Физические процессы при сварке и обработке материалов

Физические процессы при сварке и обработке материалов. Теоретическое исследование, математическое моделирование, вычислительный эксперимент:
Сб. статей и докладов под ред. акад. НАН Украины И.В. Кривцуна. — Киев: Международная Ассоциация «Сварка», 2018. — 642 с. ISBN 978-617-7015-74-0

Сборник включает 86 статей и докладов сотрудников отдела физики газового разряда и техники плазмы института электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, опубликованных за период 1978–2018 гг. В нем обобщен сорокалетний опыт научно-исследовательской деятельности отдела в области теоретического исследования и компьютерного моделирования физических явлений, протекающих при дуговых, плазменных, лазерных и гибридных процессах сварки, наплавки и напыления покрытий. Может быть интересен и полезен ученым, инженерам и технологам, занимающимся проблемами дуговой, плазменной, лазерной и гибридной сварки и обработки материалов, а также аспирантам и студентам, изучающим теоретические основы сварочных и родственных процессов.
Доступен для скачивания ПДФ файл сборника (30Mb)

---

СОДЕРЖАНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ ... 9

Раздел 1. Дуговая сварка и внепечная обработка металлов ... 11

1.1 Физические процессы в электрических дугах при дуговой сварке и внепечной обработке металлов ... 11

• Воропай Н.М., Кривцун И.В. Газодинамические характеристики плазменных потоков в сварочных дугах ... 17
• Воропай Н.М., Кривцун И.В. Эффективный потенциал ионизации многокомпонентных систем с активирующими присадками ... 20
• Гвоздецкий В.С., Кривцун И.В., Шевелев М.В. Методика определения параметров функции распределения плотности тока в анодном пятне сварочной дуги ... 22
• Гвоздецкий В.С., Кривцун И.В., Чиженко М.И. Расчет теплофизических свойств и коэффициентов переноса термической плазмы при сварке в Ar–He-смеси ... 27
• Гвоздецкий В.С., Демченко В.Ф., Кривцун И.В., Махненко В.И., Романенко А.В., Чиженко М.И. Моделирование процессов переноса в многокомпонентной плазме столба сварочной дуги ... 31
• Кривцун И.В., Парнета И.М. Особенности токопереноса в анодной области дугового разряда ... 38
• Крівцун І.В., Крикент І.В., Демченко В.Ф., Лісний О.Б., Наквасюк В.В. Задача електропереносу з розривним розв’язком ... 41
• Кривцун И., Демченко В., Лесной А., Наквасюк В., Мокров О., Райзген У., Забиров А., Павлык В. Математическое моделирование электромагнитных процессов в системе «сварочная дуга–испаряющийся анод» с учетом анодного падения потенциала ... 44
• Krivtsun I., Demchenko , Lesnoi A., Krikent I., Mokrov O., Reisgen U., Zabirov A., Pavlyk V. Model of heat-, mass- and charge-transfer in welding arc column and anode region ... 53
• Porytsky , Krivtsun I., Demchenko V., Reisgen U., Mokrov O., Zabirov A. On the application of the theory of Lorentzian plasma to calculation of transport properties of multicomponent arc plasmas ... 61
• Кривцун И.В., Демченко В.Ф., Крикент И.В. Модель процессов тепло-, массо- и электропереноса в анодной области и столбе сварочной дуги с тугоплавким катодом ... 68
• Krivtsun I., Demchenko , Lesnoi A., Krikent I., Poritsky P., Mokrov O., Reisgen U., Zabirov A., Pavlyk V. Modelling of electromagnetic processes in system «welding arc–evaporating anode». Part 1: Model of anode region ... 76
• Krivtsun I., Demchenko , Lisnyi O., Krikent I., Porytsky P., Reisgen U., Mokrov O., Zabirov A., Pavlyk V. Modelling of electromagnetic processes in system «welding arc–evaporating anode». Part 2: Model of arc column and anode metal ... 82
• Demchenko V.F., Pavlyk V.O., Dilthey U., Krivtsun I.V., Lisnyi O.B., Nakvasyuk V.V. Problems of heat-, mass- and charge-transfer with discontinuous solutions ... 86
• Крикент И.В., Кривцун И.В., Демченко В.Ф. Моделирование процессов тепло-, массо- и электропереноса в столбе и анодной области дуги с тугоплавким катодом ... 94
• Семенов И.Л., Кривцун И.В., Зельниченко А.Т. Исследование процессов испарения бинарных сплавов в условиях дуговой сварки ... 99
• Semenov I., Krivtsun I., Demchenko , Semenov A., Reisgen U., Mokrov O., Zabirov A. Modelling of binary alloy (Al–Mg) anode evaporation in arc welding ... 104
• Porytsky , Krivtsun I., Demchenko V., Reisgen U., Mokrov O., Zabirov A., Gorchakov S., Timofeev A., Uhrlandt D. Transport properties of multicomponent thermal plasmas: Grad method versus Chapman–Enskog method ... 111
• Кривцун И.В., Крикент И.В., Демченко В.Ф. Моделирование динамических характеристик импульсной дуги с тугоплавким катодом ... 123
• Крикент И.В., Кривцун И.В., Демченко В.Ф., Пиптюк В.П. Численное моделирование сильноточного дугового разряда в установке ковш–печь постоянного тока ... 135
• Крикент И.В., Кривцун И.В., Демченко В.Ф. Моделирование электрической дуги с тугоплавким катодом и испаряющимся анодом ... 141
• Semenov I.L., Krivtsun I.V., Reisgen U. Numerical study of the anode boundary layer in atmospheric pressure arc discharges ... 149
• Сидорец В.Н., Кривцун И.В., Демченко В.Ф., Крикент И.В., Коваленко Д.В., Коваленко И.В., Павлов А.Г. Расчетное и экспериментальное исследование статических и динамических вольт-амперных характеристик аргоновой дуги с тугоплавким катодом ... 161
• Krivtsun I., Demchenko , Krikent I., Reisgen U., Mokrov O., Zabirov A. Distributed and integrated characteristics of the near-anode plasma of the welding arc in TIG and hybrid (TIG + CO2 laser) welding ... 168
• Демченко В.Ф., Бои У., Кривцун И.В., Лихошва А.В., Сидорец В.Н., Коваленко Д.В., Коваленко И.В., Павлов А.Г. Методика восстановления распределения плотности электрического тока в анодном пятне дуги с тугоплавким катодом по экспериментальным данным, полученным методом разрезного анода ... 187
• Демченко В.Ф., Бои У., Кривцун И.В., Шуба И.В. Действующие значения электродинамических характеристик процесса сварки неплавящимся электродом с импульсной модуляцией тока дуги ... 195

1.2. Процессы тепло-, массо- и электропереноса в свариваемом металле и металлическом расплаве ... 206

• Кривцун И.В., Демченко В.Ф., Ющенко К.А., Лесной А.Б., Коваленко Д.В.,
• Коваленко И.В. Математическое моделирование тепловых, электромагнитных и гидродинамических процессов при ТИГ и А-ТИГ сварке неподвижной дугой ... 208
• Yushchenko K.A., Kovalenko D.V., Krivtsun I.V., Demchenko V.F., Kovalenko I.V.,
• Lesnoy A.B. Experimental studies and mathematical modelling of penetration in TIG and A-TIG stationary arc welding of stainless steel ... 216
• Крикент И.В., Самохвалов С.Е., Кабаков Д.Ю., Кривцун И.В., Демченко В.Ф., Пиптюк В.П., Греков С.В. Численное исследование гидродинамики расплава в установке ковш–печь постоянного тока ... 225
• Демченко В.Ф., Кривцун И.В., Крикент И.В., Шуба И.В. Силовое взаимодействие тока дуги с собственным магнитным полем ... 229

1.3. Плавление и перенос электродного металла при сварке плавящимся электродом ... 239

• Семенов А., Демченко В., Кривцун И., Мокров О., Забиров А., Райсген У. Математическое моделирование процесса формирования капли электродного металла ... 241
• Semenov , Krivtsun I., Demchenko V. Calculation of distributed characteristics of electric and magnetic fields in «electrode wire–welding arc» system ... 250
• Semenov O., Demchenko , Krivtsun I., Reisgen U., Mokrov O., Zabirov A. A dynamic model of droplet formation in GMA welding ... 255
• Semenov O., Demchenko , Krivtsun I., Reisgen U., Mokrov O., Zabirov A. Modelling of the droplet formation process in GMA welding ... 263
• Reisgen U., Mokrov, Zabirov A., Krivtsun I., Demchenko V., Lisnyi O., Semenov I. Task of volumetrical evaporation and behaviour of droplets in pulsed MIG welding of AlMg alloys ... 269
• Семенов А.П. Методы математического моделирования процессов формирования и переноса капель электродного металла при сварке плавящимся электродом (Обзор) ... 275
• Reisgen U., Mokrov, Krivtsun I., Semenov O. Study of the electrode metal transfer in GMAW by combining of two modeling approaches ... 285

Раздел 2. Лазерная сварка и обработка материалов ... 289

2.2 Физические процессы при взаимодействии электромагнитного излучения с материалами в условиях лазерной сварки и обработки ... 289

• Гвоздецкий В.С., Корчинский Г.М., Кривцун И.В., Загородний А.Г., Якименко И.П. Расчет энергетических коэффициентов поглощения и отражения электромагнитного излучения при лазерной сварке ... 293/li>
• Гвоздецкий В.С., Корчинский Г.М., Кривцун И.В., Загородний А.Г., Якименко И.П. К расчету коэффициентов поглощения и отражения оптического пучка при лазерной обработке металлов ... 298
• Гвоздецкий В.С., Загородний А.Г., Кривцун И.В., Якименко И.П. О влиянии слоистых диэлектрических покрытий на поглощательные свойства ограниченных плазмоподобных сред ... 300
• Гвоздецкий В.С., Корчинский Г.М., Кривцун И.В., Загородний А.Г., Якименко И.П. Особенности поглощения энергии в слое диэлектрика, находящегося на металлической поверхности, при его термической обработке электромагнитным излучением ... 305
• Бушма А.И., Кривцун И.В. Особенности нагрева мелкодисперсных керамических частиц лазерным излучением ... 309
• Bushma I., Krivtsun I.V. Peculiarities of absorption and scattering of different wave-length laser radiation by fine spherical particles ... 315
• Кривцун И.В., Талерко А.Н. Влияние поляризации излучения на поглощение лазерного пучка при сварке с глубоким проплавлением ... 320
• Бушма А.И., Васенин Ю.Л., Кривцун И.В. Моделирование процесса лазерного напыления керамических покрытий с учетом рассеяния лазерного пучка напыляемыми частицами ... 326
• Сухоруков С.Б., Кривцун И.В., Сидорец В.Н. Математическое моделирование газодинамики, тепло- и массообмена в потоке металлического пара при лазерной сварке с глубоким проплавлением ... 332
• Semenov I.L., Krivtsun I.V., Demchenko V.F. Modeling of metal vaporization at laser processing ... 342
• Кривцун И.В., Семенов И.Л., Демченко В.Ф. Сравнительный анализ моделей конвективного испарения металла при лазерной обработке ... 348
• Беденко Д.В., Ковалев О.Б., Кривцун И.В. Моделирование лазерной плазмы в паро-газовом канале при сварке металлов с глубоким проплавлением ... 354
• Bedenko D.V., Kovalev O.B., Krivtsun I.V. Simulation of plasma dynamics in a keyhole during laser welding of metal with deep penetration ... 359
• Semenov I.L., Krivtsun I.V. Numerical study of condensed-phase nucleus growth in vapor-gas jet under laser welding ... 369
• Кривцун И.В., Семенов И.Л. Исследование процесса зарядки частиц конденсированной фазы в парогазовом факеле ... 374

2.2 Тепловые и гидродинамические процессы в обрабатываемом металле ... 378

• Кривцун И.В., Семенов И.Л., Демченко В.Ф. Численный анализ процессов нагрева и конвективного испарения металла при обработке излучением импульсного лазера ... 379
• Semenov I., Krivtsun I., Demchenko , Zatserkovny A. Modeling of metal evaporation and plasma formation at pulsed laser processing ... 385
• Семенов А.П., Шуба И.В., Кривцун И.В., Демченко В.Ф. Моделирование поведения сварочной ванны при точечной сварке импульсным лазерным излучением ... 393

Раздел 3. Плазменные технологии ...398

3.1 Физические процессы в дуговых плазмотронах, сжатых дугах и плазменных струях ... 398

• Харламов М.Ю., Кривцун И.В., Коржик В.Н., Петров С.В., Демьянов А.И. Математическая модель дуговой плазмы, генерируемой плазмотроном с проволокой-анодом ... 401
• Харламов М.Ю., Кривцун И.В., Коржик В.Н., Петров С.В., Демьянов А.И. Влияние рода газа спутного потока на характеристики дуговой плазмы, создаваемой плазмотроном с проволокой-анодом ... 408
• Харламов М.Ю., Кривцун И.В., Коржик В.Н., Петров С.В., Демьянов А.И. Уточненная математическая модель электрической дуги в плазмотроне с внешней токоведущей проволокой ... 413
• Кривцун И.В., Харламов М.Ю., Петров С.В., Маринский Г.С., Коржик В.Н., Чернец А.В. Численный анализ характеристик дуговой плазмы в паровоздушных плазмотронах с тугоплавким катодом ... 417
• Харламов М.Ю., Кривцун И.В., Коржик В.Н., Ткачук В.И., Шевченко В.Е., Юлюгин В.К., Бойи Ву, Ситко А.И., Ярош В.Е. Моделирование характеристик плазмы сжатой дуги при воздушно-плазменной резке на прямой и обратной полярностях ... 426
• Игнатов А.В., Кривцун И.В., Семенов И.Л. Характеристики неравновесной дуговой плазмы в канале сопла плазмотрона ... 435
• Кривцун И.В., Крикент И.В., Демченко В.Ф. Численный анализ характеристик плазмы сжатой и свободногорящей дуги с тугоплавким катодом ... 445

3.2 Взаимодействие потока дуговой плазмы с дисперсными материалами при плазменном напылении покрытий ... 452

• Борисов Ю.С., Кривцун И.В., Мужиченко А.Ф., Люгшайдер Е., Эритт У. Компьютерное моделирование процесса плазменного напыления ... 453
• Борисов Ю.С., Зацерковный А.С., Кривцун И.В. Математическое моделирование процесса плазменного напыления композиционных порошков с учетом экзотермической реакции синтеза материала покрытия ... 463
• Борисов Ю.С., Зацерковный А.С., Кривцун И.В. Конвективно-кондуктивный и радиационный теплообмен потока плазмы с частицами дисперсного материала в условиях плазменного напыления ... 467
• Борисов Ю.С., Зацерковный А.С., Кривцун И.В. Особенности теплообмена ионизированного газа с испаряющейся частицей в условиях плазменного напыления ... 472

3.3 Процессы взаимодействия дуговой плазмы с проволочными материалами при плазменно-дуговом напылении ... 480

• Харламов М.Ю., Кривцун И.В., Коржик В.Н., Петров С.В. Нагрев и плавление проволоки-анода при плазменно-дуговом напылении ... 481
• Харламов М.Ю., Кривцун И.В., Коржик В.Н., Петров С.В. Формирование пленки жидкого металла на торце проволоки-анода при плазменно-дуговом напылении ... 487
• Харламов М.Ю., Кривцун И.В., Коржик В.Н. Численное моделирование движения, нагрева и дробления частиц, формирующихся при диспергировании проволоки, в условиях плазменно-дугового напыления ... 493
• Kharlamov M.Y, Krivtsun I.V., Korzhyk V.N. Dynamic model of the wire dispersion process in plasma-arc spraying ... 501
• Kharlamov M.Y, Krivtsun I.V., Korzhyk V.N., Ryabovolyk Y.V., Demyanov O.I. Simulation of motion, heating, and breakup of molten metal droplets in the plasma jet at plasma-arc spraying ... 511

Раздел 4. Гибридные лазерно-дуговые и лазерно-плазменные процессы сварки и обработки материалов ... 523

4.1. Взаимодействие лазерного излучения с дуговой плазмой, лазерно-дуговой разряд и плазмотроны на его основе ... 523

• Гвоздецкий В.С., Кривцун И.В., Свиргун А.А., Чиженко М.И. Расчетная оценка влияния лазерного излучения на характеристики плазмы столба дуги в канале сопла ... 526
• Кривцун И.В., Чиженко М.И. Основы расчета лазерно-дуговых плазмотронов ... 532
• Кривцун И.В. Особенности работы трубчатого термокатода, подогреваемого лазерным излучением ... 540
• Кривцун И.В. Моделирование комбинированных лазерно-плазменных процессов обработки материалов и устройств для их реализации ... 547
• Кривцун И.В., Крикент И.В., Демченко В.Ф., Райсген У., Забиров А.Ф., Мокров О.А. Взаимодействие пучка излучения СО₂-лазера с плазмой электрической дуги при гибридной (лазер + ТИГ) сварке ... 561
• Reisgen U., Zabirov , Krivtsun I., Demchenko V., Krikent I. Interaction of CO₂-laser beam with argon plasma of gas tungsten arc ... 571
• Игнатов А., Кривцун И., Семенов И., Райсген У., Забиров А. Влияние сфокусированного лазерного излучения на характеристики дуговой плазмы в канале сопла плазмотрона ... 579

4.2. Процессы комбинированного лазерно-дугового воздействия на материалы ... 589

• Сом А.И., Кривцун И.В. Лазер + плазма: поиск новых возможностей в наплавке ... 591
• Кривцун И.В. Модель испарения металла при дуговой, лазерной и лазерно-дуговой сварке ... 597
• Кривцун И.В. Особенности проплавления металла при лазерно-дуговой сварке с использованием ИАГ-лазера ... 606
• Бушма А.И., Зельниченко А.Т., Кривцун И.В. Сравнительный анализ лазерного, плазменного и комбинированного способов нагрева мелкодисперсных керамических частиц ... 610
• Krivtsun I.V., Demchenko V.F., Lesnoj B. Model of evaporation-condensation processes in welding and material treatment ... 614
• Borisov , Bushma A., Krivtsun I. Modeling of motion and heating of powder particles in laser, plasma, and hybrid spraying ... 618
• Semenov I.L., Krivtsun I.V., Demchenko V.F. Numerical investigation of the effect of pulse laser-arc heat source on metal ... 624
• Krivtsun I., Reisgen U., Semenov O., Zabirov A. Modeling of weld pool phenomena in tungsten inert gas, CO2 laser and hybrid (TIG + CO2 laser) welding ... 634

Именной указатель... 641