焊接電弧的物理基礎

2020-12-05 東莞朝洪機器人
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電弧既是各種電弧焊方法的能源,又是碳弧氣刨、電弧噴塗、電弧冶煉以及等離子弧切割、等離子弧噴塗、等離子弧堆焊等金屬加工方法的能源。

1. 電弧的物理基礎

焊接電弧發出強烈光和熱,但卻不是一般的物質燃燒現象。實質上,焊接電弧是焊機電源供給一定電壓的兩個電極之間或者電極與焊件之間的一種氣體放電現象,亦即電荷通過兩電極間的氣體空間的一種導電現象。藉助於這種氣體放電,把電能轉變為熱能、機械能和光能。焊接時主要是利用電弧的熱能和機械能。

2. 氣體放電的基本概念

各種物質不論其形態為固態、液態或氣態,是否呈導電性皆取決於它在電場作用下是否擁有可以定向移動的帶電粒子。金屬體內部擁有大量的自由電子時,只要在金屬導體的兩端加上電壓,自由電子便在電場力的作用下定向移動而形成電流,這種導電現象叫做電子導電,顯然,其帶電粒子是自由電子。

氣體放電時,在不同的條件下和不同的電流區間,其導電機制和放電形態有顯著不同。在較小的電流區間,氣體導電所需要的帶電粒子不能通過導電過程自行產生,而需要外加措施(加熱、光激勵等)來造成帶電粒子,促使氣體放電,一旦外加的激勵源取消,則氣體不再發生電離,放電現象也就停止,這種氣體導電現象叫做被激放電,也叫做非自持放電。

當電流大於一定數值時,氣體放電只在開始時需要外加措施製造帶電粒子,進行誘發(通常稱為「點燃」),在放電過程中陰極不斷地發射出足夠的電子,氣體電離度較大,放電過程本身能夠產生維持導電所需要的帶電粒子。因此,當放電開始後,取消外加誘發措施,放電過程本身仍能繼續下去的,放電過程叫做自激放電,也叫做自持放電。按照電流數值和放電特性的不同,自激放電又可分為暗放電、輝光放電和電弧放電三種基本形式,其中電弧放電的電壓最低、電流最大、溫度最高、發光最強。因此,電弧在工業以及其他一些領域中作為熱源或光源被廣泛應用。

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