《焊接電弧及其特性》課件

焊接電弧及其特性焊接電弧是一種高溫等離子體，是焊接過程中最重要的部分。電弧產(chǎn)生的高溫使焊絲和母材熔化，形成熔池，冷卻后形成焊縫。課程簡介焊接技術(shù)焊接是連接金屬材料的重要技術(shù)。焊接電弧是焊接過程中的關(guān)鍵要素。焊接電弧焊接電弧是焊接過程中的能量來源。了解焊接電弧的特性對于有效地進(jìn)行焊接至關(guān)重要。課程內(nèi)容本課程將深入探討焊接電弧的特性，包括電弧電流、電弧電壓和電弧長度等因素。什么是焊接電??？焊接電弧是指在金屬材料之間建立的電弧放電現(xiàn)象，是焊接過程中的一種重要能量來源。焊接電弧的產(chǎn)生需要兩個(gè)電極之間形成氣體電離通道，并通過電弧放電來加熱金屬材料，使其熔化并形成焊縫。焊接電弧的主要特性1高溫焊接電弧溫度極高，可達(dá)數(shù)千攝氏度，能熔化金屬。2高能電弧具有很高的能量密度，能夠?qū)崃考械胶附訁^(qū)域，形成熔池。3電離氣體電弧是由電離氣體組成的，其中包含大量的自由電子和離子。4導(dǎo)電性電弧具有良好的導(dǎo)電性能，可以將電流從電極傳導(dǎo)到工件。電弧電流的特性焊接電弧電流是指流過電極和工件之間的電弧的電流。它是焊接過程中最重要的參數(shù)之一，直接影響著焊接過程的穩(wěn)定性、焊接熔深和焊接速度等。焊接電流的特性主要包括以下幾個(gè)方面：焊接電流隨時(shí)間變化的曲線圖電弧電壓的特性電弧電壓變化電弧長度電弧電流線性增長增加增加非線性增長降低降低焊接電弧電壓是指焊接電源正負(fù)極之間的電壓，是維持電弧燃燒的必要條件。電弧電壓受電弧長度、電弧電流和電極材料等因素的影響，通常隨著電弧長度的增加而增加，而隨著電弧電流的增加而降低。電弧長度的特性電弧長度是影響電弧特性和焊接質(zhì)量的重要因素之一。電弧長度的變化會(huì)直接影響電弧電壓、電流密度、熱量分布、熔化金屬的熔深和熔寬等關(guān)鍵參數(shù)。1-5mm短電弧高電流密度，高溫集中，熔深深，熔寬窄5-10mm中等電弧電流密度適中，高溫分布較均勻，熔深和熔寬適中10mm以上長電弧電流密度低，高溫分散，熔深淺，熔寬寬電弧穩(wěn)定性的特性電弧穩(wěn)定性是指焊接電弧在焊接過程中保持穩(wěn)定的燃燒狀態(tài)的能力。穩(wěn)定性對焊接質(zhì)量至關(guān)重要，不穩(wěn)定的電弧會(huì)導(dǎo)致焊接接頭質(zhì)量下降，甚至產(chǎn)生焊接缺陷。電弧的穩(wěn)定性受多種因素影響，如電源參數(shù)、電極結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)、保護(hù)氣體成分等。電弧的物理過程1高溫電離高溫使氣體原子發(fā)生電離，產(chǎn)生大量自由電子和離子。2電子遷移自由電子在電場作用下定向移動(dòng)，形成電流。3能量傳遞電子與氣體原子碰撞，傳遞能量，使更多原子電離。4持續(xù)發(fā)光電離氣體持續(xù)放電，發(fā)出高溫、高亮度的光。電弧形成的物理過程是復(fù)雜的，它涉及多種物理現(xiàn)象。電弧中的高溫使氣體原子發(fā)生電離，形成等離子體，其中電子在電場作用下定向移動(dòng)，形成電流。電子與氣體原子碰撞，傳遞能量，使更多原子電離，形成一個(gè)持續(xù)發(fā)光、放電的等離子體通道。離子化過程電極材料焊接電弧形成的關(guān)鍵步驟是電極材料的蒸發(fā)。高溫下，電極材料的原子會(huì)被激發(fā)到高能級(jí)，失去電子，形成離子。氣體分子焊接環(huán)境中的氣體分子也會(huì)被電場加速，與電極材料的原子或離子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生更多的離子。自由電子這些被激發(fā)的原子和離子帶電，形成自由電子和離子，構(gòu)成電弧等離子體。電子輻射過程1電子躍遷高能電子釋放能量。2光子發(fā)射能量以光子形式釋放。3電磁輻射電磁波形式釋放。4電弧光可見光和紅外輻射。電弧中電子受激發(fā)后躍遷到高能級(jí)，然后釋放能量回到低能級(jí)，這一過程產(chǎn)生電磁輻射。電弧光主要是電子躍遷產(chǎn)生的可見光和紅外輻射。電弧熱量分布特性集中熱量分布電弧熱量主要集中在電弧柱中心區(qū)域，溫度最高。熱量向外逐漸衰減，在電弧邊緣區(qū)域溫度最低。熱量傳遞方式電弧熱量主要通過熱傳導(dǎo)、熱輻射和對流傳遞給焊件。其中，熱輻射是電弧熱量傳遞的主要方式。電弧溫度分布電弧溫度在橫截面上呈現(xiàn)不均勻分布。電弧中心溫度最高，約為10,000-20,000℃。電弧邊緣溫度較低，約為5,000-10,000℃。電弧溫度的分布與電弧電流、電弧長度和保護(hù)氣體等因素有關(guān)。電弧等離子體的特性電離氣體電弧等離子體是指電弧中高溫電離的氣體，具有很高的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率。導(dǎo)電性等離子體中存在大量自由電子和離子，可以有效地導(dǎo)電。熱傳遞高溫等離子體能以高熱能傳遞到工件，熔化金屬并形成焊縫。等離子體的溫度焊接電弧等離子體的溫度非常高，可達(dá)數(shù)千攝氏度。這主要是因?yàn)殡娀》烹娺^程中電子與原子碰撞產(chǎn)生的熱量。10,000攝氏度溫度取決于電流、電壓和電弧長度等因素。15,000高溫高溫等離子體具有很高的能量，可用于熔化金屬。等離子體的電導(dǎo)率等離子體電導(dǎo)率是衡量其導(dǎo)電能力的指標(biāo)，其數(shù)值與電子濃度和電子遷移率成正比。10^6S/m等離子體電導(dǎo)率通常遠(yuǎn)高于金屬材料，可達(dá)10^6S/m或更高。10^3S/m焊接電弧等離子體的電導(dǎo)率通常在10^3到10^6S/m之間。電導(dǎo)率的數(shù)值會(huì)根據(jù)溫度、壓力和組成等因素而變化。等離子體的輻射特性特性描述光輻射等離子體發(fā)出強(qiáng)烈的可見光和紫外線輻射，這是由于電子躍遷產(chǎn)生的。熱輻射等離子體溫度高，會(huì)向周圍環(huán)境輻射大量的熱量，這可以通過電弧的熱量分布來觀察。焊接電弧形態(tài)特點(diǎn)集中式電弧電弧集中，能量密度高，熱量集中在熔池區(qū)域。分散式電弧電弧分散，能量密度低，熱量擴(kuò)散到周圍區(qū)域。局部集中電弧電弧在部分區(qū)域集中，其他區(qū)域分散，適用于需要局部加熱的焊接工藝。集中式電弧集中式電弧是指電弧集中在一個(gè)相對較小的區(qū)域內(nèi)，熱量集中，能量密度高。在焊接過程中，集中式電弧通常出現(xiàn)在直流正接焊接或電弧長度較短的情況下。集中式電弧的熱量集中，可以使焊接熔池快速形成，提高焊接效率，但也容易產(chǎn)生熔池過熱和燒穿。分散式電弧電弧柱呈彌散狀，電弧集中度低。熱量分散，熱效率低，電弧不穩(wěn)定，容易熄滅。常用于焊接薄板，需要較高的熱效率和穩(wěn)定性時(shí)，需要采用其他措施。局部集中電弧局部集中電弧是指電弧能量集中在電極尖端附近，形成一個(gè)相對較小的、高能量密度的區(qū)域。這種電弧在焊接過程中可以有效地提高焊接效率，并減少熱量損失。局部集中電弧通常用于薄板焊接或需要精確控制熱量輸入的場合，例如激光焊接或電子元件的焊接。電弧穩(wěn)定性影響因素電源參數(shù)電源參數(shù)，如焊接電流、電壓等，會(huì)直接影響電弧的穩(wěn)定性。例如，焊接電流過低，電弧容易熄滅；電流過高，電弧容易產(chǎn)生過熱或飛濺。電極結(jié)構(gòu)電極的結(jié)構(gòu)，如材料、形狀、尺寸等，也會(huì)影響電弧的穩(wěn)定性。例如，電極材料的熔點(diǎn)、電離能等，會(huì)影響電弧的溫度和穩(wěn)定性。電源參數(shù)焊接電流焊接電流的大小決定焊接電弧的能量，從而影響熔池的尺寸和焊縫的形狀。焊接電壓焊接電壓決定焊接電弧的長度和穩(wěn)定性，影響焊接的熔深和焊縫的質(zhì)量。焊接電源特性不同的焊接電源具有不同的電流特性，例如恒流、恒壓或混合特性，影響焊接的穩(wěn)定性和操作性。電極結(jié)構(gòu)1電極材料電極材料直接影響電弧的穩(wěn)定性和焊接質(zhì)量。2電極形狀電極形狀影響電弧的集中度和熱量分布。3電極尺寸電極尺寸決定了焊接電流和電弧長度，影響焊接速度和熔深。4電極涂層電極涂層可以穩(wěn)定電弧，提高焊接效率，并改善焊接質(zhì)量。工藝參數(shù)焊接電流焊接電流是電弧放電過程中流經(jīng)電極和工件的電流。焊接電流的大小直接影響焊接熔池的大小和形狀，進(jìn)而影響焊接接頭的質(zhì)量。焊接電壓焊接電壓是指電弧燃燒時(shí)電極和工件之間的電壓。焊接電壓決定了電弧的能量，進(jìn)而影響電弧的溫度和熔化速度。焊接速度焊接速度是指電弧在工件上移動(dòng)的速度。焊接速度影響焊接接頭的寬度和厚度，同時(shí)也會(huì)影響焊接接頭的熔透深度。焊接時(shí)間焊接時(shí)間是指電弧持續(xù)燃燒的時(shí)間。焊接時(shí)間影響焊接接頭的熱量輸入，進(jìn)而影響焊接接頭的強(qiáng)度和韌性。保護(hù)氣體成分保護(hù)氣體種類焊接時(shí)，選擇合適的保護(hù)氣體至關(guān)重要。惰性氣體：氬氣、氦氣活性氣體：二氧化碳、氧氣混合氣體：氬氣+二氧化碳，氬氣+氧氣保護(hù)氣體功能保護(hù)氣體在電弧周圍形成一層保護(hù)層，防止熔池氧化。減少熔池氧化提高焊縫質(zhì)量穩(wěn)定電弧燃燒氣體流量氣體流量影響保護(hù)效果，應(yīng)根據(jù)焊縫尺寸和焊接工藝進(jìn)行調(diào)整。流量不足，保護(hù)效果差流量過大，浪費(fèi)氣體氣體純度氣體純度直接影響焊接質(zhì)量，應(yīng)選擇高純度的保護(hù)氣體。純度低，電弧不穩(wěn)定，焊縫質(zhì)量下降電弧穩(wěn)定性的改善措施調(diào)整電源參數(shù)電源參數(shù)的調(diào)整可以改變電弧的電壓和電流，從而影響電弧的穩(wěn)定性。優(yōu)化電極結(jié)構(gòu)改變電