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§1-1 电弧物理基础;;二） 带电粒子的产生过程 产生方式： 电离： 气体中性原子或分子（ A ）分离为一价正离子 （ A+ ）和电子（ e ）的过程。 电子发射： 金属表面逸出电子的现象 ? （一）电离与激励 ? 1、电离：在一定条件下中性原子分离成A+及e的现象。 A → A+ + e - Wi ? 电离能：原子或分子电离所需要的能量 单位为ev 或J ? 电子伏：一个电子被1V的电压所加速得到的能量。 ? 电离电压：电离能/电子带电量。 一次电离：A→A++e 二次电离：A+→A+++e n次电离：A（n-1）+→An++e;2、 激励：气体原子得到的一定的能量，虽然小于Wi，但可 使电子从低能级跃迁到高能级。这种现象叫激励。 激励能：所需的最小外加能量叫激励能We。 激励能电压：激励能We/e。 ? 3、能量传递方式 1） 碰撞：粒子间通过相互碰撞而交换能量 弹性碰撞：仅发生动能再分配 非弹性碰撞：交换的能量→势能，从而导致电离或激励。 ;4、电离的分类： ? 1） 热电离：气体粒子受热的作用而产生电离 实质：中性粒子通过与电子碰撞，接收电子能量而电离。 电离度：电离了的粒子数量与电离前离子数量之比。0.1% ? 热解离：在热量的作用下，多原子分子分解为原子。 解离能：分子热解离所需要的能量 2） 电场作用下的电离：A+、e在电场作用下被加速、与A碰撞 使其电离的过程。 主要是e的作用：电子获得的能量是A+ 的4倍。 ? 3） 光电离：A直接捕捉光量子并吸收其能量而电离。 波长越小越易促进光电离，电弧波长包括红外线、紫外线 可见光、可使AI、K、Na原子光电离。但不能使Ar、He、Fe 等电离。 ;（二）电子发射 ? 1、基本概念 1） 电子发射：电子从金属表面逸出的现象。 对电弧导电起作用的主要是阴极的发射。 2） 逸出功（Ww）：电子发射所需的最小能量。 3） 逸出电压：Ww/e 物理意义：Ww越小，引弧越容易，电弧稳弧性越好。 4）主要影响因素： ? 材料， K、Na之Ww较低。 ? 表面状态：有氧化物时，逸出功降低 ? 加入杂质，例如，钍、铈及镧等可降低Ww。 ? ;2、分类 ?1）热发射：在热量的作用下产生的发射 产生条件：阴极温度足够高 特点：对阴极有冷却作用，这一点对TIG焊具有重要意义。可提高W极的载流能力。 ? 2）电场发射：金属表面的电子在电场力的作用下逸出的现象。 特点：对阴极的冷却作用较小。 ? 3）光发射：光幅射作用下产生的发射。实际电弧中产生光发射的可能性很小。 ?4）粒子碰撞发射：高速运动的A+碰撞到阴极上导致的发射。;;三） 电弧各区域的导电机构 （一）区域组成 由阴极区、阳极区、弧柱三部分组成。 1、阴极区：长度极短、电压较大、E（电场强度）极高 2、阳极区：长度也极短、电压较大、E极高 3、弧柱区长度基本上等于电弧长度，E较小 ;（二）弧柱区的导电机构 所谓导电机构就是指带电粒子产生、运动方式。 1、带电粒子的产生 1）电离：热电离 光电离 电场作用的电离 2）阴极区注入的电子 3）阳极区注入的正离子 2、带电离子的运动 A+冲向阴极→正离子流IA+ e冲向阳极→电子流Ie I =IA++Ie 其中：IA+ = 0.1%I Ie = 99.9%I 3、特点： 1）电中性； 2）E小、Ua小 ;三）、阴极区的导电机构 1、阴极区在导电过程中的作用 1)产生弧柱区导电所需要电子流 Ie=0.999I 2)接收弧柱区来的正离子流IA+=0.001I 2、热发射型 1）产生条件：W、C阴极，且电流很大 2）带电粒子的产生方式：热发射 热阴极：弧柱导电所需要的电子可完全由热发生来产生的 阴极。 冷阴极：热发射能力不足的阴极。 热阴极材料：熔点高的材料 冷阴极材料：熔点低的材料。 3）特点：无阴极区、无阴极压降Vk ?;3、电场发射型导电机构 1)?????? 条件： （a）W、C阴极、且I较小 （b）AI、Fe、Cu作阴极 2)?????? 带电离子产生方式 （1）场发射 （2）场电离 （3）热发射 （4）碰撞发射;;c)?????? 特点： （1）阴极附近存在—正电荷区—阴极区 （2）fe0.999 I fA+0.001 I （3）阴极区断面收缩 （4）阴极表面上产生阴极斑点 ?3）等离子型导电机构 A、条件： 1） W、C阴极，且I较小：或AI、Fe、Cu阴极；且 2） 气压较小，UkUi B、带电粒子产生方式：热电离 C、特点：同上 ;（四）阳极区的导电机构 1、阳极区在导电过程中的作用 1)接收弧柱区来的电子流 Ie=0.