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1、会计学1模块一项目焊接电弧的组成及热量分布模块一项目焊接电弧的组成及热量分布目录目录一、阴极区二、阳极区三、弧柱电弧四、电弧电压第1页/共17页课堂引入：课堂引入：由焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间或电极与母材间，由焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间或电极与母材间，由焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间或电极与母材间，由焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间或电极与母材间，在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象，称为焊接电弧。焊在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象，称为焊接电弧。焊在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象，称为焊接电弧。焊在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象，称为
2、焊接电弧。焊接电弧是一种特殊的气体放电现象，它与日常所见的气体放电现接电弧是一种特殊的气体放电现象，它与日常所见的气体放电现接电弧是一种特殊的气体放电现象，它与日常所见的气体放电现接电弧是一种特殊的气体放电现象，它与日常所见的气体放电现象（如拉合电源刀开关时产生的火花）的区别在于：焊接电弧能象（如拉合电源刀开关时产生的火花）的区别在于：焊接电弧能象（如拉合电源刀开关时产生的火花）的区别在于：焊接电弧能象（如拉合电源刀开关时产生的火花）的区别在于：焊接电弧能连续持久地产生强烈的光和大量的热量。电弧焊就是依靠焊接电连续持久地产生强烈的光和大量的热量。电弧焊就是依靠焊接电连续持久地产生强烈的光和大量
3、的热量。电弧焊就是依靠焊接电连续持久地产生强烈的光和大量的热量。电弧焊就是依靠焊接电弧把电能转变为焊接过程所需的热能来熔化金属，从而达到连接弧把电能转变为焊接过程所需的热能来熔化金属，从而达到连接弧把电能转变为焊接过程所需的热能来熔化金属，从而达到连接弧把电能转变为焊接过程所需的热能来熔化金属，从而达到连接金属的目的。金属的目的。金属的目的。金属的目的。第2页/共17页项目项目2 2焊接电弧的组成及热量分布焊接电弧的组成及热量分布 焊焊焊焊接接接接电电电电弧弧弧弧是是是是由由由由阴阴阴阴极极极极区区区区、阳阳阳阳极极极极区区区区、弧弧弧弧柱柱柱柱区区区区三三三三个个个个部部部部分分分分组组组组
4、成成成成的的的的，这这这这三三三三个个个个部部部部分分分分产产产产生生生生的热量和温度的分布是不均匀的，如下图所示的热量和温度的分布是不均匀的，如下图所示的热量和温度的分布是不均匀的，如下图所示的热量和温度的分布是不均匀的，如下图所示第3页/共17页一、阴极区一、阴极区 阴极区阴极区阴极区阴极区 电弧紧靠负电极的区域称为阴极区，阴极区很窄，在阴极区的阴极电弧紧靠负电极的区域称为阴极区，阴极区很窄，在阴极区的阴极电弧紧靠负电极的区域称为阴极区，阴极区很窄，在阴极区的阴极电弧紧靠负电极的区域称为阴极区，阴极区很窄，在阴极区的阴极表面有一个明亮的斑点，称为表面有一个明亮的斑点，称为表面有一个明亮的斑
5、点，称为表面有一个明亮的斑点，称为阴极斑点阴极斑点阴极斑点阴极斑点。它是阴极表面上电子发射的发源地，。它是阴极表面上电子发射的发源地，。它是阴极表面上电子发射的发源地，。它是阴极表面上电子发射的发源地，也是阴极区温度最高的地方。也是阴极区温度最高的地方。也是阴极区温度最高的地方。也是阴极区温度最高的地方。从阴极斑点发射出来的电子，受电场的作用迅速向阳极移动，电弧中被电从阴极斑点发射出来的电子，受电场的作用迅速向阳极移动，电弧中被电从阴极斑点发射出来的电子，受电场的作用迅速向阳极移动，电弧中被电从阴极斑点发射出来的电子，受电场的作用迅速向阳极移动，电弧中被电离的微粒则向阴极移动。由于阳离子的质量
6、比电子的质量大，因此阳离子的离的微粒则向阴极移动。由于阳离子的质量比电子的质量大，因此阳离子的离的微粒则向阴极移动。由于阳离子的质量比电子的质量大，因此阳离子的离的微粒则向阴极移动。由于阳离子的质量比电子的质量大，因此阳离子的运动速度比电子慢的多，结果在阴极表面富集的正电荷数量比负电荷数量大，运动速度比电子慢的多，结果在阴极表面富集的正电荷数量比负电荷数量大，运动速度比电子慢的多，结果在阴极表面富集的正电荷数量比负电荷数量大，运动速度比电子慢的多，结果在阴极表面富集的正电荷数量比负电荷数量大，所以在阳极表面附近空间形成了一层阳离子层。所以在阳极表面附近空间形成了一层阳离子层。所以在阳极表面附近
7、空间形成了一层阳离子层。所以在阳极表面附近空间形成了一层阳离子层。第4页/共17页 阴极区的温度一般达到阴极区的温度一般达到2 I002 I003 2303 230，放出的热量占焊接电，放出的热量占焊接电弧总热量的弧总热量的3636左右。阴极温度左右。阴极温度的高低主要取决于阴极的电极材的高低主要取决于阴极的电极材料。料。阴极区获得能量主要有：阴极区获得能量主要有：阳离子到达阴极区表面与电阳离子到达阴极区表面与电子复合成中性微粒时放出的能量；子复合成中性微粒时放出的能量；阳离子撞击阴极表面时析出的能阳离子撞击阴极表面时析出的能量。量。阴极区消耗的能量有：阴极区消耗的能量有：阴极发射电子消耗的能
8、量；阴极发射电子消耗的能量；阴极金属材料加热、熔化和蒸发阴极金属材料加热、熔化和蒸发消耗的能量。消耗的能量。第5页/共17页二、阳极区二、阳极区阳极区阳极区阳极区阳极区 电弧紧靠正电极的区域称为电弧紧靠正电极的区域称为电弧紧靠正电极的区域称为电弧紧靠正电极的区域称为阳极区阳极区阳极区阳极区，阳极区较阴极区宽，阳极区较阴极区宽，阳极区较阴极区宽，阳极区较阴极区宽，在阳极区的阳极表面也有光亮的斑点，称为在阳极区的阳极表面也有光亮的斑点，称为在阳极区的阳极表面也有光亮的斑点，称为在阳极区的阳极表面也有光亮的斑点，称为阳极斑点阳极斑点阳极斑点阳极斑点。它是电弧。它是电弧。它是电弧。它是电弧放电时，正电
9、极表面上集中接收电子的微小区域。阳极不发射电放电时，正电极表面上集中接收电子的微小区域。阳极不发射电放电时，正电极表面上集中接收电子的微小区域。阳极不发射电放电时，正电极表面上集中接收电子的微小区域。阳极不发射电子，消耗能量少，因此，阳极与阴极材料相同时，阳极区的温度子，消耗能量少，因此，阳极与阴极材料相同时，阳极区的温度子，消耗能量少，因此，阳极与阴极材料相同时，阳极区的温度子，消耗能量少，因此，阳极与阴极材料相同时，阳极区的温度要高于阴极区。要高于阴极区。要高于阴极区。要高于阴极区。阳极区的温度一般达阳极区的温度一般达阳极区的温度一般达阳极区的温度一般达233023302330233039
10、30393039303930，放出热量占焊接电弧总热，放出热量占焊接电弧总热，放出热量占焊接电弧总热，放出热量占焊接电弧总热量的量的量的量的43434343左右。左右。左右。左右。第6页/共17页阳极获得的能量主要有：阳极获得的能量主要有：阳极获得的能量主要有：阳极获得的能量主要有：电子撞击阳极时析出的能量和电子到达阳极发生复合时放出的能量。电子撞击阳极时析出的能量和电子到达阳极发生复合时放出的能量。电子撞击阳极时析出的能量和电子到达阳极发生复合时放出的能量。电子撞击阳极时析出的能量和电子到达阳极发生复合时放出的能量。阳极区消耗的能量有：阳极区消耗的能量有：阳极区消耗的能量有：阳极区消耗的能量
11、有：材料的熔化和蒸发消耗的能量，而不需要消耗发射电子的能量。材料的熔化和蒸发消耗的能量，而不需要消耗发射电子的能量。材料的熔化和蒸发消耗的能量，而不需要消耗发射电子的能量。材料的熔化和蒸发消耗的能量，而不需要消耗发射电子的能量。第7页/共17页三、三、弧柱电弧弧柱电弧弧柱弧柱 电弧阴极区和阳极区之间的部分称电弧阴极区和阳极区之间的部分称为为弧柱弧柱。由于阴极区和阳极区都很窄，因。由于阴极区和阳极区都很窄，因此，弧柱的长度基本上等于电弧长度。此，弧柱的长度基本上等于电弧长度。弧柱是自由电子、阴离子向阴极转移与阳离弧柱是自由电子、阴离子向阴极转移与阳离子向阴极转移的通路，也是发生电离作用子向阴极转
12、移的通路，也是发生电离作用以及电子、离子在转移的过程中发生相互以及电子、离子在转移的过程中发生相互复合的场所。复合的场所。第8页/共17页 弧柱中心温度可达弧柱中心温度可达弧柱中心温度可达弧柱中心温度可达5 3705 3705 3705 3707 7307 7307 7307 730，放出的热量占焊接电弧总，放出的热量占焊接电弧总，放出的热量占焊接电弧总，放出的热量占焊接电弧总热量的热量的热量的热量的2I2I2I2I左右。左右。左右。左右。在弧柱的径向温度分布是不均匀的，弧柱中心的电离度高、带在弧柱的径向温度分布是不均匀的，弧柱中心的电离度高、带在弧柱的径向温度分布是不均匀的，弧柱中心的电离度
13、高、带在弧柱的径向温度分布是不均匀的，弧柱中心的电离度高、带点质点密度大、导电性好，因而温度最高，越到外围温度越低。点质点密度大、导电性好，因而温度最高，越到外围温度越低。点质点密度大、导电性好，因而温度最高，越到外围温度越低。点质点密度大、导电性好，因而温度最高，越到外围温度越低。但沿弧长方向，温度分布是均匀的。但沿弧长方向，温度分布是均匀的。但沿弧长方向，温度分布是均匀的。但沿弧长方向，温度分布是均匀的。弧柱的温度与弧柱气体介质和焊接电流大小等因素有关；焊接弧柱的温度与弧柱气体介质和焊接电流大小等因素有关；焊接弧柱的温度与弧柱气体介质和焊接电流大小等因素有关；焊接弧柱的温度与弧柱气体介质和
14、焊接电流大小等因素有关；焊接电流越大，弧柱中电离程度也越大，弧柱温度也越高。电流越大，弧柱中电离程度也越大，弧柱温度也越高。电流越大，弧柱中电离程度也越大，弧柱温度也越高。电流越大，弧柱中电离程度也越大，弧柱温度也越高。第9页/共17页电弧径向温度分布示意图电弧径向温度分布示意图 a)w-cu电极间电弧等温线电极间电弧等温线,电流电流200A，电压，电压14.2v b)200A碳弧等温线碳弧等温线第10页/共17页不同电流时电弧径向温度分布不同电流时电弧径向温度分布第11页/共17页四电弧电压四电弧电压 通常我们测量出来的电弧电压时由阴极压降、阳极压降以及弧柱压降所组成的。当弧长一定时，电弧电
15、压的分布有下列公式：Uh=Uy+Uya+Uz式中：Uh电弧电压,VUy阴极压降,VUya阳极压降,VUz弧柱压降,V第12页/共17页课堂思考课堂思考1.1.弧柱温度为何比阴极区、阳极区高？弧柱温度为何比阴极区、阳极区高？弧柱温度为何比阴极区、阳极区高？弧柱温度为何比阴极区、阳极区高？阴极区和阳极区分别与焊条（焊丝）和工件相连，散热相对较快；阴极区和阳极区分别与焊条（焊丝）和工件相连，散热相对较快；阴极区和阳极区分别与焊条（焊丝）和工件相连，散热相对较快；阴极区和阳极区分别与焊条（焊丝）和工件相连，散热相对较快；弧柱内带电粒子受电场作用不断加速，产生激烈碰撞弧柱内带电粒子受电场作用不断加速，产
16、生激烈碰撞弧柱内带电粒子受电场作用不断加速，产生激烈碰撞弧柱内带电粒子受电场作用不断加速，产生激烈碰撞2.2.为何弧柱区的总电流由约占为何弧柱区的总电流由约占为何弧柱区的总电流由约占为何弧柱区的总电流由约占99.9%99.9%的电子流和约占的电子流和约占的电子流和约占的电子流和约占0.1%0.1%的正离子组成？的正离子组成？的正离子组成？的正离子组成？单位体积内正负带电粒子数量相等，从整体看，弧柱呈电中性。单位体积内正负带电粒子数量相等，从整体看，弧柱呈电中性。单位体积内正负带电粒子数量相等，从整体看，弧柱呈电中性。单位体积内正负带电粒子数量相等，从整体看，弧柱呈电中性。正离子质量远大于电子，
17、导致正离子速度比电子慢得多，以弧柱区电子流远大于正离子质量远大于电子，导致正离子速度比电子慢得多，以弧柱区电子流远大于正离子质量远大于电子，导致正离子速度比电子慢得多，以弧柱区电子流远大于正离子质量远大于电子，导致正离子速度比电子慢得多，以弧柱区电子流远大于正离子流。正离子流。正离子流。正离子流。第13页/共17页小结小结本节我们学习焊接电弧的组成，并对阴极区、阳极区、弧柱区和电弧电压的基本概念和特点进行学习，从微观和宏观上把握每个区域，尤其是阴极区域它的范围相当于蜘蛛丝的直径，阳极区域它的范围相当于头发丝的直径。这些都需要同学们多去思考形象理解。第14页/共17页作业作业1.焊接电弧由几部分组成？2.焊接电弧各个部分的概念及特点？第15页/共17页谢谢 谢！谢！第16页/共17页