Механизмы эмиссии в переходных (приэлектродных) областях сварочных дуг

Ионная эмиссия и поверхностная ионизация

Анод – очень чистый (тугоплавкий) слабоиспаряющийся металл. С его поверхности происходит небольшая эмиссия положительных ионов, но она значительно усиливается, если в металле анода есть легко испаряющиеся примеси щелочных металлов. Возможна эмиссия и отрицательных ионов с металла, ионизированных электропроводными слоями металлов или п/проводниками типа оксидов.

Если накалённый эмиттер находится в парах какого-либо металла, то его атомы падают на поверхность эмиттера, адсорбируются там, а затем реэмитируют, т.е. испаряются вновь. В сварке это явление называют поверхностной ионизацией.

Обычно в сварочных дугах ионный ток невелик, основную его часть составляет электронный ток. Ионный ток может быть существенным только при сварке легко испаряющихся металлов или сплавов (например, при сварке латуни интенсивно испаряется Zn).

Переходные области между электродами и столбом разряда – это участки резких изменений электрических, термических и других свойств по длине дугового разряда – от металлического проводника, в котором ток переносится исключительно электронами, к газообразному, в котором имеется как электронная, так и ионная проводимость.

В дуговом разряде при высоких давлениях газа существует переход от холодного электрода к весьма горячей плазме; при низких давлениях наоборот – от сравнительно горячего электрода к холодному газу.

В устойчивом дуговом разряде температура электродов часто приближается к Ткип электродного материала и его пары могут добавляться к газовой среде. Поэтому вблизи электродов дуга будет гореть в смеси газов и паров, и давления здесь может быть значительно выше, чем в столбе.

Вероятно, в большинстве случаев эмиссионный ток электронов с поверхности сварочных катодов складывается из собственно термоэлектронов, для которых W_x ниже уровня АА (рис.4.3), из Шоттки-электронов, энергия которых лежит между уровнями АА и ВВ, из туннельных электронов с энергиями W_x, лежащими ниже уровня ВВ и из вторичных электронов.

В W-дугах при высоких температурах катода (T_к>4500…5000K) вероятен термоэлектронный ток, изменённый при E>10⁵В/мм эффектом Шоттки. Наличие полупроводниковых плёнок на торированном (лантанированном) вольфраме может сильно снижать ϕ_в и увеличивать эффект Шоттке при меньших температурах катода. В Me-дугах при большой напряжённости поля
(Е > 10⁶В/мм)и низкой температуре Т_пл металла могут преобладать туннельные электроны, причём, сильное поле вероятно также при наличии флюсовых диэлектрических плёнок на катоде.

Изменения в переходных областях весьма затруднительны. Известны два-три основных метода измерений U_к и U_а – сдвиганием электродов до соприкосновения, зондовый и по следам проплавления на электродах. Первый пригоден до зазора 0.1÷0.2 мм (потом дуга уходит в сторону). Трудно разделить U_к и U_а из суммы U_а+к. Второй метод более грубый – позволяет определить U_к и U_а с точностью не более 1…2В. Ещё более грубый – с измерением протяжённости переходных зон, распределением истинных т-р по сечению дугового разряда, свечение по его радиусу и т.д. Здесь основной метод – спектральный, с применением фильтров. Бомбардировка поверхности катода положительными ионами приводит к его быстрому распылению и размыванию границы «катод-газ», поэтому становятся неопределёнными понятия Т_{поверхности},
ϕ и др.

Дата добавления: 2014-01-03