Составные части дугового разряда

СЛАЙД 23 Для образования и держания горения дуги необходимо иметь в пространстве между электродами электрически заряженные частицы – электроны, положительные и отрицательные ионы. Процесс образования ионов и электронов называется ионизацией, а газ, содержащий электроны и ионы, ионизированным. Ионизация дугового промежутка происходит во время зажигания дуги и непрерывно поддерживается в процессе ее го­рения.

СЛАЙД 24 Установлено, что дуговые (межэлектродные) пространство можно поделить на три области (участка): катодная область, столб дуги и анодную область. В этих областях образуется смесь нейтральных атомов, положительно и отрицательно заряженных ионов и электронов, называемая плазмой.

СЛАЙД 25

Рис. 4 Схема сварочной дуги и падения напряжения в ней:

1 – электрод; 2 – изделие; 3 – анодное пятно; 4 – анодная область дуги; 5 – столб дуги; 6 – катодная область дуги; 7 – катодное пятно

Степень ионизации газа увеличивается с увеличением температуры и уменьшением давления и эффективного потенциала ионизации газа.

Для снижения потенциала ионизации смеси газов и повышения стабильности горения дуги, становится достаточным введение в межэлектродное пространство небольшой добавки компонента с низким потенциалом ионизации.

СЛАЙД 26 На поверхности анода и катода образуются электродные пятна, представляющие собой основания столба дуги, через которые проходит весь сварочный ток. Электродные пятна выделяются яр­костью свечения. Общая длина сварочной дуги L_д равна сумме длин всех трех областей: L_д=L_к+L_с+L_а , где L_д – общая длина сварочной дуги; L_к – длина катодной области, равная примерно 10^-5 см; L_c – длина столба дуги; L_a – длина анодной области, равная примерно 10^-3 – 10^-4 см.

СЛАЙД 27 Температура дуговой плазмы (дуги), как показал К.К. Хромов, пропорционально эффективному потенциалу ионизации, и для ручной дуговой сварки составляет Т = 800U. Эта температура возрастает при увеличении сварочного тока. Она зависит и от способа сварки и составляет 3500 К для газового пламени и до 20000 К для сжатой сварочной дуги электродуговой сварки. Катод является источником эмиссии электронов. Электронная эмиссия - процесс выбрасывания (выхода) электронов с поверхности катода в окружающее пространство.

СЛАЙД 28 Существует термоэлектронная и автоэлектронная эмиссии. Термоэлектронная эмиссии является преобладающей при горячем(неплавящемся) катоде и имеет место тогда, когда кинетическая энергия, находящихся на поверхности катода электронов будет больше работы выхода.

Эта энергия пропорциональна температуре поверхности катода.

Автоэлектродная эмиссия является преобладающей при холодном (плавящемся) катоде и имеет место, когда на катоде действует электрическое поле большой протяженности, достаточной для того, чтобы электрон с относительно низкой кинетической энергией мог пройти сквозь потенциальный барьер. В этом случае проявляется так называемый туннельный эффект Шоттки. Электроны, эмитированные катодом, под действием электрического поля катодной области ускоряются и выходят в столб дуги, сталкиваются там с атомами газов и паров различных материалов и ионизируют их. В катодном пространстве перемещаются два вида зарядов: электроны (от катода в сторону столба дуги) и положительно заряженные электроны (от столба дуги к катоду). Падая на катод, эти ионы отдают ему свою энергию и тем самым поддерживают высокую температуру катодного пятака и, следовательно, его способность эмитировать электроны.

Часть дугового пространства, находящаяся между анодной и катодной областями, называется столбом дуги. Он представляет собой сильно ионизированный газ, находящийся при сильно относительно высокой (5000 К) температуре. Такой газ называется холодной плазмой. В холодных плазмах процессы происходят только во внешних электронных оболочках томов. Ядерные процессы в них отсутствуют.

СЛАЙД 29 Ионизация газа в столбе дуги происходит за счет следующих процессов: фотоионизации, соударением и тепловой ионизации.

Фотоионизация происходит под воздействием энергии фотонов испускаемыми возбужденными атомами. Тепловая ионизация обусловлена сильным возбуждением атомов при повышении температуры газа. Электроны под воздействием тепловых колебаний атомов срываются со своих орбиталей.

Ионизация соударением возможна при столкновении частиц (атомов, электронов и ионов) в столбе дуги.

Температура столба дуги и степень ионизации газа в нем уменьшаются с увеличением расстояния от его оси, а по длине столба не изменяются. Электрический ток в столбе дуги переносится электронами и ионами, плотность тока достигает 2000 А/см^2.. Длина столба дуги не превышает нескольких миллиметров.

Анод не эмитирует положительно заряженных ионов. Поэтому анодный ток является чисто электронным. Подвергается ударам электронов, температуру анод имеет большую температуру нагрева, чем катод. Протяженность анодной области составляет 10^-4 см.