Автоматичне зварювання, 2025, №03

2025 №03 (08)

DOI of Article 10.37434/as2025.03.01

2025 №03 (02)

---

Журнал «Автоматичне зварювання», № 3, 2025, с. 3-9

Модель анодного шару електричної дуги з анодом, що випаровується

І.В. Крівцун¹, А.І. Момот^1,2, І.Б. Денисенко^1,3

¹ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України. 03150, м. Київ, вул Казимира Малевича, 11. E-mail: momot.andriy@gmail.com
²Київський національний університет імені Тараса Шевченка. 01601, м. Київ, вул. Володимирська, 64/13.
³Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна. 61022, м. Харків, майдан Свободи, 4. E-mail: idenysenko@yahoo.com

Запропоновано математичну модель анодного шару дуги з анодом, що випаровується в конвективному режимі. Сформульовано систему диференціальних рівнянь для опису просторових розподілів концентрації іонів та атомів, температури електронів і важких частинок (атомів та іонів) плазми в анодному шарі. З метою визначення відповідних крайових умов запропоновано підхід для обчислення параметрів плазми на краях анодного шару з газодинамічною областю (стовпом дуги) і з шаром просторового заряду біля поверхні анода. Цей підхід дозволяє знайти концентрації та температури частинок плазми, її швидкість руху та тиск на краях анодного шару як у конвективному режимі випаровування металу анода, так і у дифузійному режимі випаровування (з урахуванням дифузійної швидкості металевої пари). Обчислення проведені для трьох різних металів анода: Fe, Cu, Al. Знайдено температуру поверхні анода, при якій відбувається перехід від дифузійного до конвективного режиму випаровування. Бібліогр. 17, табл. 1, рис. 4.
Ключові слова: анодний шар, електрична дуга, математична модель, анод, що випаровується, металева пара, конвективне випаровування, дифузійне випаровування


Надійшла до редакції 12.05.2025
Отримано у переглянутому вигляді 20.05.2025
Прийнято 26.05.2025

Список літератури

1. Steen, W.M., Eboo, M. (1979) Arc augmented laser welding. Metal Construction, 11, 332??335.
2. Seyffarth, P., Krivtsun, I.V. (2002) Laser-arc processes and their applications in welding and material treatment. Welding and Allied Processes. London, Taylor and Francis Books. DOI: https://doi.org/10.1201/9781482264821
3. Krivtsun, I.V., Krikent, I.V., Demchenko, V.F., Reisgen, U., Zabirov, A.F., Mokrov, O.A. (2015) Interaction of CO2-laser radiation beam with electric arc plasma in hybrid (laser+TIG) welding. The Paton Welding J., 3, 6–15. DOI: https://doi.org/10.15407/tpwj2015.04.01
4. Reisgen, U., Krivtsun, I., Gerhards, B., Zabirov, A. (2016) Experimental research of hybrid welding processes in combination of gas tungsten arc with CO2- or Yb: YAG-laser beam. J. of Laser Applications, 28, 022402. DOI: https://doi.org/10.2351/1.4944096
5. Krivtsun, I., Reisgen, U., Semenov, O., Zabirov, A. (2016) Modeling of weld pool phenomena in tungsten inert gas, CO2-laser and hybrid (TIG+ CO2-laser) welding. J. of Laser Applications, 28, 022406. DOI: https://doi.org/10.2351/1.4943994
6. Krivtsun, I.V., Momot, A.I., Denysenko, I.B., Mokrov, O., Sharma, R., Reisgen, U. (2024) Transport properties and kinetic coefficients of copper thermal plasmas. Physics of Plasmas, 31, 083505. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0216753
7. Zhdanov, V.M. (2002) Transport processes in multicomponent plasma. CRC Press.
8. Knight, C.J. (1979) Theoretical modeling of rapid surface vaporization with back pressure. AIAA J., 17, 519–523. DOI: https://doi.org/10.2514/3.61164
9. Almeida, N.A., Benilov, M.S., Naidis, G.V. (2008) Unified modelling of near-cathode plasma layers in high-pressure arc discharges. J. Phys. D: Appl. Phys. 41, 245201. DOI: https://doi.org/10.1088/0022-3727/41/24/245201
10. Frezzotti, A. (2007) A numerical investigation of the steady evaporation of a polyatomic gas. European J. of Mechanics-B/Fluids, 26, 93–104. DOI: https://doi.org/10.1016/j.euromechflu.2006.03.007
11. Bird, E., Liang, Z. (2019) Transport phenomena in the Knudsen layer near an evaporating surface. Physical Review E, 100, 043108. DOI: https://doi.org/10.1103/Phys-RevE.100.043108
12. Gao, S., Momot, A., Krivtsun, I., Antoniv, D., Momot, O. (2025) Interaction between a spherical particle and atmospheric pressure currentless argon plasma. East European J. of Physics, 1, 388–395. DOI: https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-1-48
13. Godyak, V.A., Sternberg, N. (2002) Smooth plasma-sheath transition in a hydrodynamic model. IEEE Transact. on Plasma Sci., 18, 159–168. DOI: https://doi.org/10.1109/27.45519
14. Zhang, Y., Evans, J. R., Yang, S. (2011) Corrected values for boiling points and enthalpies of vaporization of elements in handbooks. J. of Chemical & Engineering Data, 56, 328–337. DOI: https://doi.org/10.1021/je1011086
15. Kramida, A., Ralchenko, Yu., Reader, J., NIST ASD Team (2024) NIST Atomic Spectra Database (ver. 5.12) https://physics. nist.gov/asd National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD. DOI: https://doi.org/10.18434/T4W30F
16. Loock, H.P., Beaty, L.M., Simard, B. (1999) Reassessment of the first ionization potentials of copper, silver, and gold. Physical Review A, 59, 873. DOI: https://doi.org/10.1103/ PhysRevA.59.873
17. Krikent, I.V., Krivtsun, I.V., Demchenko, V.F. (2014) Simulation of electric arc with refractory cathode and evaporating anode. The Paton Welding J., 9, 17–24. DOI: https://doi. org/10.15407/tpwj2014.09.02