2.1.2. Возбуждение дуги и ее зоны

Возбуждение дуги возможно в следующих случаях:

1. при переходе из устойчивого маломощного газового разряда в дуговой (см. рис. 2.1);

2. в процессе создания высокоионизованного потока пара, пе­рекрывающего межэлектродное пространство (в большинстве слу­чаев с помощью третьего электрода);

3)при электрическом пробое газового или вакуумного проме­жутка между электродами, обеспечивающем переход из неустойчивого искрового разряда в устойчивый разряд (осуществляется подачей импульса высокой частоты и высокого напряжения);

4) при размыкании контактов или разрыве перемычки между электродами в цепи с током.

При сварке плавящимся электродом обычно используют дугу размыкания, а при сварке неплавящимся вольфрамовым электро­дом - высокочастотный вспомогательный разряд от осциллятора. Импульс высокого напряжения получают обычно с помощью кон­денсатора. При сварке угольным (графитовым) электродом дугу возбуждают, используя чаще всего третий электрод.

В газовых промежутках (при атмосферном давлении) с резко неоднородным электрическим полем напряжение возбуждения са­мостоятельного дугового разряда не совпадает с напряжением про­боя, которому соответствует перекрытие газового промежутка плазменным каналом с падающей вольт-амперной характеристикой. В этих условиях сопротивление плазменного канала, перекрываю­щего межэлектродный промежуток разряда, становится меньше, чем сопротивление внешней цепи, включая внутреннее сопротивле­ние источника напряжения. Поэтому правильно считать, что при достаточной мощности источника напряжения искровой пробой завершается образованием плазменного канала дуги.

В самостоятельном дуговом разряде начиная с токов выше нескольких ампер наблюдается неравномерное распределение потенциала и температуры между электродами (рис. 2.2, 2.3).

Скачки потенциала в катодной и анодной областях обусловле­ны скоплениями пространственного заряда и повышенным сопро­тивлением этих областей по сравнению со столбом дуги.

Неравномерным оказывается и распределение температуры по длине столба дуги. Высокие значения температуры в столбе дуги (плазменном канале) снижаются до существенно меньших значе­ний на поверхности электродов. Все это приводит к тому, что условия в приэлектродных областях заметно отличаются от условий в плаз­менном канале (шнуре), и, следова­тельно, при изучении процессов в дуге следует выделить три зоны: катодную1, анодную 2 и столб дуги 3 (рис. 2.4).

В газовом промежутке между двумя электродами заряженные частицы мо­гут возникнуть во всех трех зонах, но главным образом они появляются в ре­зультате процессов эмиссии на катоде и объемной ионизации в столбе дуги. В связи с ограниченностью эмиссии элек­тронов столб дуги (как и любой про­водник) вдали от катода сохраняет по отношению к нему положительный потенциал, поэтому часто его называют положительным столбом. В то же время не следует за­бывать, что плазма столба обычно квазинейтральна.