Дуги смешанного типа.

Дуги с горячим катодом характеризуются преимущественным протеканием процесса термоэлектронной эмиссии. Это дуги, где применяются тугоплавкие материалы, углерод, вольфрам с малой теплопроводностью.

Дуги с холодным катодом характеризуются сильно развитым процессом автоэлектронной эмиссии. К таким дугам относятся дуги, горящие при наличии легкоплавких материалов с повышенной теплопроводностью – медь, алюминий.

Дуги смешанного типа – это дуги, в которых имеет примерно равное значение термо- и автоэлектронная эмиссия. Такие дуги наблюдаются на стальном электроде.

Процессы на катоде, в столбе дуги и на аноде.

Рис.1.3 – Характерные области, наблюдающиеся в дуге

При горении дуги на электродах видны ярко светящиеся активные пятна, соответственно катодное и анодное. Весь дуговой промежуток разбивается на три участка (Рис. 1.3):

1. Область катодного падения напряжения U_к с катодным пятном или прикатодная область (l_к)

2. Столб дуги (l_с)

3. Область анодного падения напряжения U_а с анодным пятном или прианодная область.

Область прикатодного падения напряжения примыкает к катоду и очень мала (l_к = 10^{-5 см) по протяженности. Напряженность электрического поля здесь высокая в пределах Е ≈ 106}-10⁸ В/см. На поверхности катода наблюдается участок, имеющий высокую температуру, который называется катодным пятном. Катодное пятно является тем участком, откуда вылетают электроны, то есть здесь происходит эмиссия. Катодное пятно не перемещается или очень слабо перемещается по поверхности катода. Его температура в зависимости от материала электрода различна. Например, для железа Т_к = 2400 ⁰К, для вольфрама Т_к = 3640 ⁰К. При вылете из катодного пятна электроны пробегают участок прикатодной области без соударения. Пробегая этот участок вследствие высокой напряженности электрического поля, электроны успевают набрать необходимую кинетическую энергию для ионизации ударом. Поэтому считается, что величина падения напряжения на этом участке примерно равна потенциалу ионизации, т.е. 8 – 12 В. Электроны, выходящие с электрода и проходящие l_к – быстрые, поэтому они быстро покидают границу прикатодной области и здесь остается слой положительных ионов, называемый положительным объемным зарядом.

Далее к этому участку примыкает столб дуги, который в зависимости от способа сварки, полярности, газовой среды и рода тока может отличаться по форме. В общем случае при прямой полярности столб дуги представляет собой усеченный конус меньшим основанием к катоду, большим – к аноду.

Протяженность столба дуги значительно большая, чем прикатодной области и выражается миллиметрами. Вследствие относительно хорошей ионизации падение напряжения здесь небольшое порядка 4 вольт. Напряженность поля столба дуги тоже малая – 10 – 20 В/см. Заряженные частицы в столбе дуги не получают кинетической энергии, достаточный для ионизации ударом. В дуге преобладает видимый свет и инфракрасное излучение, поэтому ионизации излучением почти не будет. Следствием тепловой ионизации будет и рекомбинация. За счет выделения энергии от рекомбинации повышается температура столба дуги. Второй причиной разогрева являются упругие соударения. К.К. Хренов нашел зависимость между температурой столба дуги и потенциалом ионизации газовой смеси

Т = 810U_i(эф) (1.12)

Столб дуги представляет собой неоднородное образование. В осевом направлении однородность сохраняется, а в поперечном – нет. Это объясняется неравномерностью температуры от оси к периферии. К оси увеличивается температура и плотность тока, а следовательно, и степень ионизации. В столбе дуги можно выделить своеобразный участок, в котором находится равное количество положительных и отрицательных частиц с высокой степенью ионизации близкой к 100%. Этот участок называется плазмой дуги.

Участок прианодной области имеет протяженность примерно 10^{-4 см, т.е. несколько больше прикатодного. Падение напряжения здесь составляет примерно 6 Вольт. Вследствие не столь высокой напряженности поля с поверхности анода не наблюдается процесса эмиссии электронов. В прианодную область из столба дуги поступают медленные электроны, которые, получая ускорение под действием поля, падают на поверхность анода, отдавая ему свою энергию. Под действием этой энергии поверхность анода значительно разогревается.}