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焊接電弧的物理本質
一般情況下，氣體不含有帶電粒子（電子、正離子、負離子）,而是由中性的分子或原子組成的。要使氣體產生電弧導電，必須使氣體分子或原子電離成帶電粒子——氣體電離；同時，為了使電弧維持“燃燒”，還必須不斷地輸送電能給電弧，以補充氣體電離時所消耗的電能，即電弧的陰極要不斷地發射電子。綜上所述，氣體電離和陰極發射電子是電弧產生的必要條件。
1.氣體電離
在外加能量作用下，中性氣體分子或原子分離成正離子和電子的現象稱為氣體電離氣體分子或原子分離出一個外層電子所需要的最小能量稱為電離能或電離功，當用電子伏特（eV)來衡量時，又稱電離勢或電離電位。氣體電離勢的大小與其原子內部結構有關。電離勢大表示氣體難電離，難導電，反之表示氣體容易電離。堿金屬的電離勢較低，氣體的電離勢較高，情性氣體的電離勢更高。這就是為什么在含K、Na等穩弧劑的氣氛中比較容易導電、引面，電弧燃燒比較穩定的重要原因.
在焊接電弧中，根據引起電離的能量來源不同，電離有如下三種形式：
(1)碰撞電離 在電場中，被加速的帶電粒子與原子和分子相碰撞而產生的電離
(2)熱電離 在高溫下，具有高動能的氣體原子（成分子）在無規則的相互碰撞中產生
的電離。
(3)光電離 氣體原子（或分子）吸收光輻射的能量面產生的電離。
在高溫焊接電弧中，主要是以熱電離為主，而且進行得很微烈
2. 陰極電子發射
陰極表面在外加能量作用下連續向外發射電子的現象稱為陰極電子發射。在一般情況下，電子是不能離開金屬表面向外發射的。要使其逸出金屬電極表面而產生電子發射，必須給電子施加一定的能量。電子從陰極表面逸出所需要的能量稱逸出功。逸出功不僅與元素的種類有關，而且與電極的表面狀態有關，如表面有氧化物或其他雜質時，均可使逸出功大大降低。
按其能量來源不同，陰極電子發射可分為熱電子發射、場致電子發射、光電子發射和撞擊電子發射等四種形式。
(1)熱電子發射 陰極表面受熱后，其中某些電子具有大于逸出功的動能而逸出到表面外的空間中去的現象稱為熱電子發射。實驗證明，當陰極表面溫度達到2000-2500K時，就能產生明顯的熱電子發射。熱電子發射在焊接電弧中起著重要的作用，它隨著溫度的上升面增強。
因金屬表面有氧化物或雜質時，逸出功大為降低，所以電弧焊接時，可通過摻人某些物質或氧化物來提高陰極表面的電子發射能力。例如，鴿極上含有少量的針或飾的氧化物時，電子發射能力在高溫下能增加數千倍。
(2)場致電子發射 陰極表面溫度雖然不很高，但當附近有強電場存在，并在表面附近形成較大的電位差時，陰極仍有較多的電子發射出來。這種由于在電場作用下而產生的電子發射稱為場致電子發射。電場越強，則場致電子發射能力越強，甚至可以在室溫時發場致電子發射在焊接電弧中也起著重要的作用，特別是在非接觸式引弧或電極為低熔點材料時，其作用更為明顯
(3)光電子發射 陰極表面接受光射線的能量而釋放出自由電子的現象稱為光電子發
(4)撞擊電子發射 運動速度較高、能量較大的重粒子（如正離子）撞擊陰極表面，將能量傳遞給陰極而產生的電子發射稱為撞擊電子發射。
陰極所用的材料不同，其電子發射形式也不同，有的以熱電子發射為主，有的以場致電子發射為主，而光電子發射和撞擊電子發射在焊接電弧中占次要地位。例如，當采用銅或鋁等熔點較低的材料做陰極（稱冷陰極）進行焊接時，因受材料本身熔點的限制，陰極表面無法達到很高溫度，這時熱電子發射較弱，主要靠場致電子發射；當采用鴿、碳等熔點較高的材料做陰極（稱熱陰極）時，因表面溫度可被加熱到很高溫度（4000~5000K),使電子獲得足夠的能量而進行強烈的熱電子發射，這時場致電子發射就居于次要地位了。
綜上所述，焊接電弧的形成和維持，是在熱、光、電場和粒子動能的作用下，氣體原子或分子不斷地被電離以及陰極電子發射的結果。
