焊接方法与设备——焊接电弧.pptx

会计学§1-1 电弧物理基础二） 带电粒子的产生过程
产生方式：
电离： 气体中性原子或分子（A）分离为一价正离子 （A+）和电子（e）的过程。
电子发射： 金属表面逸出电子的现象

（一）电离与激励

1、电离：在一定条件下中性原子分离成A+及e的现象。
A→A++e-Wi

 电离能：原子或分子电离所需要的能量单位为ev或J
 电子伏：一个电子被1V的电压所加速得到的能量。
 电离电压：电离能/电子带电量。
一次电离：A→A++e
二次电离：A+→A+++e
n次电离：A（n-1）+→An++e2、 激励：气体原子得到的一定的能量，虽然小于Wi，但可 使电子从低能级跃迁到高能级。这种现象叫激励。

激励能：所需的最小外加能量叫激励能We。
激励能电压：激励能We/e。

3、能量传递方式
1） 碰撞：粒子间通过相互碰撞而交换能量
弹性碰撞：仅发生动能再分配
非弹性碰撞：交换的能量→势能，从而导致电离或激励。
4、电离的分类：

1） 热电离：气体粒子受热的作用而产生电离
实质：中性粒子通过与电子碰撞，接收电子能量而电离。

电离度：电离了的粒子数量与电离前离子数量之比。0.1%
热解离：在热量的作用下，多原子分子分解为原子。
解离能：分子热解离所需要的能量

2） 电场作用下的电离：A+、e在电场作用下被加速、与A碰撞 使其电离的过程。
主要是e的作用：电子获得的能量是A+的4倍。

3） 光电离：A直接捕捉光量子并吸收其能量而电离。
波长越小越易促进光电离，电弧波长包括红外线、紫外线 可见光、可使AI、K、Na原子光电离。但不能使Ar、He、Fe 等电离。
（二）电子发射

1、基本概念
1） 电子发射：电子从金属表面逸出的现象。
对电弧导电起作用的主要是阴极的发射。
2） 逸出功（Ww）：电子发射所需的最小能量。
3） 逸出电压：Ww/e
物理意义：Ww越小，引弧越容易，电弧稳弧性越好。

4）主要影响因素：
 材料，K、Na之Ww较低。
 表面状态：有氧化物时，逸出功降低
 加入杂质，例如，钍、铈及镧等可降低Ww。

2、分类
1）热发射：在热量的作用下产生的发射
产生条件：阴极温度足够高
特点：对阴极有冷却作用，这一点对TIG焊具有重要意义。可提高W极的载流能力。

2）电场发射：金属表面的电子在电场力的作用下逸出的现象。
特点：对阴极的冷却作用较小。

3）光发射：光幅射作用下产生的发射。实际电弧中产生光发射的可能性很小。
4）粒子碰撞发射：高速运动的A+碰撞到阴极上导致的发射。三） 电弧各区域的导电机构
（一）区域组成
由阴极区、阳极区、弧柱三部分组成。
1、阴极区：长度极短、电压较大、E（电场强度）极高
2、阳极区：长度也极短、电压较大、E极高
3、弧柱区长度基本上等于电弧长度，E较小
（二）弧柱区的导电机构
所谓导电机构就是指带电粒子产生、运动方式。
1、带电粒子的产生
1）电离：热电离光电离电场作用的电离
2）阴极区注入的电子
3）阳极区注入的正离子
2、带电离子的运动
A+冲向阴极→正离子流IA+
e冲向阳极→电子流Ie
I=IA++Ie
其中：IA+=0.1%I
Ie=99.9%I

3、特点：
1）电中性；
2）E小、Ua小
三）、阴极区的导电机构
1、阴极区在导电过程中的作用
1)产生弧柱区导电所需要电子流Ie=0.999I
2)接收弧柱区来的正离子流IA+=0.001I

2、热发射型
1）产生条件：W、C阴极，且电流很大
2）带电粒子的产生方式：热发射
热阴极：弧柱导电所需要的电子可完全由热发生来产生的 阴极。
冷阴极：热发射能力不足的阴极。
热阴极材料：熔点高的材料 冷阴极材料：熔点低的材料。

3）特点：无阴极区、无阴极压降Vk

3、电场发射型导电机构
1)条件： （a）W、C阴极、且I较小
（b）AI、Fe、Cu作阴极
2)带电离子产生方式
（1）场发射
（2）场电离
（3）热发射
（4）碰撞发射c)特点：
（1）阴极附近存在—正电荷区—阴极区
（2）fe<0.999IfA+>0.001I
（3）阴极区断面收缩
（4）阴极表面上产生阴极斑点
3）等离子型导电机构
A、条件：
1） W、C阴极，且I较小：或AI、Fe、Cu阴极；且 2） 气压较小，Uk<Ui
B、带电粒子产生方式：热电离
C、特点：同上
（四）阳极区的导电机构
1、阳极区在导电过程中的作用
1)接收弧柱区来的电子流Ie=0.999I
2)产生弧柱区所需要的正离子流IA+=0.001I

2、热电离
1）产生条件：I较大
2）带电离子产生方式：热电离
3）特点： a)阳极压降小，甚至为0