Іонізаційна рівновага в зоні нуклеації плазми зварювального аерозолю

• Main Authors: Вишняков, В. І., Козицький, С. В., Еннан, А. А.-А.
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: Russian
• Published: Odessa I.I. Vechnikov National University 2019
• Subjects: Електрофізика; Саха
• Online Access: http://fas.onu.edu.ua/article/view/170857

Вивчені механізми іонізації плазми, яка була сформована в зварювальному аерозолі при зварки в захисному газі. Потік парів металів, який спливає із зони дуги, змішуєтеся з захисним газом та формує парогазову суміш. Іонізація атомів парогазової суміші відбувається електронним ударом та описуєтеся відомим рівнянням Саха. Дуга є потужним джерелом ультрафіолетового випромінювання, яке викликає додаткову іонізацію атомів парогазової суміші. Проте показано, що у діапазоні температур, який відповідає області начального змішування, іонізацією атомів ультрафіолетовимвипромінюванням можна знехтувати по зрівнянню з термічної іонізацією.В процесі змішування відбувається охолодження парів, при цьому росте їх перенасичення, в тому числі основного компоненту – заліза. При зменшенні температури парогазовоїсуміші до деякого значення, відбувається інтенсивна гетерогенна іон-індукована конденсація парів заліза. При цьому концентрація сформованих зародків надаваєтеся значно вище концентраціїіонів плазми. Це призводить до того, що частота зіткнень електронів з зародками більш ніж з іонами, що обумовлюєзахоплення електронів зародками. Зниження концентрації вільних електронів викликає зменшення інтенсивностііонізації атомів електронним ударом. Основним механізмом іонізації атомів плазми стає поверхнева іонізація на зародках.Таким чином формується іонно-пилова плазма, основними компонентами якої єіони та заряджені краплі зародків, які розчинені в буферному газі. Іонізаційна рівновага в такої плазмівизначається взаємодією іонів та атомів з поверхнею частинок, в даному випадку – зародками. Приведені розраховані залежності від часу значення концентрацій атомів заліза, електронів, іоні та зародків в процесі охолодження парогазової суміші. До початку конденсаціїіонізаційна рівновага в плазмі описується рівнянням Саха. З початком конденсаціїзмінюється механізм іонізаціїі, в результаті, іонізаційна рівновага визначається міжфазною взаємодією.Слід зазначити, що така зміна механізму іонізаціїможлива тільки при відсутностіприсадки лужних металів, так як їх наявністьпризводить до збільшенняконцентрації іоніві зменшенняконцентрації зародків. The ionization mechanisms of the plasma, which is formed in welding fumes from the gas metal arc welding, are studied. Effused from arc the metal vapors mix with shielding gas and form a vapor-gas mixture. The ionization of vapor-gas mixture atoms’ occurs via electron impact and is described by well-known Saha equation. The arc is the strong source of the ultra-violet radiation, which provides the additional atom ionization. However, it is demonstrated, that in temperature interval, which corresponds to initial mixing area, the ultra-violet atom ionization in comparison with thermal ionization can be neglected. The vapors cools in the mixing process, and provide supersaturation increase, including the supersaturation of iron as a predominant component. When vapor-gas mixture cools down to some temperature value, the intense heterogeneous ion-induced nucleation is started. The nucleus number density is much more than ion number density, and the collision frequency of electrons with nuclei is much more, than with ions. It causes the capture of electrons by nuclei. The decrease of free electron number density causes decrease of the ionizationrate via electron impact. The surface atom ionization becomes the base ionization mechanism. Thus the dust-ion plasma, which has the ions and charged nuclei as the base components in the buffer gas, is formed. The ionization balance in such a plasma is determinedby the atom and ion interaction with surface of the particles, the nuclei in the system under consideration. The calculated dependencies on time of the condensable atom, electron, ion and nucleus number densities are demonstrated for the vapor-gas mixture cooling. The ionization balance is determined by Saha equation before nucleation. When nucleation started, the ionization mechanism is changed and ionization balance becomes determined by interphase interaction.It should be taken into account that such a change of the ionization mechanism can occurs only if the alkali metal additional agents are absent in the plasma, because their presence leads to ion number density increase and nucleus number density decrease.