Автоматическая сварка, 2016, №11



2016 №11 (07)

DOI of Article 10.15407/as2016.11.01

2016 №11 (02)

---

Журнал «Автоматическая сварка», № 11, 2016 г., с. 3-10
 

Численный анализ характеристик плазмы сжатой и свободногорящей дуги с тугоплавким катодом

И. В. Кривцун¹, И. В. Крикент², В. Ф. Демченко¹

¹ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины. 03680, г. Киев-150, ул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
²Днепродзержинский гос. технический университет. 51918, г. Днепродзержинск, ул. Днепростроевская, 2.
 
Реферат
На основе самосогласованной математической модели процессов энерго-, массо- и электропереноса в столбе и анодной области электрической дуги с тугоплавким катодом проведен сравнительный численный анализ тепловых, электромагнитных и газодинамических характеристик дуговой плазмы для сжатой (плазменной) и свободногорящей аргоновой дуги с медным водоохлаждаемым анодом. Результаты расчета характеристик плазмы столба дуги показывают, что распределения плотности электрического тока, температуры и скорости плазмы сжатой дуги могут в значительной мере отличаться от соответствующих распределений для свободногорящей дуги в зависимости от тока дуги, диаметра канала сопла плазмотрона и расхода плазмообразующего газа. Характеристики прианодного слоя плазменной дуги также существенно отличаются от соответствующих характеристик свободногорящей дуги в зависимости от указанных выше параметров режима горения дуги. Таким образом, варьируя ток дуги, диаметр канала сопла плазмотрона и расход плазмообразующего газа, можно эффективно управлять характеристиками теплового, электромагнитного и, особенно, динамического воздействия сжатой дуги на поверхность металла анода. Библиогр. 13, табл. 1, рис. 10.
 
Ключевые слова: сжатая (плазменная) дуга, свободногорящая дуга, тугоплавкий катод, водоохлаждаемый анод, столб дуги, анодная область, характеристики дуговой плазмы, математическое моделирование
 
Поступила в редакцию 04.10.2016
Подписано в печать 31.10.2016
 

1. Низкотемпературная плазма / В. С. Энгельшт, В. Ц. Гурович, Г. А. Десятков [и др.]. – Новосибирск: Наука, 1990. – Т. 1. Теория столба электрической дуги. – 376 с.
2. A two-dimensional nonequilibrium model of cascaded arc plasma flows / J. J. Beulens, D. Milojevic, D. C. Schram [et al.] // Phys. Fluids B. – 1991. – 3, № 9. – P. 2548–2557.
3. Dowden J. Plasma arc welding: a mathematical model of the arc / J. Dowden, P. Kapadia // Journal of Physics D: Applied Physics. – 1994. – 27, № 5. – P. 902–910.
4. TIG and plasma arc modelling: a survey / J. Wendelstorf, I. Decker, H. Wohlfahrt [et al.] // Mathematical Modelling of Weld Phenomena 3. – London: The Institute of Materials, 1996. – P. 848–897.
5. Jenista J. Numerical model of the anode region of highcurrent electric arcs / J. Jenista, J. V. R. Heberlein, E. Pfender // IEEE Trans. on Plasma Science. – 1997. – 25, No 5. – P. 883–890.
6. Schnick M. Numerical investigations of the influence of design parameters, gas composition and electric current in Plasma Arc Welding (PAW) / M. Schnick, U. Fussel, A. Spille-Kohoff // Welding in the World. – 2010. – 54, Is. 3, – P. 87–96.
7. Кривцун И. В. Модель процессов тепло-, массо- и электропереноса в анодной области и столбе сварочной дуги с тугоплавким катодом / И. В. Кривцун, В. Ф. Демченко, И. В. Крикент // Автоматическая сварка. – 2010. – № 6. – С. 3–11.
8. Крикент И. В. Моделирование процессов тепло-, массо- и электропереноса в столбе и анодной области дуги с тугоплавким катодом / И. В. Крикент, И. В. Кривцун, В. Ф. Демченко // Автоматическая сварка. – 2012. – № 3. – С. 7–11.
9. Investigation of cathode spot behaviour of atmospheric argon arcs by mathematical modeling / J. Wendelstorf, G. Simon, I. Decker [et al.] // Proc. оf the 12th Int. Conf. on Gas Discharges and their Applications. Germany, Greifswald, 1997. – Vol. 1. – P. 62–65.
10. Boulos M. I. Thermal plasmas: Fundamentals and applications / M. I. Boulos, P. Fauchais, E. Pfender. – New York and London: Plenum Press, 1997. – Vol. 1. – 454 p.
11. Ляшко И. И. Вариант метода расщепления уравнений динамики вязкой несжимаемой жидкости на лагранжево-эйлеровых сетках / И. И. Ляшко, В. Ф. Демченко, С. А . Вакуленко // Доклады АН УССР . Серия А. – 1981. – № 7. – С. 43–47.
12. Демченко В. Ф. Лагранжево-эйлеровый метод численного решения многомерных задач конвективной диффузии / В. Ф. Демченко, А. Б. Лесной // Доповіді НАН У. – 2000. – № 11. – С. 71–75.
13. Взаимодействие пучка излучения СО 2-лазера с плазмой электрической дуги при гибридной (лазер+ТИГ ) сварке / И. В. Кривцун, И. В. Крикент, В. Ф. Демченко [и др.] // Автоматическая сварка. – 2015. – № 3-4. – С. 7–16.