Влияние структуры столба дугового разряда в вакууме на энергетическую эффективность процесса сварки

Дуговой разряд с полым катодом в вакууме имеет две формы устойчивого состояния: диффузную (размытый внешний столб) и контрагированную (видимый столб цилиндрической формы, обеспечивающий высокую направленность переноса энергии разряда с минимальным рассеиванием в радиальном направлении). Рассмотрена зависимость концентрации энергии в пятне нагрева, а следовательно, и энергетической эффективности процесса сварки, от структуры столба дугового разряда с полым катодом при изменении его параметров режима. На базе зондовых исследований показаны распределения локальных параметров плазмы дугового разряда с полым катодом в широком диапазоне его режимов. На их основе удалось достаточно полно представить картину физических процессов в плазме внешнего столба разряда и влияние его структуры на энергетическую эффективность сварки. Показано, что дуговой разряд с полым катодом в вакууме, внешний столб которого имеет структуру плазменного пучка, является сравнительно высококонцентрированным источником энергии и по удельным энергетическим показателям может достигать концентрации энергии, уступающей лишь ее лучевым источникам.

Литература

[1] Неровный В.М., ред. Теория сварочных процессов. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. 702 с.

[2] Чередниченко М.В. Электрофизические и теплофизические процессы в дуговом разряде вакуумных плазмотронов с полыми катодами. Научный вестник НГТУ, 2001, № 2(11), с. 159–170.

[3] Чередниченко В.С., Юдин Б.И. Вакуумные плазменные электропечи. Новосибирск, Изд-во НГТУ, 2010. 586 с.

[4] Коринец В.Р. Исследование влияния внешнего магнитного поля на разряд с полым катодом. Труды Московского энергетического института,1981, вып. 513, с. 39–46.

[5] Арцимович Л.А., Сагдеев Р.З. Физика плазмы для физиков. Москва, Атомиздат, 1979. 315 с.

[6] Чередниченко B.C., Косинов В.А. Дуговой разряд с полым катодом. Известия СО АН СССР. Серия технических наук, 1980, вып. 3, № 3, с. 22–30.

[7] Лукьянов Г.А. Сверхзвуковые струи плазмы. Ленинград, Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1985. 264 с.

[8] Болотин B.C., Петров А.В. Электрические характеристики дугового разряда с полым неплавящимся электродом. Сварочное производство, 1976, № 7, с. 1–4.

[9] Кручинин A.M. Исследование характеристик проводимости электронно-плазменных печей. Труды Московского энергетического института,1981, вып. 513, с. 11–20.

[10] Shobako S., Ohta M., Ohji T. Characteristics of an arc column in a hollow cathode arc. Quarterly Journal of the Japan Welding Society, 2005, vol. 23, no. 2. pp. 270–275, doi: 10.2207/qjjws.23.270

[11] Демидов В.И., Колоколов Н.Б., Кудрявцев А.А. Зондовые методы исследования низкотемпературной плазмы. Москва, Энергоатомиздат, 1996. 240 с.

[12] Неровный В.М., Ямпольский В.М., Кация К.В. Исследование дугового разряда с полым катодом как источника энергии для сварочных процессов. Известия Сибирского отделения Академии наук СССР. Серия технических наук, 1985, № 2, с. 57–63.

[13] Незлин М.В. Динамика пучков в плазме. Москва, Энергоиздат, 1982. 264 с.

[14] Живлюк Ю.Н. Зависимость проводимости плазмы от функции распределения электронов по скоростям. Журнал технической физики, 1971, т. 41, № 7, с. 1353–1356.

[15] Неровный В.М. Повышение эффективности дуговой сварки в вакууме титановых сплавов. Сварка и диагностика, 2012, № 5, с. 18–22.

[16] Xu J., Qi H., Wang J., He J., Tian X., Gong C., Li C. Welding technology and melting characteristics on vacuum arc with hollow cathode. Hanjie Xuebao/Transactions of the China Welding Institution, 2018, vol. 39, no. 6. pp. 47–52.

[17] Долотов Б.И. Сварка погруженным вольфрамовым электродом. Москва, Машиностроение-1, 2004. 206 с.