电弧中带电粒子的产生方式

发布时间: 2019-01-18作者：baile100浏览量：

电弧中带电粒子的产生方式

(1)气体电离是在外加能量作用下,使中性的气体分子或原子分离成电子和正离子的过程。

根据引起电离的能量来源不同,电离可分为三种不同的形式见表1-2

表1-2 电离的三种形式

电离的有一种形式

序号	电离方式	定义	说明
1	热电离	气体粒子受热作用而产生电离的过程	气体粒子的热运动形成频繁而激烈的碰撞,交换能量后产生的电离,热电离的主要位置是在弧柱区,温度为5000 50000K
2	场致电离	在两电极间的电场的作用下，当带电粒子的动能达到一定数值时，与中性粒子发生非弹性碰撞面使之电离，这电离称为场致电离	主要是两极区,由于在这两个区域内电场强度可达1052场致电离到一定数值时,与中性粒子10V/cm。而弧柱区电场强度而使之电为10V/cm左右,电场作用不明离这种电离称为场致电离显
3	光电离	中性气体粒子受到光辐射的作用而产生的电离过程	电弧的辐射只可能对K、Na中性气体粒子受到光辐C、A等金属蒸汽直接引起电光电离射的作用而产生的电离离,面对焊接电弧气体中的其过程他气体则不能直接引起电离光电离在电弧中起着次要作用

(2)电子发射是阴极中的自由电子受到一定的外加能量作用,并从阴极表面逸出的过程。气体电离和阴极电子发射是电弧产生和维持不可缺少的必要条件。
电子逸出功是一个电子从金属表面逸出所需的最低外加能量,当用电子伏特来衡量时,又称逸出电压。逸出功的大小受电极材料及表面状态的影响。

阴极的逸出功对电弧的稳定性也有很大影响,在其他条件相同的情况下,阴极的逸出功越小,电弧越稳定。阴极逸出功的大小取决于阴极材料的种类、掺杂元素及表面状态。金属表面有氧化物或其他掺杂元素时均可使逸出功大大降低。例如,在钨极氩弧焊的钨极上掺入含有少量的钍或铈的氧化物时,电子发射能力在高温下会增加数千倍。

按能量来源不同,阴极电子发射可分为热电子发射、场致电子发射、光电子发射和撞击电子发射四种形式,见表1-3。

序号	发射方式	定义	说明
1	热电子发射	阴极表面受热,自由电子动能加大,一部分电子达到\|或超过逸出功而产生的电子发射现象	热发射强弱受到阴极材料热电子发射熔点影响,熔点高的钨或碳做阴极时,电极可以被加热到比较高的温度,通过热发射可以提供足够多的电子
2	场致电子发射	阴极表面空间存在一定强度的正电场时阴极内部的电子将受到电场力的作用, 当力达到一定程度时, 电子就会逸出阴极表面,这种电子发射现象称为场致电子发射	电场越强,则场致电子发射能力越强电弧温度较低时(如熔化极电弧焊的焊件、小电流鹤极氩弧焊的阴极)其表面往往会产生强电场对低熔点材料,电场发射对阴极区提供带电粒子起重要作用冷阴极主要是这种发射电子的机理
3	光电子发射	当金属表面接受光辐射时,也可使金属表面自由电子能量增加,冲破金属表面的约束飞到金属外面来,这种现象称为光电子发射	光电子发射在焊接电弧中占次要地位
4	粒子碰撞发射	高速运动的粒子(电子或离子)碰擅金属表面时,将能量传给金属表面的自由电子,使其能量增加而跑出金属表面,这种现象称为	在一定条件下,粒子碰撞发射是电弧阴极区提供导电所需电子的主要途径

(3)负离子在一定条件下,电弧中某些活泼性非金属原子或分子(如F、CI等)会吸附电子而成负离子。该过程是放热过程,在电弧中的产生概率很低,只产生在较低的电弧周边处或交流电弧电流过零点时。

负离子尽管也是带电粒子,但由于质量比电子大得多,在同样的电场作用下,其运动速度比电子小得多,因此负离子导电能力就比电子小得多。大量负离子的产生会降低电弧的导电性能。例如,在交流电弧中,有易形成负离子的卤族元素,会使电弧显得非常不稳定。

(4)带电粒子的复合是电弧空间的正负带电粒子在一定条件下相遇而结合成为中性粒子的过程。在电弧燃烧过程中,不但有带电粒子产生,而且还会发生带电粒子复合。带电粒子复合也是放热过程,放出电离能量。带电粒子的复合也只能发生在温度较低的电弧周边处或交流电弧电流过零点时。

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