第七章、弧光放电

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1、第七章、弧光放电最常见的弧光放电有电焊弧光放电，非常明亮刺眼，闪电也是常见的弧光放电。类似的放电为什么叫弧光放电呢？历史上最初的电弧放电是在大气中产生的，在两个相隔很近的放电电极间加以电压（电源功率很大，且限流电阻较小），就会产生明亮的放电火焰，火焰中气体温度很高，因为热空气上升，冷空气从下方来补充，使发光部分向上形成拱形，所以将这种放电称为电弧放电或弧光放电（Arcdischarge）。而现在把具有这类放电机理和放电特性的放电均称为弧光放电。弧光放电的最大特点是大的放电电流密度，较低的阴极位降电压(低电压、大电流)。§7.1弧光放电的特征与分类一、弧光放电的

2、几种起弧方法1.起弧方法：①放电电极接触-分离式起弧方法：先将两放电电极接触，加以直流或交流电压，形成电流，然后再将两电极分离开，而形成弧光放电。原因是两电极接触不良处产生局部高温，而且局部电场很强（虽然两电极间只有几十V的电压，但是极间距离→0），极易形成弧光放电。电弧焊机就是采用的这种起弧原理；②直接在两放电电极间加以超高电压起弧：大气的击穿场强约为30KV/cm，也就是说，处于大气中的放电电极间距为1cm两个电极，加以30KV的电压，就可以直接起弧。雨天的闪电就是直接起弧。③辉光放电过渡起弧（常用的起弧方法）：正常辉光放电增大放电电流就会进入到反常辉光放

3、电区，此时阴极位降区的电场强度会增大，继续增大放电电流，打到阴极上的正离子数量和动能都会随放电电流的增大而增大，而导致阴极表面温度Tc升高，当电流增大到使阴极温度上升到足以产生强烈的热电子发射时，管压降突然下降到很低的水平，放电发生质的变化，从辉光放电过渡到了弧光放电。2.过渡起弧过程的伏—安特性Tc(K)Ua(V)UaTc2100140200012019001000204060I(mA)图7.1V—A及阴极温度随I变化曲线（钨丝阴极）在正常辉光放电中，阴极位降（Uc~Un）几乎不随放电电流的变化而变化，阴极温度Tc也比较低，当进入反常辉光放电区后，管压降随放

4、电电流的↑而↑，且Tc也增大，放电电流继续增大，就进入了弧光放电区。图7.1是钨丝做阴极，镍片做阳极，60KpaAr气条件下得到的放电管的伏—安特性曲线及阴极温度变化曲线（∵阴极面积很小，∴放电电流为mA）。从图7.1，可以看出，辉光放电时，管压降比较高，而放电电流很小，阴极温度比较低。过渡到弧光放电后，放电特征发生了质的变化。放电规律为：①过渡到弧光放电后，管压降Ua随放电电流I↑而↓，接近于电离电位Ui；②阴极温度Tc随放电电流I↑而↑；11h（%）302010弧光放电区辉光放电区0Tc(K)170020002200图7.2h随阴极温度Tc的变化①阴极热发

5、射电流在放电总电流中所占比例明显增大，图7.2给出了辉光放电到弧光放电h随阴极温度的变化实验曲线。a)辉光放电中，阴极发射主要是g过程，阴极热发射电流仅占总放电电流的3%()，阴极温度比较低（Tc~1750K）；b)当阴极电流达到60mA时（刚开始进入弧光放电区），阴极温度Tc~2210K，阴极热发射电流所占比例达到24%。管压降Ua迅速下降到70V左右（接近电离电位）；c)放电电流继续增大，Tc、h都随之增大，阴极热发射电流占主要部分—--弧光放电的特征()。一、弧光放电的一般特征（与辉光放电相比）①弧光放电中阴极发射电子的机理主要是热发射(难熔或低导热的阴

6、极材料)或场致发射(易熔或高导热的阴极材料)，而辉光放电的阴极电子发射主要是g过程；②弧光放电的阴极位降只有几V~几十V，而辉光放电的阴极位降为几百V；②弧光放电的阴极电流密度很大（几十mA~几千A/cm2），而辉光放电中阴极电流密度只有mA~mA/cm2；③高气压弧光放电为连续光谱(低气压弧光放电为分立光谱)，而辉光放电为分立光谱。④弧光放电为下降的V—A特性曲线（Ua随放电电流I增大而降低），而辉光放电中，阴极位降Un几乎为常数。二、弧光放电的分类1、按阴极发射机理分类：①自持的热阴极弧光放电：这种放电中，阴极材料通常是难熔金属（例如Fe、Ni、W、C等高

7、熔点金属），当阴极温度＞2200K时，阴极上发生强烈的热电子发射，电弧焊就是热阴极弧光放电；②自持的冷阴极放电：阴极材料用极易蒸发、导热性好的阴极材料（例如Hg、Ag等），阴极温度不可能很高，阴极的电子发射一般为场致发射。此时金属蒸汽导电性很好，与阴极表面形成很小的间隙，场强很强，极易形成场致发射电子；③非自持弧光放电：需对阴极辅助加热，使阴极产生热电子发射，辅助加热一旦去除，弧光放电就会终止，因而称为非自持弧光放电。2、按所充气体压强分类：①低气压弧光放电：当放电气体气压P＜1.3Kpa(10Torr)时，弧光放电除阴极区(阴极位降Uc~Ui)外，正柱区和阳

8、极区性质与正常辉光放电相同，正柱区仍为