2.6.4. Измерения в приэлектродных областях

Изучение явлений в катодной и анодной областях, особенно в дугах высокого давления, к которым относятся почти все сварочные дуги, за исключением вакуумной, связано с определенными трудно­стями. Получение сведений о плотностях тока j_а и j_к на электродах, об отношениях j_e / j_i на катоде, о значениях U_K и U_a, о напряженно­сти электрического поля зон d_K, d_a, о температурах электронов и давлениях газа вблизи них осложняется тем, что исследуемые об­ласти характеризуются высокой температурой и малыми размерами. Существует два основных метода измерения U_K и U_a:сближение электродов до соприкосновения и зондовый метод.

При сближении электродов разность потенциалов между ними перед непосредственным соприкосновением приблизительно рав­на сумме U_K + U_a. Однако при тесном сближении электродов столб дуги может смещаться в сторону и длина дуги l_д становится боль­ше зазора между электродами. Напряжение U_a при l_д ≤ 0,2 мм может вновь возрастать или понижаться, поэтому при снятии по­казаний приборов для построения кривой U_д = U(l_д) и экстраполировании ее на l_д = 0 надо это учитывать. Кроме того, U_K и U_a во многих случаях существенно зависят от l_д. Выделение значений U_K и U_a из показаний приборов, регистрирующих сумму анодного и катодного падения потенциала U_K+a , также вызывает большие трудности.

При высоких температурах плазмы, характерных для свароч­ных дут, можно использовать зондовый метод измерения U_K и U_a. Зонды, например вращающиеся, перемещают с большой скоростью, чтобы они не успели расплавиться. Потенциал зонда регист­рируют с помощью электронного осциллографа. Точно измерить разность потенциалов между холодным зондом и горячей плазмой достаточно сложно, поэтому нельзя определить U_K и U_a с точно­стью до 1 В.

Затруднено также измерение протяженности переходных зон. По теоретическим соображениям считают, что в атмосферных дугах с холодным металлическим катодом зона d_K ≈ Λ_е, т. е. 10^-3 мм и ме­нее. В термоэлектронных дугах значение d_K больше и его оце­нивают примерно по расстоянию темнового пространства у катода.

Плотность тока j обычно определяют либо по ширине канала вблизи электрода, либо по следам, оставленным дугой на электро­дах. В первом случае зона свечения обычно имеет меньшие попе­речные размеры, чем сам токопроводящий канал, но не ясно, как распределен ток по сечению. Во втором случае при замерах у по площади следа не учитываются эмиссионная пятнистость и блуждание пятна и т. д.

Пока не существует прямых методов определения отношения плотностей электронного и ионного токов j_e/j. Измерение тем­пературы электродов по их излучению затруднено тем, что источ­ником излучения может быть не поверхность электрода, а светя­щийся слой плазмы вблизи него. Бомбардировка поверхности катода положительными ионами приводит к такому быстрому распылению материала и размыванию границы катод - газ, что такие понятия, как температура поверхности и работа выхода электронов, становятся неопределенными.