??? 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(chēng)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(guò)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(chēng)為電弧。焊條電弧焊焊接低碳鋼或低合金鋼時(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。
??? 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(dòng)，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(méi)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(guò)，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子的過(guò)程稱(chēng)為氣體電離。
??? 在焊接時(shí)，使氣體介質(zhì)電離的種類(lèi)主要有熱電離、電場(chǎng)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(chēng)為熱電離。溫度越高，熱電離作用越大。
??? (2)電場(chǎng)作用下的電離? 帶電粒子在電場(chǎng)的作用下，各作定向高速運(yùn)動(dòng)；產(chǎn)生較大的動(dòng)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(chǎng)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(chēng)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(chēng)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發(fā)射電子，沒(méi)有電流通過(guò)，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(kāi)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(duì)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(lèi)；熱發(fā)射、電場(chǎng)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(dòng)速度很快，當(dāng)電子的動(dòng)能大于陰極內(nèi)部正電荷的吸引力時(shí)，電子即沖出陰極表面，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(chǎng)發(fā)射? 在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，由于電場(chǎng)對(duì)陰極表面電子的吸引力，電子可以獲得足夠的動(dòng)能，從陰極表面發(fā)射出來(lái)。當(dāng)兩電極的電壓越高，金屬的逸出功小，則電場(chǎng)發(fā)射作用越大。
??? (3)撞擊發(fā)射? 當(dāng)運(yùn)動(dòng)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(chǎng)強(qiáng)度越大，在電場(chǎng)的作用下正離子的運(yùn)動(dòng)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(guò)程中，熱發(fā)射和電場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(duì)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(mén)得到廣泛應(yīng)用。