| Summary: | Запропонована одномірна модель електричної дуги в захисному газі, використовуваної для МИГ/МАГ зварювання. У цьому випадку встановлюється дуга зворотної полярності, коли електродний дріт знаходиться під позитивним потенціалом, тобто є анодом. Відповідно, зварювана поверхня (зварювальний ванна) є катодом, який забезпечує струм дуги за рахунок емісії електронів. В результаті плавлення електродного дроту утворюються краплі металу, потік яких, спрямований до зварювальної ванні, забезпечує процес зварювання.У розглянутій моделі прийняті наступні значення температури: температура анода 3000К, температура стовпа дуги 15000К і температура катода 2000К. Випаровування анода ініціює потік атомів заліза (домішки не розглядаються), який змішується з потоком захисного газу. Ця суміш заповнює стовп дуги і за рахунок іонізації додає вільні електрони, додатково до емітованими катодом, що збільшує провідність стовпа дуги.Стовп дуги розглядається в наближенні локальної термодинамічної рівноваги. Іонізаційна рівновага плазми в стовпі дуги розраховується в рамках моделі Саха. У поверхні анода і катода формується шар нерівноважної плазми за рахунок градієнта температури. З огляду на різниці в довжині вільного пробігу електронів та іонів зміна їх температури в приелектродному шарі різна - важка компонента (іони і атоми) остигає швидше, ніж електронний газ. Тому в цьому шарі слід розрізняти температуру важкої компоненти і температуру електронів.Довжина вільного пробігу носіїв заряду визначає шар беззіткненої плазми на поверхні електродів, де теплообмін між електродом і плазмою описується передачею тепла зарядженими частинками крізь беззіткнений шар. У поверхні електродів формується область просторового заряду, розмір якої менше довжини вільного пробігу носіїв заряду, тобто основне падіння напруги відбувається в беззіткненії плазмі і описується відповідними рівняннями.У статті наведено розраховані просторові розподілу уздовж осі дуги температури електронів та іонів, концентрацій атомів заліза і захисного газу, необуреній концентрації носіїв заряду, довжини вільного пробігу електронів та іонів, рівноважного потенціалу і поля для області плазми у поверхні анода. Побудовано розподілу потенціалу вздовж осі дуги для різних значень струму дуги. A one-dimensional model of an electric arc in shielding gas used for MIG / MAG welding is proposed. In this case, an arc of reverse polarity is established, when the electrode wire is at a positive potential, that is, it is an anode. Accordingly, the welded surface (molten pool) is the cathode, which provides the arc current due to the emission of electrons. As a result of melting the electrode wire, drops of metal are formed, the flow of which, directed to the molten pool, ensures the welding process.In the considered model, the following temperatures are taken: anode temperature 3000K, arc temperature 15000K and cathode temperature 2000K. The evaporation of the anode initiates a stream of iron atoms (impurities are not considered), which is mixed with a stream of protective gas. This mixture fills the arc column and, due to ionization, adds free electrons, in addition to the emitted cathode, which increases the conductivity of the arc column.The arc column is considered in the approximation of local thermodynamic equilibrium. The ionization equilibrium of the plasma in the arc column is calculated using the Saha model. At the surface of the anode and cathode, a layer of non-equilibrium plasma is formed due to the temperature gradient. Due to the difference in the free path of electrons and ions, the change in their temperature in the near-electrode layer is different - the heavy component (ions and atoms) cools faster than the electron gas. Therefore, in this layer it is necessary to distinguish the temperature of the heavy component and the temperature of the electrons.The free path of charge carriers determines the layer of a collisionless plasma at the surface of the electrodes, where the heat exchange between the electrode and the plasma is described by the transfer of heat by charged particles through the collisionless layer. A space charge region is formed at the surface of the electrodes, the size of which is less than the mean free path of charge carriers, that is, the main voltage drop occurs in a collisionless plasma and is described by the corresponding equations.The article presents the calculated spatial distributions along the arc axis of the temperature of electrons and ions, the concentrations of iron and protective gas atoms, the unperturbed concentration of charge carriers, the mean free path of electrons and ions, the equilibrium potential and field for the plasma region near the anode surface. The potential distributions along the arc axis for different values of the arc current are plotted.
|
|---|