В гораздо большем количестве, чем при нагревании шлаков, положительные ионы калия и натрия эмиттируются при нагревании калиевого и калиево-натрие-вого стекла. Эмиссия ионов из стекол и •их смесей с СаР2 и другими компонентами сварочных материалов характеризуется сложной зависимостью от температуры (рис. 27) и весьма неустойчива во времени (рис. 28). Одновременно с эмиссией ионов наблюдается испарение нейтральных атомов щелочных элементов (рис. 29).

Влияние термоионной эмиссии из шлаков на дуговой разряд может заключаться в компенсации объемного отрицательного заряда, создаваемого электронами, и в поддержании степени ионизации газа вблизи электродов (образование отрицательных ионов и их роль в приэлектрод-ных процессах рассмотрены отдельно).

Как известно [202], степень компенсации объемного отрицательного заряда положительными ионами характеризуется параметром

Р = -^-У т+Лп,.(1-13)

где /+ и /е — плотность соответственно токов ионов и электронов; т+ — масса

иона; те — масса электрона.

Из-за большого различия подвижно-стей ионов и электронов для компенсации объемного заряда, создаваемого электронами, требуется значительно меньшая плотность тока ионов, чем плотность электронного тока, образующего объемный заряд. Например, плотность тока электронов, объемный заряд которых может быть компенсирован полученной в описанных выше экспериментах при 1750 К плотностью ионного тока 2 X X 102 А/м2, составляет 2 • 102 Ут,-//ле « « 5,46 • 104 А/м2, что соответствует работе выхода электронов ор = 2,7 эВ при этой температуре и превышает обычно наблюдаемые значения плотности тока повторного зажигания дуги переменного тока [97].

На рис. 30 представлены зависимости плотности токов ионов (кривая 2) и электронов (кривая 3) от температуры для стали Ст.08кп. Здесь же приведена плотность тока положительных ионов,

необходимая для компенсации объемных зарядов, создаваемых при этих температурах термоэлектронами (кривая /). Видно, что небольшое увеличение электронного тока по сравнению со значениями, представленными кривой 3, приведет к тому, что ионного тока будет недостаточно для компенсации объемного отрицательного заряда и при отсутствии других механизмов образования положительных ионов дальнейший рост электронного тока будет ограничиваться. На этом же рисунке приведена экспериментальная зависимость плотности термоионного тока из шлака второго вида от температуры (кривая 4) и плотность электронного тока, объемный заряд которого может быть компенсирован термоионами из шлака при соответствующих значениях температуры (кривая 5). Видно, что попадание шлака на поверхность сварочной ванны и торец электрода может обеспечить (благодаря эмиссии положительных ионов) компенсацию объемного заряда, создаваемого электронами не только при эмиссии, определяемой работой выхода из стали, но и при значительно большей плотности электронного тока. Поэтому отсутствие насыщения электронного тока в остаточной плазме между голыми стальными электродами [97] можно объяснить тем, что приложенного к электродам напряжения, а также имеющегося количества положительных ионов недостаточно для компенсации объемного отрицательного заряда, существующего у поверхности катода.

При сварке покрытым электродом компенсация в основном обеспечивается положительными ионами, в результате чего насыщение тока достигается при небольшом напряжении.

Из приведенных выше результатов следует, что в приэлектродных областях дуги благодаря одновременной термоэлектронной и термоионной эмиссии из шлака находится значительное количество электронов и ионов.

Оценим концентрацию ионов в приэлектродных областях, которую создает их эмиссия из шлаков. Как отмечено выше, плотность тока ионов, эмиттируемых шлаками, при Т « 1750 К достигает (1.2) • 102 А/м2. По этим значениям с