焊接电弧现象 增补版PDF电子书下载

第一章 电离和电子发射等基础知识 1

第1.1节 气体粒子的运动——温度 1

1.1.1 气体粒子动能和温度的关系 1

1.1.2 麦克斯韦速度分布律 4

1.1.3 单位时间通过单位面积的粒子数 8

1.1.4 波耳兹曼关系 9

1.1.5 平均自由程 11

1.1.6 自由程的分布 14

1.1.7 扩散 15

1.1.8 气体粒子的碰撞——能量交换 17

第1.2节 电离 19

1.2.1 原子壳层 19

1.2.2 电离电位，激发电位 21

1.2.3 辐射——发光 23

1.2.4 电离的种类 25

1.2.5 热电离，热分解 27

1.2.6 热电离的沙哈公式 29

1.2.7 阴离子的形成 31

第1.3节 电子发射 32

1.3.1 电子发射——功函数 32

1.3.2 热电子发射 34

1.3.3 复合电极的热电子发射——钍钨阴极和氧化物涂层阴极 37

1.3.4 肖脱基效应和自发射 39

1.3.5 其它电子发射 40

1.3.6 接触电位差 41

第1.4节 带电粒子的运动 43

1.4.1 电子在真空中的运动 43

1.4.2 带电粒子在气体中的运动——电子温度和中性气体温度 46

1.4.3 迁移率 47

1.4.4 电子温度和气体温度 49

1.4.5 带电粒子的扩散 51

1.4.6 复合 52

第二章 电弧物理 55

第2.1节 电弧概论 55

2.1.1 电弧 55

2.1.2 弧柱（电弧等离子体） 56

2.1.3 阳极 57

2.1.4 阴极 59

2.1.5 电弧的各种形态 60

第2.2节 火花放电、辉光放电 62

2.2.1 自持放电 62

2.2.2 火花放电 65

2.2.3 空问电荷的影响 67

2.2.4 辉光放电 68

2.2.5 辉光放电的伏安特性 70

2.2.6 辉光放电的正柱 72

2.2.7 辉光放电向电弧放电的过渡 73

第2.3节 电弧弧柱现象 74

2.3.1 弧柱中的电子流和离子流 75

2.3.2 弧柱热量的输入和耗散 76

2.3.3 弧柱的电流密度 79

2.3.4 弧柱温度 79

2.3.5 弧柱的温度分布 81

2.3.6 气体电弧和蒸气电弧 84

2.3.7 焊接电弧的温度 85

2.3.8 弧柱的电导率和导热率 86

2.3.9 弧柱径向温度分布的考察 88

2.3.10 大电流高温弧柱的特性 90

2.3.11 弧柱径向电场——弧柱的扩展 92

2.3.12 最小电压原理 93

2.3.13 铝MIG焊的弧柱温度 94

2.3.14 弧柱的输入能量——关于TIG焊喷嘴气流的探讨 95

第2.4节 探极法 98

2.4.1 探极法原理 98

2.4.2 探极法在大气电弧中的应用 99

第2.5节 阳极现象 101

2.5.1 阳极压降区——场致电离和热电离 101

2.5.2 阳板压降VA 103

2.5.3 以TIG电弧伏安特性研究VA 105

2.5.4 阳极斑点及其电流密度 106

2.5.5 阳极输入功率 107

2.5.6 阳极温度——阳极的熔化和蒸发 108

2.5.7 阳极斑点的不连续移动 109

2.5.8 碳极电弧阳极斑点的收缩和嘘声弧的产生 113

2.5.9 有芯碳极电弧（贝克电弧）——阳极焰 113

2.5.10 影响阳极压降的因素 114

2.5.11 按阳极瞬间通电产生的蒸发量推算的阳极温度 115

第2.6节 阴极现象 117

2.6.1 阴极区概论 117

2.6.2 阴极压降 117

2.6.3 阴极斑点及其电流密度 118

2.6.4 阴极温度 120

2.6.5 热阴极和冷阴极 120

2.6.6 阴极前电子流与阳离子流的比率 122

2.6.7 阴极产热——阴极的热平衡 125

2.6.8 焊接电弧阴极能量的平衡 126

2.6.9 热场致发射的电流密度 127

2.6.10 以交流电弧端电压波形研究阴极压降 129

2.6.11 亮点阴极型电弧和热阴极型 电弧 130

2.6.13 阴极前的收缩区——阳离子流理论 132

2.6.13 阴极区的热电离现象 134

2.6.14 阴极斑点的移动——冷阴极 134

2.6.15 阴极斑点附近的物理状态 135

2.6.16 阴极表面的薄层 135

2.6.17 氧对电弧现象的影响 136

2.6.18 阴极焰及其对阴极压降的影响 138

2.6.19 阴极物质的熔化与蒸发 139

第三章 电弧特性曲线及有关现象 141

第3.1节 电弧静（伏安）特性 141

3.1.1 电弧静（伏安）特性 141

3.1.2 大气中铁极电弧的特性曲线 144

3.1.3 TIG焊的电弧特性（之一） 147

3.1.4 惰性气体中W-W电极的电弧特性 150

3.1.5 惰性气体中熔化电极的电弧特性——MIG焊接电弧 152

3.1.6 W-W极电弧特性的戈德曼研究报告 154

3.1.7 阳极材料对电弧特性的影响 157

3.1.8 TI G焊的电弧特性（之二） 158

3.1.9 低气压TIG电弧的特性（非移动电弧）（包括对阴极压降的研究） 158

第3.2节 氛围气体对弧柱电位梯度的影响 163

3.2.1 氛围气体的影响 163

3.2.2 原子氢电弧焊 166

3.2.3 惰性气体中的电弧 166

3.2.4 电极材料对弧柱电位梯度的影响 167

3.2.5 气体压力的影响 167

3.2.6 器壁的影响 169

3.2.7 高速气流中的电弧 170

第3.3节 电弧特性曲线的研究，阳极压降、阴极压降和电弧功率 171

3.3.1 小电流区的电弧下降特性 171

3.3.2 大电流区的电弧上升特性 172

3.3.3 利用等离子流（或药皮焊条产生的气流）现象分析电弧电压的上升 174

3.3.4 电弧电压的分布 175

3.3.5 电弧功率——弧柱、阳极和阴极的产热 177

3.3.6 交流电弧功率 178

3.3.7 VA和VK值 179

3.3.8 热平衡法求得的TIG电弧VA、 VK值——兰开斯特实验 181

3.3.9 TIG电弧铜母材的吸热——等离子流加热和阳极加热的分离——威尔金森米尔纳实验 184

3.3.10 热平衡法求VA和VK值的其它实例 187

3.3.11 热平衡法和探极法求得V K、 V A值的分析比较 188

3.4节 交流电弧 189

3.4.1 交流电弧的电压和电流特性 190

3.4.2 交流电弧弧柱温度的变化 194

3.4.3 交流电弧的再引弧现象 196

3.4.4 交流电弧的稳定性 203

3.4.5 焊接电弧在熄弧后的导电性 205

3.4.6 电极的非对称配置、极性效应和整流作用 209

第四章 焊接电弧现象（之一） 212

第4.1节 阴极斑点的净化作用 212

4.1.1 阴极斑点的净化作用 212

4.1.2 净化作用范围 214

4.1.3 阴极表面的电流分布 214

4.1.4 阴极净化机制的探讨 215

第4.2节 钨电极特性 216

4.2.1 钨电极作冷阴极时的奇异性——TIG焊接电弧的引弧现象 217

4.2.2 电极的电流容量 221

4.2.3 电极的异常消耗 225

4.2.4 钨电极特性的若干补充 229

第4.3节 电弧的磁偏吹 233

4.3.1 作用于电弧的电磁力方向 234

4.3.2 实际焊接中的磁偏吹方向 236

4.3.3 交流电弧的磁偏吹 239

4.3.4 磁偏吹的控制 239

4.3.5 电弧的磁场驱动 241

4.3.6 电弧磁偏吹的回复力 242

4.3.7 原子氢焊的电弧偏吹现象 243

4.3.8 电弧偏吹方向的变化 244

4.3.9 磁场对焊缝成形的改善 245

4.3.10 熔池的电磁搅拌 247

4.3.11 外加纵向磁场形成的圆锥状电弧 247

第4.4节 收缩效应（电流所产生电磁力引起的自收缩效应） 249

4.4.1 收缩效应（等截面时） 249

4.4.2 焊条与熔池瞬间短路时液相桥破断的原因 251

4.4.3 熔滴金属脱离焊条的力——1/2 I2公式适用性探讨 252

4.4.4 变截面导体的电磁收缩力 254

4.4.5 弧柱中的电磁压力——由电磁压力形成的熔池凹坑 255

4.4.6 焊丝端部熔化金属受到的作用力 257

第4.5节 等离子流（阴极焰，阳极焰）和电弧挺度 260

4.5.1 阴极焰，阳极焰——等离子流 260

4.5.2 TIG电弧的等离子流现象 262

4.5.3 MIG电弧的等离子流现象 264

4.5.4 电弧挺度 265

第五章 焊接电弧现象（之二） 268

第5.1节 瞬间短路现象 268

5.1.1 概论 269

5.1.2 电弧电压和电流的示波器波形 269

5.1.3 药皮焊条的短路（细滴型和大滴型过渡）现象 273

5.1.4 短路和燃弧的交替现象 275

5.1.5 裸焊条的两种短路形态——A型和B型短路 277

5.1.6 药皮焊条的短路形态——C型短路 281

5.1.7 交流电弧发生短路时的相位 284

5.1.8 短路频率和电流值的关系 285

第5.2节 短路机构及其钢的特殊性 286

5.2.1 短路时的弧长变化——CO气体的产生 287

5.2.2 电弧作用下熔融钢中的CO生成量 288

5.2.3 电弧作用下钢熔化区运动的特殊性 288

5.2.4 氛围气体的影响 293

5.2.5 实验结果分析 294

5.2.6 从短路到再引弧机构的实验研究（手工电弧焊） 296

第5.3节 电弧的机械力 299

5.3.1 手工电弧焊的电弧力测定值 301

5.3.2 惰性气体保护焊的电弧力测定值 304

5.3.3 高速摄影照片 305

5.3.4 电弧力的力源 308

5.3.5 电弧力的电子力源 308

5.3.6 电弧力的电磁力源 311

5.3.7 有关物质运动的反作用力——电弧力源 313

5.3.8 电弧力的短路、再引弧时局部气体膨胀产生的压力力源 315

5.3.9 焊接电弧的飘移——非稳定电弧 316

5.3.10 非稳定电弧 317

第5.4节 飞溅现象 317

5.4.1 气泡逸出引起的飞溅 319

5.4.2 柱状隆起体形成机构 321

5.4.3 气体爆炸引起的飞溅 324

5.4.4 电弧力引起的飞溅 326

5.4.5 再引弧时生发的飞溅 326

5.4.6 裸焊条的飞溅现象 328

5.4.7 MIG焊和CO2电弧焊的飞溅现象 330

第5.5节 弧坑 331

5.5.1 熔池凹坑（弧坑）生成机构 331

5.5.2 电弧挖掘作用 333

5.5.3 焊道终端弧坑 334

5.5.4 多恩实验 335

5.5.5 著者的实验 337

5.5.6 焊道终端弧坑生成机构分析 337

5.5.7 软钢螺柱电弧焊——抑制CO气体的产生 339

第六章 手工电弧焊的熔滴过渡现象 341

第6.1节 焊接电弧的高速摄影法 341

6.1.1 高速摄影的历史 341

6.1.2 焊接电弧照片的观察要点 343

6.1.3 高速摄影装置一例 345

第6.2节 平焊的熔滴过渡现象 348

6.2.1 高速摄影实验的条件 349

6.2.2 渣保护型药皮焊条 351

6.2.3 有机物药皮焊条 354

6.2.4 气保护型药皮焊条 358

6.2.5 渣保护明弧型药皮焊条和薄药皮焊条 359

6.2.6 软钢裸焊条在正常电流下的过渡现象 360

6.2.7 软钢裸焊条在大电流下的过渡现象 362

6.2.8 工业用药皮焊条的过渡现象 364

6.2.9 药皮焊条熔滴过渡现象的补充记述——药芯焊条的熔滴过渡现象 368

6.2.10 X射线照相的实验观察 369

第6.3节 仰焊的熔滴过渡现象 369

6.3.1 高速摄影的实验条件 369

6.3.2 裸焊条的过渡现象 370

6.3.3 颗粒状过渡及其困难 372

6.3.4 接触过渡 373

6.3.5 电弧电压的跃变现象 374

第6.4节 关于手工电弧焊熔滴过渡的其它观点 376

6.4.1 焊条金属以熔化状态为主的过渡 376

6.4.2 短路过渡 377

6.4.3 颗粒状过渡 379

6.4.4 希尔珀特的高速摄影照片 381

6.4.5 过渡现象与收缩效应（手工电弧焊） 383

6.4.6 实现过渡的原因 384

6.4.7 关于药皮焊条熔滴过渡现象的石崎报告 386

第七章 自动焊的熔滴过渡现象 390

第7.1节 MIG焊的熔滴过渡现象 390

7.1.1 焊丝端部熔化金属过渡形态概述 390

7.1.2 MIG电弧的高速摄影观察（之一） 391

7.1.3 颗粒状过渡的临界电流值和颗粒大小——滴状过渡，喷射过渡和短路过渡 394

7.1.4 临界电流值的影响因索 397

7.1.5 MIG电弧的高速摄影观察（之二） 399

7.1.6 氧的影响——阴极活化 404

7.1.7 脉冲电流控制的喷射过渡 406

7.1.8 不同电极材料时的过渡现象 408

7.1.9 不同氛围气体中的过渡特性 409

7.1.10 不同气体压方下的电弧现象 410

7.1.11 MIG电弧现象的补充 411

7.1.12 焊丝和碳电极间电弧的熔滴过渡现象 413

第7.2节 熔滴喷射机构 415

7.2.1 熔滴过渡速度的规测资料 416

7.2.2 熔滴在电弧空间飞行时所受的力 420

7.2.3 熔滴脱离焊丝端部的一般性分析 422

7.2.4 表面张力和重力作用时的焊丝端部熔滴形态 426

7.2.5 格林对过渡系数的研究 428

7.2.6 等离子流的脱离作用 432

7.2.7 促进颗粒化的因素 433

7.2.8 阴极活化现象的研究（CO2气体） 434

7.2.9 兰开斯特对铝焊丝喷射机构的研究——熔滴顶端达到沸点温度就发生喷射过渡的机构 436

7.2.10 对喷射过渡焊丝端部形状的考察——热传导、电阻率、焊丝伸出长度和氛围气体的影响——喷射机构和熔滴温度 438

7.2.11 熔滴脱离机构的补充和修正 440

第7.3节 CO2电弧焊和埋弧焊的熔滴过渡现象 444

7.3.1 大电流CO2电弧焊的熔滴过渡现象 444

7.3.2 关于焊丝端部偏心熔化和熔滴偏斜现象的分析 448

7.3.3 短路过渡现象 449

7.3.4 短路过渡的电源条件和过渡现象——回路电感的影响 452

7.3.5 CO2电弧焊的飞溅现象 454

7.3.6 CO2电弧焊的焊接规范（7.3.9 小节作了一些补充） 459

7.3.7 埋弧焊的电弧现象——序论 461

7.3.8 埋弧焊的电弧现象——详细讨论 465

73.9 关于CO2电弧焊的史密斯研究报告 468

第八章 电板和母材的熔化 473

第8.1节 焊条药皮和电弧电压的关系 473

8.1.1 焊条药皮和电弧电压 473

8.1.2 药皮电离电位和电弧电压的关系 474

8.1.3 焊条极性和电弧电压的关系——第一类和第二类药皮成分 475

8.1.4 多种成分药皮和电弧电压的 关系 476

8.1.5 药皮厚度和电弧电压的 关系 477

8.1.6 焊芯和电弧电压的关系 478

第8.2节 焊条的熔化速度 478

8.2.1 概论——决定熔化速度的 因素 478

8.2.2 弧长、电弧电流和焊条熔化速度的关系——熔化系数 479

8.2.3 熔化速度和弧长、电弧电流 之间关系的研究 483

8.2.4 电阻热对熔化速度的影响——含有机物药皮焊条的过热现象 484

8.2.5 药皮成分和熔化速度的关系（之一） 488

8.2.6 药皮成分和熔化速度的 关系（之二） 489

8.2.7 药皮厚度对熔化速度的影响 492

8.2.8 裸焊条的熔化速度 493

8.2.9 焊芯对药皮焊条熔化速度的影响 495

8.2.10 熔化速度的波动 495

8.2.11 在高电流密度下熔化系数的增大现象 495

8.2.12 交流电弧的焊条熔化速度 497

8.2.13 药皮套筒的长度 497

第8.3节 按焊条熔化能推算V K、 VA值 498

8.3.1 小电流裸焊条熔化速度 498

8.3.2 氧对裸焊条熔化速度的影响 500

8.3.3 氛围气体对裸焊条熔化 速度的影响 501

8.3.4 裸焊条熔化金属的蒸发量 502

8.3.5 熔化等效电压—— （V K＋V A值的推算） 504

8.3.6 阴极压降VK和阳极压降VA的推算 506

8.3.7 药皮焊条的VK和VA值 509

8.3.8 VK和VA值排算中存在的问题 509

8.3.9 对VA的分析考察 511

8.3.10 药皮熔化能——铁粉型焊条的熔化系数 512

8.3.11 由熔化速度看药皮焊条的发展 513

8.3.12 熔滴温度 513

第8.4节 MIG焊的焊丝熔化速度 514

8.4.1 电弧热作用下的焊丝端部温度分布 514

8.4.2 电阻热引起的焊丝温升 516

8.4.3 电阻热引起的熔化速度的增大 519

8.4.4 焊丝伸出长度和熔化速度的关系 521

8.4.5 MIG焊铝焊丝的熔化速度 526

8.4.6 MIG焊钢焊丝的熔化速度 528

8.4.7 熔化系数 530

8.4.8 低压气体中铝焊丝的熔化速度 531

8.4.9 焊丝端部温度分布的补充说明 532

第8.5节 按MIG焊焊丝熔化速度考察电弧现象 534

8.5.1 熔滴热含量的测定 534

8.5.2 熔滴温度 536

8.5.3 决定熔滴温度要索的基本概念 537

8.5.4 阳极压降VA的理论分析 538

8.5.5 正极性时熔滴温度和VK值的推算 540

8.5.6 铝熔滴温度和VA值的推算 540

8.5.7 弧长自调节作用 542

8.5.8 弧长固有自调节作用 544

8.5.9 氛围气体和表面状态对熔化速度的影响 551

8.5.10 测定熔滴热含量的补充实验 553

第8.6节 CO2电弧焊和埋弧焊的焊丝熔化速度 560

8.6.1 CO2电弧焊的焊丝熔化速度 560

8.6.2 埋弧焊的焊丝熔化速度 560

8.6.3 带极堆焊的带极熔化速度 562

第8.7节 电弧热效率 熔敷率和母材熔深 564

8.7.1 焊接电弧的热效率（药皮焊条） 564

8.7.2 熔敷热的分布 566

8.7.3 热效率研究文献简介（药皮焊条） 568

8.7.4 埋弧焊和TIG焊的热效率 570

8.7.5 罗森塔尔热效率理论 571

8.7.6 熔化效率 574

8.7.7 熔敷率 575

8.7.8 比熔敷热 578

8.7.9 母材的熔化——熔深 580

8.7.10 母材熔化现象研究文献简介 584

8.7.11 熔池温度 589

8.7.12 低压气体TIG电弧的母材熔深 589

8.7.13 非移动TIG电弧熔池凹坑和熔深的补充说明 593

8.7.14 移动TIG电弧熔池凹坑和熔深的补充说明 597

第8.8节 熔池温度 601

8.8.1 熔池温度——序论 602

8.8.2 由化学冶金反应推算的熔池温度 603

8.8.3 热电偶测定的熔池温度 607

8.8.4 量热器测定的熔池温度 608

8.8.5 用电弧为移动点热源传导理论计算的熔池温度 610

8.8.6 克里斯坦森等对母材熔深（以及其它熔池尺寸）和温度分布的研究 615

8.8.7 韦尔斯假定电弧为移动线热源的热传导理论对薄板熔化宽度的研究 618

8.8.8 熔化效率的补充说明 619

第九章 弧焊电源及其它 622

第9.1节 弧焊电源 622

9.1.1 直流电源的外特性 622

9.1.2 直流弧焊发电机动特性和电弧稳定性的关系 624

9.1.3 整流器型直流电源 626

9.1.4 负载变化时的电流、电压和电功率 627

9.1.5 电源特性和焊条粘连现象——电弧激励特性 627

9.1.6 交流电源和电弧稳定性 628

9.1.7 非对称交流电弧整流作用产生的直流分量 630

9.1.8 自动焊直流电源——电源自调节特性和送丝方式 633

9.1.9 短路过渡型电弧的电源 635

9.1.10 熔化电极电弧稳定性的探讨 638

9.1.11 手工焊和自动焊的电源特性 640

9.1.12 对平特性的探讨——平特性交流电源 641

第9.2节 串联、并联和多相电弧 642

9.2.1 串联电弧焊接法 642

9.2.2 双丝（或多丝）焊接法 643

9.2.3 并联电弧焊接法 644

9.2.4 并联电弧的稳定性 646

9.2.5 独立电源的多丝焊接法 650

9.2.6 斯柯特接线法的焊接电流和电压 652

第9.3节 杂论 654

9.3.1 保护气体的研究历史 654

9.3.2 引弧方法 656

9.3.3 高频引弧以及电弧的稳定性 657

9.3.4 拘束电弧切割法 659

9.3.5 水下焊接和切割 661

卷末照片PL.1 ～20的说明 662

参考文献 663

再版增补部分的参考文献 680