Файл: Фролов В.В. Источники тепла при сварке плавлением.pdf

того катода впервые наблюдалась еще Эдиссоном. Физическая сущность этого явления сводится к тому, что электроны про­ водимости, всегда имеющиеся в металле, обладают весьма ма­ лой энергией, подчиняясь статистике „вырожденного“ газа. Од­ нако, приближаясь к границе раздела металл—вакуум или ме­ талл—газ, они приобретают значительную потенциальную энер­

гию, так как граница раздела металлического кристалла по­ строена из остовов атомов, имеющих положительный потенци­

электронов, обладающих этой энергией, что приводит к увели­ чению эмиссионного потока. Величина работы выхода зависит

9

от природы металла, состояния его поверхности и ряда дру­ гих причин, которые будут рассмотрены в дальнейшем. Плот­ ность тока эмиссии может быть вычислена по уравнению Ричардсона-Дешмена (2)

10

из металла при поглощении квантов лучистой энергии была открыта А. Г. Столетовым в 188& голу Фотоэлектронная эмис­ сия в дуговом разряде имеет вторичное значение (излучение дуги) и невелика, т. к. обычные промышленные металлы имеют

Автоэлектронная эмиссия или выход электро­ нов под действием электрического поля.

Энергия электрического поля снижает работу выхода, как бы вытягивая электроны из металла. Однако, ввиду больших

II

значений работы выхода электрона требуются электрические поля очень высокой напряженности. В сварочной электричес­ кий дуге автоэлектронная эмиссия имеет значение только в момент возникновения дугового разряда при разрыве коротко­ замкнутых электродов.

Эмиссия электронов под действием тяжелых частиц или выход электронов из металла при уда­ ре о поверхность как отрицательно, так и поло­

жительно заряженных частиц.

При столкновении с катодом эмиссию будут вызывать, глав­

ным образом, положительные ионы из столба дуги, т. к. отри­ цательно заряженные ионы вблизи поверхности катода будут испытывать торможение.

Рис. 6. Схема возбуждения электронной эмиссии под действием удара тяжелых частиц

а) разрядившийся ион уходит в раствор; б) разрядившийся ион отражается

Ударяясь о поверхность катода положительно заряженные ионы будут, кроме своей кинетической энер(ии, возвращать

работу ионизации, получая обратно электрон. Атом, образовав­ шийся из положительно заряженного иона, может или отско­

чить от поверхности катода или уйти в нее, растворяясь в ме­

12

где воЩ —работа ионизации положительного иона;

П1; V2

-- кинетическая энергия положительного иона;

® — работа выхода электрона:

mev2

-----кинетическая энергия электрона, покинувшего металл.

Эмиссия электронов под действием ударов тяжелых частиц,

по-видимому, имеет существенное значение в дуговых разря­ дах сварочного режима, т. к. в этом случае наблюдается вы­ сокая степень ионизации и большая концентрация газа в дуго­ вом промежутке.

Термоионная эмиссия или отрыв положительных ио­ нов с поверхности металла требует значительной энергии и в

сварочных процессах, по-видимому, имеет место только в дуго­ вом разряде с угольным электродом при обратной полярности. Это явление было использовано еше в работах Н. Г. Славянова для науглероживания металлической ванны.

б) Объемная ионизация и процессы, происходящие в дуговом промежутке

Газовая атмосфера дугового промежутка состоит обычно из большого количества компонентов. Она содержит пары метал­ ла электродов, которые могут представлять собою сложные сплавы, пары минеральной части электродных покрытий или флюсов и компоненты газовой среды, в которой возбуждена дуга.

тивные, 2) столкновения неупругие или активные.

Упругие столкновения не приводят к перестройке частиц, а

лишь изменяют их скорости в соответствии с законами столк­

новения идеально упругих тел. В этом случае электрон не подходит на близкое расстояние к нейтральной частице, т. к.

испытывает торможение от электронных слоев, ограничиваю­ щих любую частицу в газе (молекула, атом, ион).

Упругие столкновения электрона с нейтральными частицами трансформируют энергию электрическую в тепловую, вызывая увеличение теплосодержания газа и рост его температуры. Связь энергии, накопленной электроном в электрическом поле,

13