Эмиссия электронов. Типы сварочных дуг.
Большую роль в обеспечении проводимости дугового промежутка играют электроны, поставляемые катодом под действием различных причин. Этот процесс выхода электронов с поверхности электрода катода или процесс освобождения электронов от связи с поверхностью называется эмиссией электронов. Для процесса эмиссии необходимо затратить энергию.
Энергия, которая достаточна для выхода электронов с поверхности катода, называется работой выхода (Uвых)
Она измеряется в электрон-вольтах и обычно в 2-3 раза меньше работы ионизации.
Различают 4 вида эмиссии электронов:
1. Термоэлектронная эмиссия
2. Автоэлектронная эмиссия
3. Фотоэлектронная эмиссия
4. Эмиссия под действием удара тяжелых частиц.
Термоэлектронная эмиссия протекает под действием сильного нагрева поверхности электрода – катода. Под действием нагрева электроны, находящиеся на поверхности катода приобретают такое состояние, когда их кинетическая энергия становится равной или больше сил их притяжения к атомам поверхности электрода, они теряют связь с поверхностью и вылетают в дуговой промежуток. Сильный разогрев торца электрода (катода) протекает потому, что в момент его соприкосновения с деталью это соприкосновение происходит лишь в отдельных точках поверхности вследствие наличия неровностей. Такое положение при наличии тока приводит к сильному разогреву места контакта, в результате чего возбуждается дуга. Температура поверхности сильно влияет на имитирование электронов. Обычно эмиссия оценивается плотностью тока. Связь между термоэлектронной эмиссией и температурой катода установили Ричардсон и Дешман.
, (1.8)
где j0 – плотность тока, А/cм2;
φ – работа выхода электрона, э-В;
А – константа, теоретическое значение которой А = 120 а/см2град2 (опытное значение для металлов А » 62,2).
При автоэлектронной эмиссии энергия, необходимая для выхода электронов, сообщается внешним электрическим полем, которое как бы “отсасывает” электроны за пределы воздействия электростатического поля металла. В этом случае плотность тока может быть рассчитана по формуле
, (1.9)
где Е – напряженность электрического поля, В/см;
или
(1.10)
С повышением температуры значение автоэлектронной эмиссии снижается, но при невысоких температурах ее влияние может быть определяющим, особенно при высокой напряженности электрического поля (106 – 107 В/см), что по данным Броуна М.Я. и Г.И. Погодина-Алексеева может быть получено в приэлектродных областях.
При поглощении энергии излучения могут появиться электроны настолько большой энергии, что некоторые из них выходят с поверхности. Плотность тока фотоэмиссии определяется по формуле
(1.11)
где α – коэффициент отражения, значение которого для сварочных дуг неизвестно.
Длины волн, которые вызывают фотоэмиссию также как и для ионизации определяются по формуле
В отличие от ионизации, эмиссия электронов с поверхности щелочных и щелочноземельных металлов вызывается видимым светом.
Поверхность катода может быть подвергнута ударам тяжелых частиц (положительных ионов). Положительные ионы в случае удара о поверхность катода могут:
Во-первых, отдать кинетическую энергию, которой они обладают.
Во-вторых, могут нейтрализоваться на поверхности катода; при этом они отдают электроду энергию ионизации.
Таким образом, катод приобретает дополнительную энергию, которая идет на нагрев, плавление и испарение, а некоторая часть затрачивается вновь на выход электронов с поверхности. В результате достаточно интенсивной эмиссии электронов с катода и соответствующей ионизации дугового промежутка устанавливается устойчивый разряд – электрическая дуга с протеканием в цепи определенной величины тока при определенном напряжении.
В зависимости от степени развития того или иного вида эмиссии различают три типа сварочных дуг:
Дуги с горячим катодом;
Дуги с холодным катодом;
Дата добавления: 2016-12-27; просмотров: 3828;