第二章電弧物理ppt課件

1、焊接物理焊接物理 主講教師：黃健康主講教師：黃健康2.1、電弧概論2.2、火花放電、輝光放電2.3、電弧弧柱現(xiàn)象2.4、探極法2.5、陽(yáng)極現(xiàn)象2.6、陰極現(xiàn)象第二章第二章 電弧物理電弧物理電弧物理電弧物理2.1.1 2.1.1 電弧電弧 電壓的兩電極之間或電極與母材之間的氣體介質(zhì)電壓的兩電極之間或電極與母材之間的氣體介質(zhì)中產(chǎn)生的強(qiáng)烈而持久的放電現(xiàn)象。所謂氣體放電，是中產(chǎn)生的強(qiáng)烈而持久的放電現(xiàn)象。所謂氣體放電，是指當(dāng)兩電極之間存在電位差時(shí)，電荷從一極穿過(guò)氣體指當(dāng)兩電極之間存在電位差時(shí)，電荷從一極穿過(guò)氣體介質(zhì)到達(dá)另一極的導(dǎo)電現(xiàn)象圖介質(zhì)到達(dá)另一極的導(dǎo)電現(xiàn)象圖1-11-1）。但是并不是）。但是并不是所

2、有的氣體放電現(xiàn)象都是電弧，電弧僅是其中的一種所有的氣體放電現(xiàn)象都是電弧，電弧僅是其中的一種形式。形式。2.12.1、電弧概論、電弧概論電弧物理電弧物理2.1.1 2.1.1 電弧電弧2.12.1、電弧概論、電弧概論電弧物理電弧物理2.1.2 2.1.2 弧柱弧柱( (電弧等離子體電弧等離子體) ) 電弧溫度在電弧溫度在5000500050000K50000K，處于熱平衡狀態(tài)?；?，處于熱平衡狀態(tài)?；≈写蟛糠蛛p原子氣體分解為原子，大的原子又電離柱中大部分雙原子氣體分解為原子，大的原子又電離為電子和陽(yáng)離子。從宏觀上看，弧柱空間呈電中性。為電子和陽(yáng)離子。從宏觀上看，弧柱空間呈電中性。由于電子運(yùn)動(dòng)速度

3、遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于陽(yáng)離子，因此電流幾乎由由于電子運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于陽(yáng)離子，因此電流幾乎由電子流形成。電子流形成。2.12.1、電弧概論、電弧概論電弧物理電弧物理2.1.2 2.1.2 弧柱弧柱( (電弧等離子體電弧等離子體) ) 等離子體：通常指氣體粒子中至少有一部分粒子等離子體：通常指氣體粒子中至少有一部分粒子化，從而由中性粒子、陽(yáng)離子、電子等聚合一起所組化，從而由中性粒子、陽(yáng)離子、電子等聚合一起所組成的氣體或蒸汽狀態(tài)。成的氣體或蒸汽狀態(tài)。2.12.1、電弧概論、電弧概論熱收縮效應(yīng)：弧柱為熱收縮效應(yīng)：弧柱為保持最小熱損失，收保持最小熱損失，收縮截面的行為?？s截面的行為。由于電弧中電流同向由于電弧中電流同

4、向并流，相互吸引，使并流，相互吸引，使得電弧內(nèi)壓力高于電得電弧內(nèi)壓力高于電弧外。弧外。陰極斑點(diǎn)的電流密度一陰極斑點(diǎn)的電流密度一般比弧柱高，因此緊挨般比弧柱高，因此緊挨陰極的弧柱部分由收縮陰極的弧柱部分由收縮力產(chǎn)生的壓力要比離開(kāi)力產(chǎn)生的壓力要比離開(kāi)陰極的弧柱高，該壓力陰極的弧柱高，該壓力促使氣流等離子流促使氣流等離子流從陰極吹向弧柱，速度從陰極吹向弧柱，速度可達(dá)可達(dá)1100m m/s s。電弧物理電弧物理2.1.3 2.1.3 陽(yáng)極陽(yáng)極2.12.1、電弧概論、電弧概論最短電弧路徑最短電弧路徑電弧物理電弧物理2.1.3 2.1.3 陽(yáng)極陽(yáng)極2.12.1、電弧概論、電弧概論 當(dāng)采用低熔點(diǎn)材料作陽(yáng)極時(shí)

5、當(dāng)采用低熔點(diǎn)材料作陽(yáng)極時(shí)(Fe(Fe、CuCu、A1A1等等) )，一旦陽(yáng)極表面某處有熔化和蒸，一旦陽(yáng)極表面某處有熔化和蒸發(fā)現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，由于金屬的電離能大大低于一般氣體的電離能，在有金屬蒸氣存發(fā)現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，由于金屬的電離能大大低于一般氣體的電離能，在有金屬蒸氣存在的地方，更容易產(chǎn)生熱電離而提供正離子流，電子流也更容易從這里進(jìn)入陽(yáng)極，在的地方，更容易產(chǎn)生熱電離而提供正離子流，電子流也更容易從這里進(jìn)入陽(yáng)極，陽(yáng)極表面上的導(dǎo)電區(qū)將在這里集中而形成陽(yáng)極斑點(diǎn)。陽(yáng)極表面上的導(dǎo)電區(qū)將在這里集中而形成陽(yáng)極斑點(diǎn)。 陽(yáng)極斑點(diǎn)形成：金屬蒸汽，電弧通過(guò)該點(diǎn)弧柱消耗能量較低陽(yáng)極斑點(diǎn)形成：金屬蒸汽，電弧通過(guò)該點(diǎn)弧柱消耗能量

6、較低電弧物理電弧物理2.1.4 2.1.4 陰極陰極2.12.1、電弧概論、電弧概論電弧物理電弧物理2.1.4 2.1.4 陰極陰極2.12.1、電弧概論、電弧概論 電離出來(lái)的電離出來(lái)的正離子與從弧柱正離子與從弧柱區(qū)來(lái)的正離子一區(qū)來(lái)的正離子一起向陰極運(yùn)動(dòng)起向陰極運(yùn)動(dòng), ,使正離子流占陰使正離子流占陰極區(qū)總電流的比極區(qū)總電流的比率大大增加。陰率大大增加。陰極區(qū)的電子流和極區(qū)的電子流和正離子流比率的正離子流比率的變化如圖變化如圖1-71-7所所示。示。電弧物理電弧物理2.1.4 2.1.4 陰極陰極陰極放電形式：陰極放電形式： 1. 1.熱陰極型，大電流，鎢、炭熱陰極型，大電流，鎢、炭 2. 2.

7、等離子陰極型，一般焊接電弧等離子陰極型，一般焊接電弧 3. 3.冷陰極型，銅、鐵冷陰極型，銅、鐵2.12.1、電弧概論、電弧概論電弧物理電弧物理2.1.4 2.1.4 電弧各種形態(tài)電弧各種形態(tài)2.12.1、電弧概論、電弧概論電弧物理電弧物理2.1.4 2.1.4 電弧各種形態(tài)電弧各種形態(tài)2.12.1、電弧概論、電弧概論電弧物理電弧物理2.2.1 2.2.1 自持放電自持放電 自持放電：不依賴外界電離條件，僅由外施電壓自持放電：不依賴外界電離條件，僅由外施電壓作用即可維持的一種氣體放電。作用即可維持的一種氣體放電。2.22.2、火花放電、輝光放電、火花放電、輝光放電 即使在普通狀態(tài)下，大氣中也存

8、在一些陰離子、陽(yáng)離子、電子。即使在普通狀態(tài)下，大氣中也存在一些陰離子、陽(yáng)離子、電子。OOA電流隨電壓增加而增大，電流隨電壓增加而增大，BCC為飽和狀態(tài)，自然產(chǎn)生的離子和電子都為飽和狀態(tài)，自然產(chǎn)生的離子和電子都已全部流向電極。在已全部流向電極。在D DE段加速的高速粒子撞擊中性氣體粒子電離產(chǎn)段加速的高速粒子撞擊中性氣體粒子電離產(chǎn)生一對(duì)新的電子和陽(yáng)離子生一對(duì)新的電子和陽(yáng)離子,為非自持放電。為非自持放電。氣體放電的形成需要具備兩個(gè)基本條件： 一是外施電壓，它使電極間隙的空間范圍內(nèi)呈現(xiàn)一定強(qiáng)度的電場(chǎng)； 二是外界電離因素，它在電極間隙中形成初始帶電粒子。 電弧物理電弧物理2.2.1 2.2.1 自持放電

9、自持放電 湯森德理論湯森德理論2.22.2、火花放電、輝光放電、火花放電、輝光放電 均勻電場(chǎng)中，氣體間隙的擊穿主均勻電場(chǎng)中，氣體間隙的擊穿主要由電子的碰撞電離和正離子撞擊陰要由電子的碰撞電離和正離子撞擊陰極表面造成的表面電離所引起。電子極表面造成的表面電離所引起。電子碰撞電離是氣體放電的主要原因，二碰撞電離是氣體放電的主要原因，二次電子來(lái)源于正離子撞擊陰極表面使次電子來(lái)源于正離子撞擊陰極表面使得陰極表面逸出電子，逸出電子是維得陰極表面逸出電子，逸出電子是維持氣體放電的必要條件。持氣體放電的必要條件。電弧物理電弧物理2.2.1 2.2.1 自持放電自持放電2.22.2、火花放電、輝光放電、火花放

10、電、輝光放電 電場(chǎng)強(qiáng)度不變電場(chǎng)強(qiáng)度不變電弧物理電弧物理2.2.1 2.2.1 自持放電自持放電 要實(shí)現(xiàn)自持放電不需存在由陽(yáng)離子引起的電離。要實(shí)現(xiàn)自持放電不需存在由陽(yáng)離子引起的電離。原因有：原因有：(a)(a)陽(yáng)離子和氣體離子的碰撞電離一般稱為陽(yáng)離子和氣體離子的碰撞電離一般稱為作用）作用）(b)(b)陽(yáng)離子撞擊陰極使之發(fā)射電子一般稱為陽(yáng)離子撞擊陰極使之發(fā)射電子一般稱為作用）作用）(c)(c)陽(yáng)離子同陰離子復(fù)合時(shí)釋放光能而引起的陰極電陽(yáng)離子同陰離子復(fù)合時(shí)釋放光能而引起的陰極電子發(fā)射。子發(fā)射。(d)(d)在陰極附近，陽(yáng)離子造成空間電荷增多，由其形在陰極附近，陽(yáng)離子造成空間電荷增多，由其形成電場(chǎng)所引起

11、的場(chǎng)致發(fā)射。成電場(chǎng)所引起的場(chǎng)致發(fā)射。(e)(e)陽(yáng)離子轟擊陰極時(shí)的能量加熱陰極，使之發(fā)射熱陽(yáng)離子轟擊陰極時(shí)的能量加熱陰極，使之發(fā)射熱電子。電子。2.22.2、火花放電、輝光放電、火花放電、輝光放電 (1)1de自持放電條件：自持放電條件：為一個(gè)陽(yáng)離子撞擊陰極時(shí)，從陰極飛出的電子數(shù)，為一個(gè)陽(yáng)離子撞擊陰極時(shí)，從陰極飛出的電子數(shù)， de一個(gè)電子從陰極到陽(yáng)極，將為增殖個(gè)數(shù)一個(gè)電子從陰極到陽(yáng)極，將為增殖個(gè)數(shù) 電弧物理電弧物理2.2.2 2.2.2 火花放電火花放電 火花放電：是一種擊穿電極間絕緣后向輝光或電火花放電：是一種擊穿電極間絕緣后向輝光或電弧等穩(wěn)定放電狀態(tài)轉(zhuǎn)變的過(guò)渡現(xiàn)象。弧等穩(wěn)定放電狀態(tài)轉(zhuǎn)變的過(guò)

12、渡現(xiàn)象。2.22.2、火花放電、輝光放電、火花放電、輝光放電 火花放電即將發(fā)生之前的電極間電壓，火花放電即將發(fā)生之前的電極間電壓，一般稱著火電壓一般稱著火電壓 。電弧物理電弧物理2.2.2 2.2.2 火花放電火花放電 2.22.2、火花放電、輝光放電、火花放電、輝光放電 HeHe、NeNe、ArAr氣體中電離電氣體中電離電位高，但著火電壓遠(yuǎn)低于位高，但著火電壓遠(yuǎn)低于空氣的著火電壓，因此更空氣的著火電壓，因此更容易進(jìn)行高頻引弧。容易進(jìn)行高頻引弧。電暈放電電暈放電: :氣體介質(zhì)在不均勻電場(chǎng)中的局部自持放電氣體介質(zhì)在不均勻電場(chǎng)中的局部自持放電, ,主要是由于電暈放電時(shí)空間電荷的積累和分布狀況主要是

13、由于電暈放電時(shí)空間電荷的積累和分布狀況不同所造成的。不同所造成的。電弧物理電弧物理2.2.3 2.2.3 空間電荷的影響空間電荷的影響 2.22.2、火花放電、輝光放電、火花放電、輝光放電 放電空間要產(chǎn)生陽(yáng)離子和電子，這些帶電放電空間要產(chǎn)生陽(yáng)離子和電子，這些帶電粒子沿電場(chǎng)力作用方向移動(dòng)，其結(jié)果要改粒子沿電場(chǎng)力作用方向移動(dòng)，其結(jié)果要改變電荷分布的狀態(tài)，從而出現(xiàn)局部為正或變電荷分布的狀態(tài)，從而出現(xiàn)局部為正或者為負(fù)的空間電荷。者為負(fù)的空間電荷。電弧物理電弧物理2.2.4 2.2.4 輝光放電輝光放電 2.22.2、火花放電、輝光放電、火花放電、輝光放電 輝光放電是稀薄氣體中的自激導(dǎo)電現(xiàn)象。輝光放電是

14、稀薄氣體中的自激導(dǎo)電現(xiàn)象。其物理機(jī)制是：放電管兩極的電壓加大到一定其物理機(jī)制是：放電管兩極的電壓加大到一定值時(shí)，稀薄氣體中的殘余正離子被電場(chǎng)加速，值時(shí)，稀薄氣體中的殘余正離子被電場(chǎng)加速，獲得足夠大的動(dòng)能去撞擊陰極，產(chǎn)生二次電子，獲得足夠大的動(dòng)能去撞擊陰極，產(chǎn)生二次電子，經(jīng)簇射過(guò)程形成大量帶電粒子，使氣體導(dǎo)電。經(jīng)簇射過(guò)程形成大量帶電粒子，使氣體導(dǎo)電。 特點(diǎn)是電流密度小，溫度不高，放電管內(nèi)特點(diǎn)是電流密度小，溫度不高，放電管內(nèi)產(chǎn)生明暗光區(qū)，管內(nèi)的氣體不同，輝光的顏色產(chǎn)生明暗光區(qū)，管內(nèi)的氣體不同，輝光的顏色也不同。也不同。電弧物理電弧物理2.2.4 2.2.4 輝光放電輝光放電 2.22.2、火花放電

15、、輝光放電、火花放電、輝光放電 電弧物理電弧物理2.2.5 2.2.5 輝光放電的伏安特性輝光放電的伏安特性 2.22.2、火花放電、輝光放電、火花放電、輝光放電 正常輝光區(qū)正常輝光區(qū)異常輝光區(qū)異常輝光區(qū)亞正常輝光區(qū)亞正常輝光區(qū)電壓相同的對(duì)應(yīng)點(diǎn)上，電子和電壓相同的對(duì)應(yīng)點(diǎn)上，電子和陽(yáng)離子均處于同樣的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。陽(yáng)離子均處于同樣的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 正常輝光的陰極壓降區(qū)長(zhǎng)度正常輝光的陰極壓降區(qū)長(zhǎng)度d是和壓力是和壓力P成反比的：成反比的： P X d=常數(shù)常數(shù)電弧物理電弧物理2.2.6 2.2.6 輝光放電的正柱輝光放電的正柱 2.22.2、火花放電、輝光放電、火花放電、輝光放電 正柱區(qū)電弧物理電弧物理2.2

16、.7 2.2.7 輝光放電向電弧放電的過(guò)渡輝光放電向電弧放電的過(guò)渡 2.22.2、火花放電、輝光放電、火花放電、輝光放電 從陽(yáng)離子撞擊陰極發(fā)射電子從陽(yáng)離子撞擊陰極發(fā)射電子到到熱電子發(fā)射熱電子發(fā)射陽(yáng)離子陽(yáng)離子輝光放電到電弧放電原因之一是金輝光放電到電弧放電原因之一是金屬蒸汽進(jìn)入了正柱區(qū)屬蒸汽進(jìn)入了正柱區(qū)電弧物理電弧物理2.3.1 2.3.1 弧柱中的電子流和離子流弧柱中的電子流和離子流 沿著弧長(zhǎng)方向的任意位置沿著弧長(zhǎng)方向的任意位置x x處的電位是處的電位是V V，電位梯，電位梯度是度是X X，電荷密度是，電荷密度是，滿足泊松方程：，滿足泊松方程： 2.32.3、電弧弧柱現(xiàn)象、電弧弧柱現(xiàn)象24VX

17、xx 在空間中電子和陽(yáng)離子構(gòu)成的總電荷密度為零：在空間中電子和陽(yáng)離子構(gòu)成的總電荷密度為零：0VXaxVaxb電弧物理電弧物理2.3.1 2.3.1 弧柱中的電子流和離子流弧柱中的電子流和離子流 因此弧柱中的電流由電子流因此弧柱中的電流由電子流IeIe和陽(yáng)離子流和陽(yáng)離子流IiIi構(gòu)成?？傠娏鳛闃?gòu)成?？傠娏鳛?I= Ie + Ii I= Ie + Ii 陽(yáng)離子運(yùn)動(dòng)速度比電子速度小陽(yáng)離子運(yùn)動(dòng)速度比電子速度小的多的多 IIe IIe 2.32.3、電弧弧柱現(xiàn)象、電弧弧柱現(xiàn)象電子流約為陽(yáng)離子的電子流約為陽(yáng)離子的10001000倍倍熱運(yùn)動(dòng)電流約為電場(chǎng)電流的熱運(yùn)動(dòng)電流約為電場(chǎng)電流的100100倍倍電弧物理電

18、弧物理2.3.2 2.3.2 弧柱熱量的輸入和耗散弧柱熱量的輸入和耗散 熱損失形式有：傳導(dǎo)、對(duì)流和發(fā)射熱損失形式有：傳導(dǎo)、對(duì)流和發(fā)射2.32.3、電弧弧柱現(xiàn)象、電弧弧柱現(xiàn)象重力、浮力、對(duì)流重力、浮力、對(duì)流電弧物理電弧物理2.3.3 2.3.3 弧柱的電流弧柱的電流 大氣中電弧的弧柱往往與外圍有一個(gè)比較分明的大氣中電弧的弧柱往往與外圍有一個(gè)比較分明的邊界，距發(fā)亮部分幾邊界，距發(fā)亮部分幾mmmm處的溫度幾乎與環(huán)境溫度一樣。處的溫度幾乎與環(huán)境溫度一樣。2.32.3、電弧弧柱現(xiàn)象、電弧弧柱現(xiàn)象電弧物理電弧物理2.3.4 2.3.4 弧柱溫度弧柱溫度 2.32.3、電弧弧柱現(xiàn)象、電弧弧柱現(xiàn)象 大氣中炭極

19、電弧，當(dāng)電流大氣中炭極電弧，當(dāng)電流50A50A尚未產(chǎn)生尚未產(chǎn)生自收縮現(xiàn)象時(shí)，中性溫度大約是自收縮現(xiàn)象時(shí)，中性溫度大約是7000K7000K，當(dāng)，當(dāng)電流大于電流大于80A80A將產(chǎn)生自收縮現(xiàn)象，溫度可超將產(chǎn)生自收縮現(xiàn)象，溫度可超過(guò)過(guò)10000K10000K。電弧物理電弧物理2.3.5 2.3.5 弧柱的溫度分布弧柱的溫度分布 2.32.3、電弧弧柱現(xiàn)象、電弧弧柱現(xiàn)象電弧物理電弧物理2.3.5 2.3.5 弧柱的溫度分布弧柱的溫度分布 2.32.3、電弧弧柱現(xiàn)象、電弧弧柱現(xiàn)象電弧物理電弧物理2.3.6 2.3.6 氣體電弧和蒸汽電弧氣體電弧和蒸汽電弧2.3.7 2.3.7 焊接電弧的溫度焊接電弧的

20、溫度2.3.8 2.3.8 弧柱的電導(dǎo)率和導(dǎo)熱率弧柱的電導(dǎo)率和導(dǎo)熱率電流密度有：電流密度有： 2.32.3、電弧弧柱現(xiàn)象、電弧弧柱現(xiàn)象2/8/eeeeeeeje n KXe nXe nXmktmCe1=,nneiQn Qn Q為有效截面積221/8/8/eeenneie nmkte nmktn Qn Q電導(dǎo)率有：電導(dǎo)率有：/ j X電弧物理電弧物理2.3.8 2.3.8 弧柱的電導(dǎo)率和導(dǎo)熱率弧柱的電導(dǎo)率和導(dǎo)熱率 2.32.3、電弧弧柱現(xiàn)象、電弧弧柱現(xiàn)象22221/8/8/1/1/8/8/11/=nneieeenneiennnneieeenneieeiin Qn Qe nmkte nmktn Q

21、n QnTn Qn Qn Qe nmkte nmktn Qn QnTn QTQ低溫時(shí)低溫時(shí)高溫時(shí)高溫時(shí)電弧物理電弧物理2.3.8 2.3.8 弧柱的電導(dǎo)率和導(dǎo)熱率弧柱的電導(dǎo)率和導(dǎo)熱率 2.32.3、電弧弧柱現(xiàn)象、電弧弧柱現(xiàn)象在在8000800010000K10000K附近急劇升高，這是因?yàn)樵谠摐囟确秶鷥?nèi)電流急劇附近急劇升高，這是因?yàn)樵谠摐囟确秶鷥?nèi)電流急劇進(jìn)行所致。進(jìn)行所致。電弧物理電弧物理2.3.8 2.3.8 弧柱的電導(dǎo)率和導(dǎo)熱率弧柱的電導(dǎo)率和導(dǎo)熱率 2.32.3、電弧弧柱現(xiàn)象、電弧弧柱現(xiàn)象在分子分解為原子的溫度附近，分解后的原子要向在分子分解為原子的溫度附近，分解后的原子要向“冷的部分?jǐn)U散

22、，而冷的部分?jǐn)U散，而“冷的部分的分子也要擴(kuò)散過(guò)來(lái)，從而造成這一部分的分解吸熱，所以要冷的部分的分子也要擴(kuò)散過(guò)來(lái)，從而造成這一部分的分解吸熱，所以要增強(qiáng)傳導(dǎo)作用。包括電離過(guò)程也是這樣。增強(qiáng)傳導(dǎo)作用。包括電離過(guò)程也是這樣。電弧物理電弧物理2.3.9 2.3.9 弧柱徑向溫度分布的考察弧柱徑向溫度分布的考察 2.32.3、電弧弧柱現(xiàn)象、電弧弧柱現(xiàn)象00222log RS22(1) PQ4TTaadTKrXIdrXI drXIrKdTrrXJrTTKr 線線電弧物理電弧物理2.3.9 2.3.9 弧柱徑向溫度分布的考察弧柱徑向溫度分布的考察 2.32.3、電弧弧柱現(xiàn)象、電弧弧柱現(xiàn)象電弧物理電弧物理2.

23、3.10 2.3.10 大電流高溫弧柱的特性大電流高溫弧柱的特性2.3.11 2.3.11 弧柱徑向電場(chǎng)弧柱徑向電場(chǎng)-弧柱的擴(kuò)展弧柱的擴(kuò)展 2.32.3、電弧弧柱現(xiàn)象、電弧弧柱現(xiàn)象電弧物理電弧物理2.3.12 2.3.12 最小電壓原理最小電壓原理 最小電壓原理：電弧在穩(wěn)定燃燒時(shí)，有一種使其自最小電壓原理：電弧在穩(wěn)定燃燒時(shí)，有一種使其自身能量消耗最小的特性，即當(dāng)電流和電弧周圍的條件身能量消耗最小的特性，即當(dāng)電流和電弧周圍的條件氣體介質(zhì)、溫度、壓力一定時(shí)，穩(wěn)定燃燒的電弧氣體介質(zhì)、溫度、壓力一定時(shí)，穩(wěn)定燃燒的電弧將選擇一個(gè)確定的導(dǎo)電截面，使電弧的能量消耗最少。將選擇一個(gè)確定的導(dǎo)電截面，使電弧的能量

24、消耗最少。當(dāng)電弧長(zhǎng)度也是定值的時(shí)候，電場(chǎng)強(qiáng)度的大小即代表當(dāng)電弧長(zhǎng)度也是定值的時(shí)候，電場(chǎng)強(qiáng)度的大小即代表了電弧產(chǎn)熱量的大小，因此，能量消耗最小的時(shí)候電了電弧產(chǎn)熱量的大小，因此，能量消耗最小的時(shí)候電場(chǎng)強(qiáng)度最低，即在固定弧長(zhǎng)上的電壓降最小，這就是場(chǎng)強(qiáng)度最低，即在固定弧長(zhǎng)上的電壓降最小，這就是最小電壓原理最小電壓原理 弧柱電場(chǎng)強(qiáng)度弧柱電場(chǎng)強(qiáng)度E E）：弧柱單位長(zhǎng)度上的電壓降）：弧柱單位長(zhǎng)度上的電壓降 意義：意義：E E的大小表征電弧弧柱的導(dǎo)電能力。的大小表征電弧弧柱的導(dǎo)電能力。 電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度E E和電流和電流I I的乘積的乘積EIEI相當(dāng)于電源供給單位弧相當(dāng)于電源供給單位弧長(zhǎng)的電功率，他與弧柱的熱

25、損失相平衡。長(zhǎng)的電功率，他與弧柱的熱損失相平衡。2.32.3、電弧弧柱現(xiàn)象、電弧弧柱現(xiàn)象電弧物理電弧物理2.3.12 2.3.12 最小電壓原理最小電壓原理電流和電弧周圍條件一定時(shí)，如果電弧截面面積大于電流和電弧周圍條件一定時(shí)，如果電弧截面面積大于或小于其自動(dòng)確定的截面，就會(huì)引起電場(chǎng)強(qiáng)度的增大，或小于其自動(dòng)確定的截面，就會(huì)引起電場(chǎng)強(qiáng)度的增大，是消耗的能量增多，違反最小電壓原理。是消耗的能量增多，違反最小電壓原理。面積增大面積增大面積減小面積減小最小能量原理最小能量原理2.32.3、電弧弧柱現(xiàn)象、電弧弧柱現(xiàn)象對(duì)于并聯(lián)的電阻，回路中流對(duì)于并聯(lián)的電阻，回路中流過(guò)電流時(shí)，電流將以產(chǎn)生電過(guò)電流時(shí)，電流將

26、以產(chǎn)生電損失為最小的方式分流流過(guò)損失為最小的方式分流流過(guò)能量最小原理），這和最能量最小原理），這和最小電壓原理的含義是一樣的。小電壓原理的含義是一樣的。電弧物理電弧物理2.3.13 2.3.13 鋁鋁MIGMIG焊的弧柱溫度焊的弧柱溫度2.32.3、電弧弧柱現(xiàn)象、電弧弧柱現(xiàn)象金金屬屬蒸蒸汽汽小小電電離離氣氣體體大大金金屬屬蒸蒸汽汽大大電電離離氣氣體體小小電弧物理電弧物理2.42.4、探極法、探極法電弧物理電弧物理2.42.4、探極法、探極法電弧物理電弧物理2.42.4、探極法、探極法電弧物理電弧物理2.42.4、探極法、探極法電弧物理電弧物理2.42.4、探極法、探極法電弧物理電弧物理2.52

27、.5、陽(yáng)極現(xiàn)象、陽(yáng)極現(xiàn)象2.5.1 2.5.1 陽(yáng)極壓降區(qū)陽(yáng)極壓降區(qū)場(chǎng)致電流和熱電離場(chǎng)致電流和熱電離炭極壓降在炭極壓降在50A50A，表面溫度，表面溫度4000K4000K壓降電壓壓降電壓19V19V，區(qū)域，區(qū)域長(zhǎng)度長(zhǎng)度3.4X10(-3)cm.3.4X10(-3)cm.電流增加，陽(yáng)極壓降將降低。電流增加，陽(yáng)極壓降將降低。在電離區(qū)，由于長(zhǎng)度小于電子平均自由程，幾乎所有電子直接進(jìn)入在電離區(qū)，由于長(zhǎng)度小于電子平均自由程，幾乎所有電子直接進(jìn)入陽(yáng)極，只有陽(yáng)極，只有0.1%0.1%的電子成功發(fā)生碰撞電離。的電子成功發(fā)生碰撞電離。電弧物理電弧物理2.52.5、陽(yáng)極現(xiàn)象、陽(yáng)極現(xiàn)象2.5.2 2.5.2 陽(yáng)極

28、壓降陽(yáng)極壓降VAVA電弧物理電弧物理2.52.5、陽(yáng)極現(xiàn)象、陽(yáng)極現(xiàn)象2.5.3 2.5.3 以以TIGTIG電弧伏安特性研究電弧伏安特性研究VAVA電弧物理電弧物理2.52.5、陽(yáng)極現(xiàn)象、陽(yáng)極現(xiàn)象2.5.5 2.5.5 陽(yáng)極輸入功率陽(yáng)極輸入功率產(chǎn)生于陽(yáng)極的電弧熱能：產(chǎn)生于陽(yáng)極的電弧熱能：2.5.6 2.5.6 陽(yáng)極溫度陽(yáng)極溫度陽(yáng)極的熔化和蒸發(fā)陽(yáng)極的熔化和蒸發(fā)碳電極的陽(yáng)極溫度：電流密度碳電極的陽(yáng)極溫度：電流密度80A/CM280A/CM2，實(shí)際溫度為，實(shí)際溫度為390039004200K4200K，金屬電極的溫度：陽(yáng)極比陰極高金屬電極的溫度：陽(yáng)極比陰極高()AAWTPVVVI電弧物理電弧物理2.

29、52.5、陽(yáng)極現(xiàn)象、陽(yáng)極現(xiàn)象2.5.4 2.5.4 陽(yáng)極斑點(diǎn)及其電流密度陽(yáng)極斑點(diǎn)及其電流密度2.5.7 2.5.7 陽(yáng)極斑點(diǎn)的不連續(xù)移動(dòng)陽(yáng)極斑點(diǎn)的不連續(xù)移動(dòng)電弧物理電弧物理2.52.5、陽(yáng)極現(xiàn)象、陽(yáng)極現(xiàn)象2.5.4 2.5.4 陽(yáng)極斑點(diǎn)及其電流密度陽(yáng)極斑點(diǎn)及其電流密度2.5.7 2.5.7 陽(yáng)極斑點(diǎn)的不連續(xù)移動(dòng)陽(yáng)極斑點(diǎn)的不連續(xù)移動(dòng)電弧物理電弧物理2.52.5、陽(yáng)極現(xiàn)象、陽(yáng)極現(xiàn)象2.5.8 2.5.8 炭極電弧陽(yáng)極斑點(diǎn)的收縮和虛聲弧的產(chǎn)生炭極電弧陽(yáng)極斑點(diǎn)的收縮和虛聲弧的產(chǎn)生當(dāng)電弧電流增加時(shí)，陽(yáng)極斑當(dāng)電弧電流增加時(shí)，陽(yáng)極斑點(diǎn)電流密度達(dá)點(diǎn)電流密度達(dá)50000A/CM250000A/CM2，陽(yáng)極斑點(diǎn)做

30、不規(guī)則的高速游陽(yáng)極斑點(diǎn)做不規(guī)則的高速游動(dòng)，電弧發(fā)出動(dòng)，電弧發(fā)出“噓噓噓噓聲，聲，電弧電壓發(fā)生突將，頻率為電弧電壓發(fā)生突將，頻率為1000100020002000次次/ /秒，范圍在秒，范圍在35 35 60V 60V。電弧物理電弧物理2.62.6、陰極現(xiàn)象、陰極現(xiàn)象2.6.1 2.6.1 陰極區(qū)概論陰極區(qū)概論2.6.2 2.6.2 陰極壓降陰極壓降 碰撞電離碰撞電離 熱電離熱電離 場(chǎng)致電離場(chǎng)致電離 ( (低勢(shì)壘材料：銅，冷陰極低勢(shì)壘材料：銅，冷陰極) )電弧物理電弧物理2.62.6、陰極現(xiàn)象、陰極現(xiàn)象2.6.1 2.6.1 陰極區(qū)概論陰極區(qū)概論2.6.2 2.6.2 陰極壓降陰極壓降 VKK隨著電流的增加而減小，隨著電流的增加而減小，但在大電流時(shí)，陰極壓降與但在大電流時(shí)，陰極壓降與氣壓無(wú)關(guān)，為一定值：氣壓無(wú)關(guān)，為一定值：66.50.775V。電弧物理電弧物理2.62.6、陰極現(xiàn)象、陰極現(xiàn)象2.6.3 2.6.3 陰極斑點(diǎn)及其電流密度陰極斑點(diǎn)及其電流密度陰極斑點(diǎn)的形成條件陰極斑點(diǎn)的形成條件: :1 1具有發(fā)射電子的條件場(chǎng)發(fā)射和熱發(fā)射）具有發(fā)射電子的條件場(chǎng)發(fā)射和熱發(fā)射）2 2電弧通過(guò)該點(diǎn)時(shí)弧柱能量消耗最小電弧通過(guò)該點(diǎn)