Ионная эмиссия

Ионная эмиссия. С анода, изготовленного из очень чистого и слабо испаряющегося металла, происходит небольшая эмиссия положительных ионов. Она значительно усиливается, если анод содержит легко испаряющиеся примеси, особенно примеси щелочных металлов. Возможна эмиссия отрицательных ионов с металлов, покрытых электропроводными слоями металлов или полупроводниками типа оксидов. Если накаленный эмиттер находится в парах какого-либо металла, то атомы металла падают на поверхность эмиттера, ненадолго адсорбируются ею и затем испаряются вновь. Часть из них испаряются в виде ионов. Такое явление получило название поверхностной ионизации.

Приэлектродные области сварочных дуг

Столб дуги примыкает к аноду и катоду, через который питается током от источника. На очень малом протяжении , резко меняются составы веществ и характер заряженных частиц – носители тока. Здесь наблюдается очень высокие плотности тока и огромные значения в десятки, тысячи миллионов В/см. При напряженности в столбе всего 20-30 В/см и общим напряжением дуги в несколько десятков В.

на анодном и катодном пятне составляет более 1000 А/см².

Катодная область

В материале катода и катодной зоне протекают сложные процессы:

1. нагрев катода проходящим током;

2. испускание поверхностью катода атомов и электронов;

3. нейтрализация ионов;

4. образование избыточного пространственного заряда;

5. скачок потенциала перед катодом;

6. ускорение ионов и электронов;

7. торможение (обратных) электронов;

8. возбуждение и ионизация атомов;

9. рекомбинация заряженных частиц;

10. формирование потоков ионов и обратных электронов.

В зависимости от материала катода сварочные дуги разделяют на два типа:

1. с неплавящимися дугами (W – дуги);

2. с плавящимся холодным катодом – металлические дуги.

Дуги с неплавящимися тугоплавкими катодами

Если катод выполнен с высокими и

«W»

«С»

W дуги могут быть двух типов:

1. с катодным пятном;

2. без катодного пятна.

h – вылет электрона

При наибольших токах и сильном охлаждении на катоде обычно есть пятно. Столб дуги у катода сильно сжат и . Здесь значительную роль играет автоэлектронная эмиссия. Такие катоды называют термоэлектростатические.

Если увеличить ток, то дуга расширяется у катода и падает в 10-100 раз (10³ А/см²). Такая дуга называется термоэлектронной дугой без катодного пятна.

Термоэлектронная дуга горит при меньших напряжениях и меньшем , чем дуга с катодным пятном.

Величина катодной области .

Дуги с холодным катодом

Катоды, изготовленные из металла, для которых термоэлектронная эмиссия при не значительна.

Сu

Fe

Особенности таких катодов – очень большая плотность катодного пятна 10⁶ – 10⁷ А/см² происходит беспорядочное движение дуги по поверхности катода и существование нескольких катодных пятен. Катод интенсивно испаряется, и дуги относят к дугам в парах металла. Для этих дуг больше, чем для вольфрамовых дуг.

,

мм.

Магнитное поле и катоды металлических дуг

Все металлические дуги обладают внутренней неустойчивостью. Это связано с непрерывным распадом, перестройкой испаряющегося катодного пятна на металле. При малых токах ( ) катодное пятно существует в виде отдельной ячейки, а при больших токах оно делится с очень большой скоростью. Систематический распад ячеек и деление катодного пятна, является причиной неоднородности собственного магнитного поля в районе пятна, которое расталкивает части пятна. Взаимодействие отдельных частей пятна происходит под влиянием их собственных магнитных полей. И подчиняется принципу max напряженности поля. Max напряженности поля должен всегда соответствовать max концентрации частиц, поэтому в направлении наибольшего потока энергии к катоду должно смещаться катодное пятно. Этим объясняется направленное движение катодного пятна, его деление и хаотическое перемещение по катоду. Если существует внешнее магнитное поле, то катодное пятно будет перемещаться в область max напряженности не только собственного, но и внешнего магнитного поля. Собственное магнитное поле, охватывая область высоких концентраций зарядов на подобие футляра, уменьшает диффузионные потери частиц. Благодаря этому возможна высокая концентрация частиц и энергии над ячейками катода, что приводит к высокой плотности катода и испарению металла.