Энергетический баланс дуги.

Баланс энергии на катоде.

Электрический ток в области катода осуществляется переносом двух частиц – электронов и положительных ионов. В соответствии с этим в области катода ток подразделяется на два вида: ионный и электронный. Обозначим весь ток I. Приняв долю электронного тока f = I_э/I, получим ток электронов I_э = f/I и ток ионов I_i = (1 – f)I.

Рассмотрим составляющие, из которых складывается приход и расход энергии.

Приход энергии. а) Отдаваемая катоду кинетическая энергия падающих положительных ионов W_кин = (1 – f)IU_к. б) отдача падающими ионами при их нейтрализации работы ионизации за минусом работы выхода отраженных электронов W_н = (1 – f)I(U_i – φ) в) энергия – результат химических реакций, остающаяся на катоде – W_x г) доля энергии, которая поступает в виде излучения из столба дуги – W_изл. Итого приход энергии (1 – f)IU_к + (1 – f)I(U_i – φ) + W_x + W_изл

Расход энергии. а) на процесс эмиссии Ifφ б) энергия, которая идет на нагрев, плавление и испарение материала катода – W_к в) потери на излучение с поверхности катода – W'_изл Итого расход энергии fIφ + W_к + W'_изл

Считается что W_x + W_изл = W'_изл_.

Оставшееся решаем относительно W_к

W_к = (1 – f)IU_к+(1 – f)I(U_i – φ) – fIφ

Так как U_к = U_i (потенциал ионизации газовой смеси), то, заменив U_к на U_i , запишем

W_к = (1 – f)IU_k + (1 – f)IU_i – (1 – f)Iφ – fIφ

W_k = 2(1 – f)IU_i – Iφ

W_k=I[2(1 – f)U_i – φ]

Энергия, выделяющаяся на нагрев, плавление и испарение катода, зависит от доли ионного тока, потенциала ионизации газовой смеси и она тем больше, чем меньше работа выхода.

Баланс энергии в столбе дуги определяется приходом энергии, выделяющейся в результате прохождения тока по столбу – IU_с и энергии, вносимой электронами, получившими ускорение при прохождении прикатодной области – fIU_к, и расходом энергии, уносимой ионами, удаляющимися из столба дуги – (1 – f)IU_д, и потерями на радиацию – R_c, то есть

IU_c + fIU_k = (1 – f)IU_д + R_c.

Баланс энергии на аноде

Приход энергии а) Кинетическая энергия падающих электронов, получивших ускорение при прохождении прианодной области W_a' = IU_a (т.к. в прианодной области энергия переносится только электронами). б) Отдача падающими электронами при их нейтрализации работы выхода W = Iφ в) доля энергии, получаемая из столба дуги путем излучения W_изл

Расход энергии а) Энергия, затрачиваемая на нагрев, плавление и испарение анода W_a б) Энергия, затрачиваемая на радиацию W'_изл считая что W_изл = W'_изл

получим окончательно

W_a = I(U_a + φ) (1.14)

Из рассмотрения энергетического баланса дуги можно заключить следующее: энергия на нагрев, плавление и испарение анода и катода распределяется неравномерно. Соотношение энергии, выделяемой на аноде и катоде, зависит от применения полярности, состава газовой среды и способа сварки. Если газовая среда хорошо ионизирована и имеет низкий потенциал ионизации, то ее влияние коснется, прежде всего, энергии на катоде, а значит, отразится на производительности расплавления электродного металла. Производительность расплавления, представляющая собой отношение количества расплавленного в один час времени металла к току, т.е.

, (1.15)

где α_p – коэффициент расплавления, г/А час;

g– количество расплавленного металла, г/сек;

I – ток, А.

Чем ниже потенциал ионизации газовой среды, тем меньше выделяется энергии на катоде, тем меньше производительность расплавления электродного металла при применении прямой полярности.

1 23

Дата добавления: 2016-12-27; просмотров: 2011;