果繼續(xù)受到非彈性碰撞，內能積累達到電離電壓時，也將產(chǎn)生電離。總之，

33、氣體粒子間只有非彈性碰撞才能產(chǎn)生電離過程，形成帶電粒子。 電弧空間中含有中性氣體粒子、電子和正離子等，它們都以某一速度運動，中性氣體粒子同樣也與它們相互碰撞并接受它們的能量。相互碰撞的兩物體的能量傳遞情況與它們的質量有密切關系。由于電子的質量遠小于氣體原子、離子或分子，因此當具有足夠動能的電子與中性粒子進行非彈性碰撞時，電子的動能幾乎可以全部傳給中性粒子，轉換為中性粒子的內能，使其激勵或電離。當中性粒子之間相互碰撞時，由于它們的質量相近，則只能將部分能量傳遞給被碰撞的粒子，最多不超過原動能的一半。因此，在電弧通過碰撞傳遞能量使得氣體粒子電離的過程中，電子與氣體粒子的碰撞作用是最為有效的。由上可

34、知，要通過粒子間相互碰撞，增加中性粒子的內能使之產(chǎn)生電離，關鍵是提高粒子的動能，尤其是提高電子的動能。高溫可以提高所有粒子（中性粒子的動、電子、離子）能，而增加電場強度卻是提高帶電粒子（電子、離子）動能的方法。在電弧燃燒過程中，通過粒子間碰撞傳遞能量使氣體粒子電離，是電弧本身產(chǎn)生帶電粒子維持其導電的最主要方式。（2）光輻射傳遞向氣體粒子傳遞能量的另一種途徑是光輻射，也就是說中性氣體粒子可以接受外界以光量子形式所施加的能量，提高其內能并改變其內部結構，使氣體粒子被激勵或電離。光量子的能量可以h表示（h普朗克常數(shù)，y光輻射頻率）。因此氣體粒子接受光量子作用產(chǎn)生激勵的條件是： （1-1）式中激勵能；

35、電子電荷量；氣體粒子的激勵電壓。而氣體粒子接受光量子產(chǎn)生電離的條件是： （1-2）式中電離能；電離電壓。以光量子形式傳遞給氣體粒子的能量可以全部轉換為粒子的內能。當光量子能量超過氣體粒子的電離能時，則其多余部分將轉換為電離生成的電子的動能，即式中m電子的質量；被電離出來的電子運動速度。電弧本身發(fā)出多種頻率的光輻射，因此電弧本身就具有向氣體粒子提供輻射能量的條件，中性粒子接受弧光輻射就可能產(chǎn)生激勵與電離，制造帶電粒子維持電弧的導電。但是在一般焊接電弧中，通過光輻射傳遞方式來制造帶電粒子與碰撞傳遞相比，則是次要的。3電離種類：電弧中氣體粒子的電離因外加能量種類的不同可分為三類。（1）熱電離高溫下，

36、氣體粒子受熱的作用相互碰撞而產(chǎn)生的電離稱為熱電離。根據(jù)氣體分子運動理論可知，氣體的溫度高低意味著氣體粒子（包括中性粒子、電子和離子）總體動能的大小，亦即氣體粒子平均運動速度的快慢。氣體粒子的平均運動速度與溫度在數(shù)值上的關系如下： （1-3）式中，氣體粒子的平均速度（cm/s）； t氣體的熱力學溫度（k）； m粒子的質量（g）。由上式可見，氣體溫度越高，氣體粒子的平均運動速度也越高，即動能也越大。在溫度一定條件下，氣體粒子的質量越小其運動速度也越高。由于氣體粒子的熱運動是無規(guī)則的運動，它們之間將發(fā)生頻繁的碰撞，若粒子的運動速度足夠高（即動能足夠大），粒子之間將發(fā)生非彈性碰撞，并引起中性氣體粒子的

37、激勵或電離。因此熱電離實質上是由于溫度升高時氣體粒子熱運動加劇，通過碰撞而產(chǎn)生帶電粒子的一種電離過程。在溫度恒定的條件下，氣體中各個粒子的熱運動速度是不一樣的，速度很高和很低的粒子數(shù)都很少，具有中等速度的粒子所占的比值很大，氣體粒子的速度分布遵守麥克斯韋速度分布律。對于給定的氣體粒子，麥克斯韋速度分布曲線的形狀隨溫度而變化，如圖1-3所示。當溫度升高時，氣體粒子熱運動加劇，其中速度較小的粒子數(shù)減少，而速度較大的粒子數(shù)則有所增加，分布曲線中的最高點向速度大的方向移動。這意味著氣體中具有高動能的粒子數(shù)目增加，與其它粒子碰撞時產(chǎn)生電離或激勵的幾率增大。電弧中不僅含有常態(tài)的中性氣體粒子，同時也含有電子

38、、正離子和處于激勵狀態(tài)的中性粒子等多種粒子。它們都有相互碰撞的機會，而發(fā)生電離可能性最大的是電子對激勵狀態(tài)或常態(tài)的中性粒子的碰撞，因為在碰撞時電子不僅具有很高的動能，而且會將幾乎全部能量都傳遞給中性粒子。上面提到，在某一溫度下粒子所具有動能并不都相同，只是擁有大于電離電壓能量的那部分粒子才可能引起中性粒子的電離。單位體積內被電離的粒子數(shù)與氣體電離前粒子總數(shù)的比值稱為電離度，一般以 表示，即：根據(jù)印度科學家薩哈（shaha）的推導，假設氣體中各粒子處于熱平衡狀態(tài)，則熱電離與氣體溫度、氣體壓力、氣體電離電壓等因素存在如下關系： (1-4)式中：p氣體壓力（pa）；t氣體熱力學溫度（k）；e電子的電

39、量（c）；k波爾茲曼常數(shù)，；氣體的電離電壓（v）。由薩哈公式及圖1-4可以看出熱電離時的電離度隨溫度的升高，壓力的減少，電離電壓的減小而增加。由這個關系式所決定的電離度x與溫度t的曲線關系如圖1-4所示。薩哈公式是單一氣體熱電離度的表達式，如果某氣體中混有其他成分時，各種氣體電離程度不一樣，此時電子密度與電離前中性粒子密度的比值稱為實效電離度?；旌蠚怏w的電離電壓稱為實效電離電壓。利用薩哈公式求實效電離度時需代入實效電離電壓。理論與實際都證明混合氣體的實效電離電壓主要決定于電離電壓較低的氣體成分，即使這種氣體占有較小的比例。例如鐵蒸氣中混有鉀蒸氣時，其實效電離電壓與混入的鉀蒸汽的比例關系如圖1-

40、5所示。鐵蒸氣電離電壓為7.9v，而鉀蒸氣電離電壓為4.3v。當鉀蒸氣含量超過5%時，則實效電離電壓顯著下降而接近鉀的電離電壓。因此電弧焊時為了提高電弧的穩(wěn)定性，在電弧氣氛中只需要加少量的低電離電壓物質則可取得顯著的效果。當幾種氣體組成混合氣體時，則各組分氣體的電離度在同一溫度和氣壓下，因其電離電壓的差別而顯著不同。低電離電壓氣體的電離過程，是提供電弧需要的帶電粒子的關鍵。例如當電弧氣氛中含有ca、fe、o2、n2時（電離電壓分別為6.1,7.9,12.2,15.5v），當溫度為500k、氣壓為101×105pa（一個標準大氣壓）時，電離度之比如下：由上面的關系可以得出，如果電弧氣氛

41、中含有一定量蒸氣，則此混合氣中的帶電粒子主要是由ca蒸氣的電離所提供。一般在常壓下的焊接電弧中，電子是電弧的主要帶電粒子，電子密度的數(shù)量級為1014cm3時，即可維持電弧的正常導電。實效電離度為10-4數(shù)量級時即可滿足小電流電弧導電的需要，亦即一萬個中性粒子中有一個中性粒子被電離即可。就是說，在一般焊接電弧中的電離度只有0.1×10-30.12×10-2的數(shù)量級，而在強迫冷卻、強迫壓縮或大電流的電弧溫度達到一萬或幾萬k以上時，實效電離度的數(shù)量級才可能達到10-11的程度。 由于弧柱的溫度一般在500030000k范圍，所以熱電離是弧柱部分產(chǎn)生帶電粒子的最主要途徑。由于電弧的

42、溫度很高，電弧中的多原子氣體（是由兩個以上原子構成的氣體分子）在熱作用下分解為原子的現(xiàn)象稱為熱解離。熱解離是吸熱反應過程，也需要外加能量。氣體分子產(chǎn)生熱解離所需要的最低能量稱為解離能，以電子伏特（ev）來表示。電弧氣氛中常遇到幾種氣體分子的解離能如表1-3所示。各種氣體的解離度（解離分子數(shù)分子總數(shù)）與氣體種類和溫度有關，幾種氣體的解離度與溫度的關系如圖所示。 氣體的解離能皆低于電離能，因此電弧中氣體分子受熱作用時將首先大量解離成原子，然后由大量原子和少量分子（其比例因溫度不同而異）組成的氣體繼續(xù)受熱作用而產(chǎn)生電離。氣體的解離過程伴隨著吸熱作用，所以它除了影響帶電粒子的產(chǎn)生過程外，還對電弧的電和

43、熱性能有著顯著的影響。焊接時，不同保護氣體的電弧中所產(chǎn)生的許多現(xiàn)象，常與氣體的解離過程有著密切關系。例如在co2,n2等保護氣體中，在相同電弧長度下，電弧電壓和電弧溫度要比單原子氣體ar中的電弧電壓和電弧溫度高，就是因為co2,n2等多原子氣體在高溫下首先發(fā)生解離，吸收大量熱能，強迫電弧收縮所造成。(2) 電場作用下的電離當氣體中有電場作用時，帶電粒子除了作無規(guī)則的熱運動外，還會受電場的影響作定向運動，正、負帶電粒子的定向運動方向相反。電場對帶電粒子在電場方向的運動起加速作用，使電能轉換為帶電粒子的動能。當動能增加到足夠的數(shù)值時，則可能與中性粒子產(chǎn)生非彈性碰撞而使之電離。這種帶電粒子從電場中獲

44、得能量，通過碰撞而產(chǎn)生的電離過程稱為電場作用下的電離。由于帶電粒子是在充滿氣體粒子的空間中運動，事實上它是一邊與氣體粒子發(fā)生碰撞，一邊沿電場方向運動所示。其總的運動趨勢雖然與電場方向一致，但在每次碰撞，如圖1-7所示，其總的運動趨勢雖然與電場方向一致。但每次碰撞后的運動方向是要變化的，并不一定同電場方向一致。電場對帶電粒子的加速作用實際上只能在每兩次碰撞之間的路程中產(chǎn)生。兩次碰撞之間的路程長度為粒子的自由行程，其平均值稱為平均自由行程。在平均自由行程內電 場對帶電粒子（如果電荷量為e）所能施加的最大動能（平均自由行程與電場方向平行時）只能是： （1-5）式中，平均自由行程；e電場強度；e一個電

45、子的電荷量，e=1.6×10-19c。根據(jù)氣體分子運動理論可知，在同一種氣體粒子的氣體中，中性氣體粒子的平均自由行程（單位為cm）的數(shù)值方程為： （1-6）式中，氣體粒子的半徑（cm）；氣體粒子的密度（cm-3）如果氣體中同時有離子和電子存在時，則離子的平均自由行程；（單位cm）為： （1-7）電子的平均自由行程（單位cm）為： （1-8）由上可知平均自由行程與氣體粒子的半徑平方和氣體的密度成反比。 由于氣體密度與壓力和溫度有關，當溫度一定時平均自由行程與壓力成反比，當壓力一定時平均自由行程與溫度成正比。當某一氣體中同時存在中性粒子、離子和電子時，在一定溫度和壓力下它們自由行程的比例

46、為： （1-9）可見在相同條件下電子的平均自由行程比離子的倍大倍，在電場作用下電子可獲得4倍于離子的動能，又因電子的質量比離子小得多，它與中性粒子發(fā)生非彈性碰撞時可將全部動能轉換為中性粒子的內能。如果電子的總能量超過中性粒子的電離能，則產(chǎn)生電離。因此電場作用下的電離現(xiàn)象也主要是電子與中性粒子的非彈性碰撞引起的。在強電場的作用下，電子受到電場的加速作用與中性或受激勵的粒子相撞，可以生成一個新的電子與正離子，然后這兩個電子繼續(xù)前進會分別又與中性粒子碰撞，又可生成兩個新的電子，如此類推，使帶電粒子快速增加，這種在強電場作用下的電離具有鏈鎖反應的性質。但是帶電粒子的增加是有一定限度的。這是因為在電弧導

47、電中，除了電離過程外，還同時存在著帶電粒子的消失過程，即帶電粒子復合成中性粒子的消電離過程。在普通電弧中，由于弧柱部左右，電子在平均自由分的電場強度較弱，一般為10v/cm左右，電子在平均自由行程中所能獲得的動能較小，一般比熱作用所獲得的動能要小的多，所以在弧柱中熱電離是主要形式，電場作用下的電離是次要的。而在陰極壓降區(qū)和陽極壓降區(qū)（在陰極和陽極前面的極小區(qū)間），電場強度可能達到很高的數(shù)值（約為105107v/cm），只有在這兩個區(qū)域才顯著產(chǎn)生電場作用下的電離現(xiàn)象。（3）光電離中性粒子接受光輻射的作用而產(chǎn)生的電離現(xiàn)象稱為光電離。光輻射引起中性粒子電離的條件是，因此并不是所有的光輻射皆可發(fā)生電離

48、現(xiàn)象。對電離能不同的氣體都存在一個產(chǎn)生光電離的臨界波長。波長越短，能量越強，只有當接受的光輻射波長小于臨界波長時，中性氣體粒子才可能直接被電離。臨界波長的數(shù)值可由下式確定。因為： （1-10）所以：式中 h普朗克常數(shù)；臨界光輻射頻率；臨界光輻射波長；c光速；電離能。將式（1-10）中常數(shù)帶入數(shù)值后得數(shù)值方程： （1-11）式中臨界光輻射波長（nm）；電離電壓（v）。將某種氣體的電離電壓數(shù)值代入上式，則可得出該氣體光電離所要求的輻射光的臨界波長。電弧中常遇到的氣體的臨界波長如表1-4所列。 由表1-4可知，所列的氣體光電離要求的臨界波長皆在紫外線光譜區(qū)內 0.8400nm（84000a）而可見光

49、400700nm（40007000a）幾乎對所有氣體都不能直接引起光電離。實際測量得知，電弧的光輻射波長 在170500nm（17005000a）區(qū)間，包括紅外線、可見光和紫外線。由表1-4可得知，電弧的光輻射對k、na、ca、al等金屬蒸氣能夠直接引起光電離，而對其他氣體則不能。但是如果這些氣體已處于激勵狀態(tài)，則可接受弧光輻射作用而引起光電離。實際上，光電離是電弧中產(chǎn)生帶電粒子的一個次要途徑。（二）電極發(fā)射電子電弧中的帶電粒子除依靠兩電極間的氣體電離過程產(chǎn)生外，還可以從電極表面發(fā)射出來。在焊接電弧中電極只能發(fā)射電子而不能發(fā)射離子。陰極和陽極表面皆可能發(fā)射電子，但是只有從陰極表面發(fā)射出來的電子

50、在電場作用下參加導電過程，而從陽極表面發(fā)射出來的電子，因受到電場的排斥不可能參加導電過程，只能對陽極區(qū)空間電荷的數(shù)量產(chǎn)生一定的影響。因此這里只討論陰極表面的電子發(fā)射現(xiàn)象。 金屬表面接受一定的外加能量，自由電子沖破金屬表面的約束而飛到電弧空間的現(xiàn)象稱為電子發(fā)射。使一個電子），單位是由金屬表面飛出所需要的最低外加能量稱為逸出功（w）單位是電子伏。因電子量是一個常數(shù)，通常亦以 逸出電壓來衡量逸出功的大小。逸出功的大小與金屬材料種類、金屬表面狀態(tài)和金屬表面氧化物情況有關。幾種金屬及其表面帶氧化物時的逸出功數(shù)值列入表1-5。由表中可見金屬表面帶帶氧化物時的逸出功數(shù)值列入表有氧化物時的逸出功皆減小。當鎢極

51、表明敷以cs、ba、tb、zr等物質時，逸出功的數(shù)值也減小，如表1-6所示。因表面敷以此，為提高電子發(fā)射能力和改善焊接工藝性能，在鎢極中常加入th、cs、ce等成分，以提高鎢極電流容量和改善引弧性能。金屬內部的自由電子，只有在接受外加能量并且超出逸出功時才能沖破金屬表面發(fā)射到外部空間，由于外加能量形式不同，電子發(fā)射可分為以下幾種。1熱發(fā)射金屬表面承受熱作用而產(chǎn)生的電子發(fā)射現(xiàn)象稱為熱發(fā)射。這是因為金屬內部的自由電子受熱作用后其熱運動速度增加，當其動能滿足下式時，則飛出金屬表面： （1-12）式中電子質量；電子熱運動速度；e一個電子的電量；逸出電壓。電子自金屬表面的發(fā)射現(xiàn)象與被加熱到沸點的水面的水

52、蒸氣蒸發(fā)現(xiàn)象相似。水蒸氣自水面蒸發(fā)時將從水面帶走蒸發(fā)熱，而電子熱發(fā)射也將從金屬表面帶走熱量而對金屬表面產(chǎn)生冷卻作用。電子發(fā)射時從金屬表面帶走能量的，其中數(shù)值為為發(fā)射為逸的總電子流，為逸出電壓。相反，當這些電子被另外的金屬表面接受時，它們將由空間飄游狀態(tài)又恢復為金屬內部的自由電子，同時這些電子將向接受它們的金屬表面放出逸出功，使金屬表面加熱，其增加的能量也是i。金屬表面熱發(fā)射的電子流密度與金屬表面的溫度成指數(shù)關系： （1-13）式中 a與材料表面狀態(tài)有關的常數(shù)；t金屬表面熱力學溫度；e 一個電子的電量；逸出電壓；k波爾茲曼常數(shù)。在實際的焊接電弧中，電極的最高溫度不可能超過其材料的沸點，當使用沸點

53、高的材料鎢或炭作和電極材料時（其沸點分別為6950k和4200k）電極可能被加熱到很高的溫度（一般可達3500k以上），這種電弧稱為熱陰極電弧，這種電弧的陰極區(qū)的帶電粒子是主要靠熱發(fā)射電子來提供。但使用鋼、銅、鋁、鎂等材料作電極時，由于它們的沸點較低（fe3008k，cu2868，al2770k，mg1375k），電極加熱溫度受材料沸點的限制不可能很高，此種電弧稱為冷陰極電弧。這種電弧陰極區(qū)的導電所需要的帶電粒子不可能全由電極的熱發(fā)射電子提可知，溫度低時熱發(fā)射顯著減供（由式弱），必須還要依靠其他方式發(fā)射電子予以補充，才能滿足導電的需要。2電場發(fā)射當金屬表面空間存在一定強度的正電場時，金屬內的自

54、由電子受此電場靜電庫倫力的作用，當此力達到一定程度時，電子可飛出金屬表面，這種現(xiàn)象稱電場發(fā)射。由式）可知，熱發(fā)射電子流密度與電極表面溫度成指數(shù)關系。事實上在較低溫度（室溫或）下也仍有電子熱發(fā)射，只是數(shù)量較少。當電極表面前存在正電場時，電場的靜電庫倫力將幫助電子飛出金屬表面，相當于降低了電極材料的逸出功，可使較多的電子在較低的溫度下飛出金屬表面。所以當陰極表面外面存在電場時，則電子電流密度可用下式表達： （1-14）式中e電場強度；真空介電常數(shù)。比較式（1-13）與式（1-14）可知，電場的存在相當于使電極材料的逸出電壓被降低為： ，即逸出功降低了。當溫度很低時，甚至是0（t=273k），如果存

55、在足夠的電場強度，也可以從電極發(fā)射足夠數(shù)量的電子流以供電弧導電需要。電場發(fā)射時，電子自陰極飛出不象熱發(fā)射那樣對陰極有強烈的冷卻作用，電子從陰極帶走的熱量不再是，而是：對于低沸點材料的冷陰極電弧，電場發(fā)射對陰極區(qū)提供帶電粒子起重要作用。這時陰極區(qū)的電場強度可達106107v/cm，具備產(chǎn)生電場發(fā)射的有利條件。3光發(fā)射當金屬表面接受光輻射時，也可使金屬表面自由電子能量增加，沖破金屬表面的約束飛到金屬外面來，這種現(xiàn)象稱光發(fā)射。光發(fā)射的條件是， （1-15）由于各種材料的逸出功不同，所以不同材料產(chǎn)生光發(fā)射所要求的臨界波長可由下面數(shù)字方程確定： （1-16）式中 臨界波長（nm）；逸出電壓（v）。根據(jù)計算可知，k，na，ca等堿金屬和堿土金屬光發(fā)射的臨界波長在可見光區(qū)間。而重金屬fe、cu、w等其臨界波長均在紫外線區(qū)間。當 時（ 為入射光的波 長）則發(fā)生光發(fā)射。電弧的光輻射波長范圍包括可見光和紫外線，所以弧光可能引起電極的光發(fā)射，但由于光量較弱，實際證明它在陰極發(fā)射現(xiàn)象中居次要地位。產(chǎn)生光發(fā)射時，由于金屬表面接受光輻射能量與電子逸出功相等，所以它不象熱發(fā)射時那樣對電極有冷卻作用。4，