第三章 焊條電弧焊與電弧切割

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1、第三章焊條電弧焊與電弧切割?第一節(jié)焊條電弧焊與電弧切割的工作原理、適用范圍及安全特點(diǎn)?一、焊條電弧焊與電弧切割的基本原理(一)焊條電弧焊的基本原理焊條電弧焊是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的焊接方法，它的原理是利用電弧放電(俗稱電弧燃燒)所產(chǎn)生的熱量將焊條與工件互相熔化并在冷凝后形成焊縫，從而獲得牢固接頭的焊接過程，如圖3—1所示。?圖3—1焊條電弧焊示意圖1—焊條芯；2—焊藥：3—液態(tài)熔渣；4—凝固的熔渣；5—保護(hù)氣體；6—熔滴；7—熔池；8—焊縫；9—工件；10—電??；11—焊鉗?在工件與焊條兩電極之間的氣體介質(zhì)中持續(xù)強(qiáng)烈的放電現(xiàn)象稱為電弧。焊條電弧焊焊接低

2、碳鋼或低合金鋼時(shí)，電弧中心部分的溫度可達(dá)6000～8000℃，兩電極的溫度可達(dá)到2400～2600℃，如圖3—2所示。?圖3－2電弧示意圖?電弧燃燒的必要條件是氣體電離及陰極電子發(fā)射。1．氣體電離氣體和自然界的一切物質(zhì)一樣，其電子是按一定的軌道環(huán)繞原子核運(yùn)動，在常態(tài)下原子是呈中性的，氣體的分子也是呈中性的，氣體中幾乎沒有帶電質(zhì)點(diǎn)，因此常態(tài)下氣體不能導(dǎo)電，電流也通不過，電弧不能自發(fā)地產(chǎn)生。但是在一定的條件下，氣體原子中的電子從外部獲得足夠的能量，就能脫離原子核的引力而成為自由電子，同時(shí)原子因失去電子而成為正離子。這種使中性的氣體分子或原子釋放電子形成正離

3、子的過程稱為氣體電離。在焊接時(shí)，使氣體介質(zhì)電離的種類主要有熱電離、電場作用下的電離、光電離。(1)熱電離氣體粒子受熱的作用而產(chǎn)生的電離稱為熱電離。溫度越高，熱電離作用越大。(2)電場作用下的電離帶電粒子在電場的作用下，各作定向高速運(yùn)動；產(chǎn)生較大的動能，當(dāng)不斷與中性粒子相碰撞時(shí)，則不斷地產(chǎn)生電離。如兩電極間的電壓越高，電場作用越大，則電離作用越強(qiáng)烈。(3)光電離中性粒子在光輻射的作用下產(chǎn)生的電離，稱為光電離。2．陰極電子發(fā)射陰極的金屬表面連續(xù)地向外發(fā)射出電子的現(xiàn)象，稱為陰極電子發(fā)射。焊接時(shí)，氣體的電離是產(chǎn)生電弧的重要條件，但是，如果只有氣體電離而陰極不能

4、發(fā)射電子，沒有電流通過，那么電弧還是不能形成。因此陰極電子發(fā)射也和氣體電離一樣，都是電弧產(chǎn)生和維持的必要條件。一般情況下，電子是不能自由離開金屬表面向外發(fā)射的，要使電子逸出電極金屬表面而產(chǎn)生電子發(fā)射，就必須加給電子一定的能量，使它克服電極金屬內(nèi)部正電荷對它的靜電引力。所加的能量越大，促使陰極產(chǎn)生電子發(fā)射作用就越強(qiáng)烈。焊接時(shí)陰極所吸收的能量的不同，所產(chǎn)生的電子發(fā)射有以下幾類；熱發(fā)射、電場發(fā)射、撞擊發(fā)射等。陰極發(fā)射電子后，又從焊接電源獲得新的電子。(1)熱發(fā)射焊接時(shí)，陰極表面溫度很高，陰極中的電子運(yùn)動速度很快，當(dāng)電子的動能大于陰極內(nèi)部正電荷的吸引力時(shí)，電子

5、即沖出陰極表面，產(chǎn)生熱發(fā)射。溫度越高，則熱發(fā)射作用越強(qiáng)烈。(2)電場發(fā)射在強(qiáng)電場的作用下，由于電場對陰極表面電子的吸引力，電子可以獲得足夠的動能，從陰極表面發(fā)射出來。當(dāng)兩電極的電壓越高，金屬的逸出功小，則電場發(fā)射作用越大。(3)撞擊發(fā)射當(dāng)運(yùn)動速度較高、能量較大的正離子撞擊陰極表面時(shí)，將能量傳遞給陰極而產(chǎn)生的電子發(fā)射現(xiàn)象，叫做撞擊發(fā)射。如果電場強(qiáng)度越大，在電場的作用下正離子的運(yùn)動速度也越快，則產(chǎn)生的撞擊發(fā)射作用也越強(qiáng)烈。實(shí)際上在焊接時(shí)，以上幾種電子發(fā)射作用常常是同時(shí)存在，相互促進(jìn)的，但在不同條件下，它們所起的作用可能稍有差異。例如，在引弧過程中，熱發(fā)射和

6、電場發(fā)射起著主要作用；電弧正常燃燒時(shí)，如采用熔點(diǎn)較高的材料(鎢或碳等)作陰極，則熱發(fā)射作用較顯著；如采用銅或鋁等作陰極時(shí)，撞擊發(fā)射和電場發(fā)射就起主要影響；而鋼作陰極時(shí)，則和熱發(fā)射、撞擊發(fā)射、電場發(fā)射都有關(guān)系。(二)電弧切割的基本原理電弧切割主要有碳弧氣割、碳弧刨割條和等離子弧切割。等離子弧切割將在第五章中介紹。1．碳弧氣割碳弧氣割是利用碳極電弧的高溫，把金屬的局部加熱到熔化狀態(tài)，同時(shí)用壓縮空氣的氣流把熔化金屬吹掉，從而達(dá)到對金屬進(jìn)行切割的一種加工方法，如圖3—3所示。目前，這種切割金屬的方法在金屬結(jié)構(gòu)制造部門得到廣泛應(yīng)用。?圖3—3碳弧氣刨切割示意圖?

7、碳弧氣割過程中，壓縮空氣的主要作用是把碳極電弧高溫加熱而熔化的金屬吹掉，還可以對碳棒電極起冷卻作用，這樣可以相應(yīng)地減少碳棒的燒損。但是，壓縮空氣的流量過大時(shí)，將會使被熔化的金屬溫度降低，而不利于對所要切割的金屬進(jìn)行加工。2．碳弧刨割條電弧刨割條的外形與普通焊條相同，是利用藥皮在電弧高溫下產(chǎn)生的噴射氣流，吹除熔化金屬、達(dá)到刨割的目的。工作時(shí)只需交、直流弧焊機(jī)，不用空氣壓縮機(jī)。操作時(shí)其電弧必須達(dá)到一定的噴射能力，才能除去熔化金屬。?二、焊條電弧焊與電弧切割的適用范圍(一)焊條電弧焊的適用范圍焊條電弧焊是用手工操縱焊條進(jìn)行焊接工作的，可以進(jìn)行平焊、立焊、橫焊

8、和仰焊等多位置焊接。另外由于焊條電弧焊設(shè)備輕便，搬運(yùn)靈活，所以說，焊條電弧焊可以在任何有電源的