В 1. Физическая сущность сварочной дуги. Зажигание дуги. Термоэлектронная и автоэлектронная эмиссии. Работа выхода электрона

Электрический ток при некоторых условиях может проходить не только через твердые или жидкие проводники, но и через газы. Явление протекания электрического тока через газы называется электрическим газовым разрядом. Сварочная дуга представляет собой устойчивый и мощный электрический разряд, характеризуемый повышенной плотностью тока и высокой температурой. Дуга горит между электропроводными телами (электродом и свариваемой деталью), находящимися на сравнительно небольшом расстоянии друг от друга.

В зависимости от способов включения электродов и свариваемой детали в цепь сварочного тока различают два вида сварочных дуг: прямого действия, когда дуга горит непосредственно между электродом и деталью, и косвенного действия, когда дуга горит между двумя электродами, а свариваемая деталь не включена в электрическую цепь.

По роду используемого тока сварочные дуги могут быть переменного и постоянного тока. При этом дуга постоянного тока может питаться током прямой и обратной полярности. При прямой полярности электрод присоединяется к отрицательному полюсу источника питания дуги, а свариваемая деталь — к положительному; при обратной — электрод присоединяется к положительному полюсу, а деталь — к отрицательному.

В нормальном состоянии газы электрической проводимостью не обладают и электрический ток не пропускают, поскольку они почти полностью состоят из нейтральных частиц — атомов или молекул. Электрический дуговой разряд возможен лишь, при условии ионизации газов, т.е. образования электрически заряженных частиц — электронов, отрицательно и положительно заряженных ионов. Ионизация дугового промежутка происходит во время зажигания дуги и непрерывно поддерживается в процессе ее горения.

При зажигании дуги обычно используется, главным образом, термоэлектронная эмиссия, которая возникает во время короткого замыкания электродом на деталь сварочной цепи (контактный способ возбуждения дуги). При замыкании происходит соприкосновение микроскопических выступов, всегда существующих на поверхности электрода и свариваемого металла. Высокая плотность тока, приходящаяся на эти выступы, приводит к почти мгновенному их нагреву до высокой температуры, вплоть до температуры плавления и кипения металлов, и возникновению мощной эмиссии электронов. При последующем отрыве конца электрода с поверхности изделия и удалении его на расстояние 2—5 мм формируется под воздействием существующего электрического поля движущийся с большой скоростью поток электронов. Встречая на своем пути атомы газа, электроны ударяются о них и, добавляв: или отнимая отрицательный заряд, превращают их соответственно в отрицательно или положительно заряженные ионы. В условиях действия электрического поля электроны и образующиеся отрицательные ионы устремляются к положительному полюсу (аноду), а положительные ионы — к отрицательному (катоду). Достигая полюсов, частицы противоположного знака тормозятся, в результате чего выделяется большое количество энергии, в основном в форме тепла.

Нужно заметить, что не все движущиеся электроны обладают достаточной для ионизации частиц энергией. Такие электроны при сталкивании не изменяют заряд частиц, а переводят атомы и ионы в возбужденное состояние, связанное с переходом их электронов на орбиты с более высоким энергетическим уровнем. Однако возбужденные частицы являются неустойчивыми и легко возвращаются в исходное нейтральное состояние, выделяя энергию в виде потока электромагнитного инфракрасного, видимого и ультрафиолетового излучений.

Следует отметить, что имеющиеся в дуге разноименно заряженные частицы, в том числе и появившиеся при ионизации, при некоторых условиях воссоединяются, образуя нейтральную частицу. Этот процесс называется рекомбинацией; он сопровождается, как и возвращение в исходное состояние возбужденных атомов, выделением электромагнитного излучения в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах частот.

Поиск по сайту: