Automatic Welding, 2010, №06



2010 №06 (10)

2010 №06 (02)

---

«Автоматическая сварка», №6, 2010 с. 3-11
 
МОДЕЛЬ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛО-, МАССО- И ЭЛЕКТРОПЕРЕНОСА В АНОДНОЙ ОБЛАСТИ И СТОЛБЕ СВАРОЧНОЙ ДУГИ С ТУГОПЛАВКИМ КАТОДОМ
 
Авторы
Чл.-кор. НАН Украины И. В. КРИВЦУН, В. Ф. ДЕМЧЕНКО, д-р техн. наук (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины), И. В. КРИКЕНТ, канд. техн. наук (Днепродзержин. гос. техн. ун-т)
 
Реферат
Основным отличием предложенной математической модели сварочной дуги от известных моделей электрических дуг атмосферного давления является учет многокомпонентности дуговой плазмы, обусловленной испарением металла анода и конвективной диффузией металлического пара в столбе дуги. Модель может быть использована для численного анализа тепловых, газодинамических и электромагнитных характеристик дуговой плазмы при сварке неплавящимся электродом и плазменной сварке в инертных газах, а также для моделирования теплового и динамического воздействия дуги на поверхность сварочной ванны.
 
Ключевые слова: сварка неплавящимся электродом, плазменная сварка, электрическая дуга, столб дуги, многокомпонентная плазма, анодная область, анодное падение потенциала, математическая модель
 
Поступила в редакцию 25.01.2010
Опубликовано 06.05.2010
 
1. Hsu K. C., Etemadi K., Pfender E. Study of the free-burning high-intensity argon arc // J. of Appl. Phys. — 1983. — 54, №3. — P. 1293–1301.
2. Hsu K. C., Pfender E. Two-temperature modeling of the free-burning high-intensity arc // Ibid. — 1983. — 54, №8. — P. 4359–4366.
3. Низкотемпературная плазма / В. С. Энгельшт, В. Ц. Гурович, Г. А. Десятков и др. В 7 т. Т.1: Теория столба электрической дуги. — Новосибирск: Наука, 1990. — 376 с.
4. Prediction of anode temperatures of free burning arcs / P. Zhu, J. J. Lowke, R. Morrow et al. // J. Phys. D: Appl. Phys. — 1995. — 28. — P. 1369–1376.
5. Jenista J., Heberlein J. V. R., Pfender E. Numerical model of the anode region of high-current electric arcs // IEEE Trans. on Plasma Sci. — 1997. — 25, №5. — P. 883–890.
6. Lowke J. J., Morrow R., Haidar J. A simplified unified theory of arcs and their electrodes // J. Phys. D: Appl. Phys. — 1997. — 30. — P. 2033–2042.
7. Haidar J. Non-equilibrium modeling of transferred arcs // Ibid. — 1999. — 32. — P. 263–272.
8. Sansonnets L., Haidar J., Lowke J. J. Prediction of properties of free burning arcs including effects of ambipolar diffusion // Ibid. — 2000. — 33. — P. 148–157. 9. Fan H. G., Kovacevic R. A unified model of transport phenomena in gas metal arc welding including electrode, arc plasma and molten pool // Ibid. — 2004. — 37. — P. 2531–2544.
10. Computational simulation of arc melting process with complex interactions / H. Nishiyama, T. Sawada, H. Takana et al. // ISIJ International. — 2006. — 46, №5. — P. 705–711.
11. Hu J., Tsai H. L. Heat and mass transfer in gas metal arc welding. Pt. I: The arc // Intern. J. of Heat and Mass Transfer. — 2007. — 50. — P. 833–846.
12. Masquere M., Freton P., Gonzalez J. J. Theoretical study in two dimensions of the energy transfer between an electric arc and an anode material // J. Phys. D: Appl. Phys. — 2007. — 40. — P. 432–446.
13. Li He-Ping, Benilov M. S. Effect of a near-cathode sheath on heat transfer in high-pressure arc plasmas // Ibid. — P. 2010–2017.
14. Metal vapour behaviour in gas tungsten arc thermal plasma during welding / M. Tanaka, K. Yamamoto, S. Tashiro et al. // Welding in the World. — 2008. — 52, №11/12. — P. 82–88.
15. Benilov M. S. Understanding and modelling plasma-electrode interaction in high-pressure arc discharges: a review // J. Phys. D: Appl. Phys. — 2008. — 41. — Р. 30.
16. Мойжес Б. Я., Немчинский В. А. К теории дуги высокого давления на тугоплавком катоде // Журн. теорет. физики. — 1972. — 42, №5. — С. 1001–1009.
17. Мойжес Б. Я., Немчинский В. А. К теории дуги высокого давления на тугоплавком катоде. II // Там же. — 1973. — 43, №11. — С. 2309–2317.
18. Приэлектродные процессы в дуговых разрядах / М. Ф. Жуков, Н. П. Козлов, А. В. Пустогаров и др. — Новосибирск: Наука, 1982. — 157 с.
19. Investigation of cathode spot behaviour of atmospheric argon arcs by mathematical modeling / J. Wendelstorf, G. Simon, I. Decker et al. // Proc. of the 12th Intern. conf. on gas discharges and their applications, Germany, Greifswald, 1997. — Vol. 1. — P. 62–65.
20. Немчинский В. А., Перетц Л. Н. Прианодный слой сильноточной дуги высокого давления // Журн. теорет. физ. — 1977. — 47, №9. — P. 1868–1875.
21. Dinulescu H. A., Pfender E. Analysis of the anode boundary layer of high intensity arcs // J. of Appl. Phys. — 1980. — 51, №6. — P. 3149–3157.
22. Кривцун И. В. Модель испарения металла при дуговой, лазерной и лазерно-дуговой сварке // Автомат. сварка. — 2001. — №3. — С. 3–10.
23. Анодные процессы в сильноточном дуговом разряде / Г. А. Дюжев, В. А. Немчинский, С. М. Школьник и др. // Химия плазмы. — 1983. — №10. — С. 169–209.
24. Sanders N. A., Pfender E. Measurement of anode falls and anode heat transfer in atmospheric pressure high intensity arcs // J. of Appl. Phys. — 1984. — 55, №3. — P. 714–722.
25. Зондовые измерения в низкотемпературной плотной плазме при высоких степенях ионизации / Ф. Г. Бакшт, Г. А. Дюжев, Н. К. Митрофанов и др. // Журн. теорет. физ. — 1973. — 43, №12. — С. 2574–2583.
26. Чен Ф. Электрические зонды // Диагностика плазмы / Под ред. Р. Хаддлстоуна, С. Леонарда. — М.: Мир, 1967. — С. 94–164.
27. Griem H. R. High-density correction in plasma spectroscopy // Phys. Rev. — 1962. — 128. — P. 997–1001.
28. Knight Ch. J. Theoretical modeling of rapid surface vaporization with back pressure // AIAA J. — 1979. — 17, №5. — P. 519–523.
29. Воздействие лазерного излучения на материалы / Р. В. Арутюнян, В. Ю. Баранов, Л. А. Большов и др. — М.: Наука, 1989. — 367 с.