??? 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
??? 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)強烈的放電現(xiàn)象稱為電弧。焊條電弧焊焊接低碳鋼或低合金鋼時，電弧中心部分的溫度可達6000～8000℃，兩電極的溫度可達到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，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程稱為氣體電離。
??? 在焊接時，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，各作定向高速運動；產(chǎn)生較大的動能，當(dāng)不斷與中性粒子相碰撞時，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，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)射作用就越強烈。
??? 焊接時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，陰極表面溫度很高，陰極中的電子運動速度很快，當(dāng)電子的動能大于陰極內(nèi)部正電荷的吸引力時，電子即沖出陰極表面，產(chǎn)生熱發(fā)射。溫度越高，則熱發(fā)射作用越強烈。
??? (2)電場發(fā)射? 在強電場的作用下，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)運動速度較高、能量較大的正離子撞擊陰極表面時，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。如果電場強度越大，在電場的作用下正離子的運動速度也越快，則產(chǎn)生的撞擊發(fā)射作用也越強烈。
??? 實際上在焊接時，以上幾種電子發(fā)射作用常常是同時存在，相互促進的，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)射和電場發(fā)射起著主要作用；電弧正常燃燒時，如采用熔點較高的材料(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，撞擊發(fā)射和電場發(fā)射就起主要影響；而鋼作陰極時，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)，同時用壓縮空氣的氣流把熔化金屬吹掉，從而達到對金屬進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。