Automatic Welding, 2013, №07



2013 №07 (02)

2013 №07 (04)

---

«Автоматическая сварка», 2013, № 7, с. 14-25

МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ИМПУЛЬСНОЙ ДУГИ С ТУГОПЛАВКИМ КАТОДОМ

И. В. КРИВЦУН, И. В. КРИКЕНТ, В. Ф. ДЕМЧЕНКО

ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11.
E-mail: office@paton.kiev.ua)
 
Реферат
На основе самосогласованной математической модели нестационарных процессов переноса энергии, импульса, массы и заряда в столбе и анодной области электрической дуги с тугоплавким катодом проведен детальный численный анализ динамических характеристик аргоновой дуги атмосферного давления с вольфрамовым катодом и медным водоохлаждаемым анодом при импульсном изменении электрического тока. Показано существенное различие динамического поведения локальных и интегральных характеристик дуговой плазмы, а также отличие динамики тепловых и электромагнитных процессов, протекающих в столбе и в анодной области импульсной дуги. Установлено, что скорости переходных процессов в дуговой плазме на переднем и заднем фронтах импульса также могут существенно различаться. Библиогр. 28, рис. 14.
 
Ключевые слова: импульсная электрическая дуга, тугоплавкий катод, водоохлаждаемый анод, столб дуги, анодная область, импульс тока, динамические характеристики, математическое моделирование
 
Поступила в редакцию 18.06.2013
Опубликовано 18.06.2013
 
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. — Новосибирск: Наука, 1990. — Т. 1. Теория столба электрической дуги. — 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 Science. — 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. 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.
10. Li He-Ping, Benilov M.S. Effect of a near-cathode sheath on heat transfer in high-pressure arc plasmas // J. Phys. D: Appl. Phys. — 2007. — 40. — P. 2010–2017.
11. 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.
12. Kim W.-H., Na S.-J. Heat and fluid flow in pulsed current GTA weld pool // Int. J. of Heat and Mass Transfer. — 1998. — 41, Issue 21. — P. 3213–3227.
13. Wu C. S., Zheng W., Wu L. Modelling the transient behaviour of pulsed current tungsten-inert-gas weld pools // Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. — 1999. — 7, № 1. — P. 15–23.
14. Traidia A., Roger F., Guyot E. Optimal parameters for pulsed gas tungsten arc welding in partially and fully penetrated weld pools // Int. J. of Thermal Sciences. — 2012. — 49, Issue 7. — P. 1197–1208.
15. Kolasa A., Matsunawa A., Arata Y. Dynamic characteristics of variable frequency pulsed TIG arc // Transaction of JWRI. — 1986. — 15, № 2. — P. 173–177.
16. Traidia A., Roger F. Numerical and experimental study of arc and weld pool behaviour for pulsed current GTA welding // Int. J. of Heat and Mass Transfer. — 2011. — 54, Issues 9-10. — P. 2163–2179.
17. Кривцун И. В., Демченко В. Ф., Крикент И. В. Модель процессов тепло-, массо- и электропереноса в аноднойобласти и столбе сварочной дуги с тугоплавким катодом // Автомат. сварка. — 2010. — № 6. — С. 3–11.
18. Мойжес Б. Я., Немчинский В. А. К теории дуги высокого давления на тугоплавком катоде // Ж. техн. физики. — 1972. — 42, № 5. — С. 1001–1009.
19. Мойжес Б. Я., Немчинский В. А. К теории дуги высокого давления на тугоплавком катоде. II // Там же. — 1973. — 43, № 11. — С. 2309–2317.
20. Приэлектродные процессы в дуговых разрядах / М. Ф. Жуков, Н. П. Козлов, А. В. Пустогаров и др. — Новосибирск: Наука, 1982. — 157 с.
21. 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.
22. Крикент И. В., Кривцун И. В., Демченко В. Ф. Моделирование процессов тепло-, массо- и электропереноса в столбе и анодной области дуги с тугоплавким катодом // Автомат. сварка. — 2012. — № 3. — С. 7–11.
23. Boulos M. I., Fauchais P., Pfender E. Thermal plasmas: Fundamentals and applications. — New York and London: Plenum Press, 1997. — Vol. 1. — 454 p.
24. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика. — М.: Наука, 1982. — Т. VIII. Электродинамика сплошных сред. — 620 с.
25. Ляшко И. И., Демченко В. Ф., Вакуленко С. А. Вариант метода расщепления уравнений динамики вязкой несжимаемой жидкости на лагранжево-эйлеровых сетках // Доклады АН УССР. Сер. А. — 1981. — С. 43–47.
26. Демченко В. Ф., Лесной А. Б. Лагранжево-эйлеровый метод численного решения многомерных задач конвективной диффузии // Доповіді НАНУ. — 2000. — № 11. — С. 71–75.
27. Трофимов Н. М., Синицкий Р. В. Динамические характеристики импульсной дуги при сварке в аргоне // Свароч. пр-во. — 1967. — № 8. — С. 17–19.
28. Almeida R. M. S., Benilov M. S., Naidis G. V. Simulation of the layer of non-equilibrium ionization in a high-pressure argon plasma with multiply-charged ions // J. of Physics D: Applied Physics. — 2000. — 33, Issue 8. — C. 960–967.