Автоматическая сварка, 2014, №09



2014 №09 (01)

2014 №09 (03)

---

Журнал  “Автоматическая сварка», № 9, 2014 г., с. 19-26

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ С ТУГОПЛАВКИМ КАТОДОМ И ИСПАРЯЮЩИМСЯ АНОДОМ

И. В. КРИКЕНТ¹, И. В. КРИВЦУН², В. Ф. ДЕМЧЕНКО²

¹ Днепродзержинский гос. техн. ун-т. 51918, г. Днепродзержинск, ул. Днепростроевская, 2. E-mail: science@dstu.dp.ua
² ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua

Реферат
Для уточнения разработанной ранее комплексной модели процессов энерго-, массо- и электропереноса в столбе и анодной области электрической дуги с тугоплавким катодом и испаряющимся анодом, горящей в инертном газе, предложено уравнение конвективной диффузии ионизированного металлического пара в дуговой плазме с учетом различия коэффициентов диффузии атомов, одно- и двухзарядных ионов металла, наличия термодиффузионных потоков металлических частиц, а также дрейфа ионов пара в электрическом поле. На основе уточненной таким образом комплексной математической модели проведен численный анализ влияния диффузионного испарения материала анода (Fe) на тепловые, газодинамические и электромагнитные характеристики многокомпонентной плазмы столба и анодной области стационарной электрической дуги с тугоплавким катодом (W) при ее горении в инертном газе (Ar). Показано существенное влияние распределения температуры поверхности металла в области анодной привязки дуги на распределения температуры и плотности электрического тока в прианодной плазме, а также на распределенные и интегральные характеристики ее теплового воздействия на поверхность испаряющегося анода. Библиогр. 18, рис. 12.
 
Ключевые слова: электрическая дуга, тугоплавкий катод, испаряющийся анод, столб дуги, анодная область, многокомпонентная плазма, металлический пар, диффузия, математическое моделирование
 
Поступила в редакцию 17.04.2014
Подписано к печати 08.07.2014
 
1. Murphy Anthony B. The effects of metal vapour in arc welding // J. Phys. D: Appl. Phys. – 2010. – 43. – 434001 (31 р.).
2. 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.
3. Hsu K. C., Pfender E. Two-temperature modeling of the free-burning high-intensity arc // Ibid. – 1983. – 54, № 8. – P. 4359–4366.
4. Низкотемпературная плазма / В. С. Энгельшт, В. Ц. Гурович, Г. А. Десятков и др. – Новосибирск: Наука, 1990. – Т. 1. Теория столба электрической дуги. – 376 с.
5. 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.
6. 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.
7. 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.
8. Haidar J. Non-equilibrium modeling of transferred arcs // Ibid. – 1999. – 32. – P. 263–272.
9. 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.
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. A numerical modeling of an electric arc and its interaction with the anode: Part I. The two-dimensional model / F. Lago, J. J. Gonzalez, P. Freton et al. // Ibid. – 2004. – 37. – P. 883–897.
12. 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.
13. Plasma-weld pool interaction in tungsten inert-gas configuration / J. Mougenot, J. J. Gonzalez, P. Freton et al. // J. Phys. D: Appl. Phys. – 2013. – 46. – 135–206.
14. 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 // Автомат. сварка. – 2010. – № 6. – C. 3–11.
15. 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.
16. Кривцун И. В., Крикент И. В., Демченко В. Ф. Моделирование динамических характеристик импульсной дуги с тугоплавким катодом // Автомат. сварка. – 2013. – № 7. – С. 14–25.
17. Крикент И. В., Кривцун И. В., Демченко В. Ф. Моделирование процессов тепло-, массо- и электропереноса в столбе и анодной области дуги с тугоплавким катодом // Там же. – 2012. – № 3. – C. 7–11.
18. On the application of the theory of Lorentzian plasma to calculation of transport properties of multicomponent arc plasmas / I. V. Krivtsun, P. Porytsky, V. Demchenko et al. // European Physical Journal D. – 2010. – 57. – P. 77–85.