Дуговой разряд малой мощности в паровоздушной среде и в струе электролита при атмосферном давлении тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

САДРИЕВ РАМИЛЬ ШАМИЛЕВИЧ

ДУГОВОЙ РАЗРЯД МАЛОЙ МОЩНОСТИ В ПАРОВОЗДУШНОЙ СРЕДЕ И В СТРУЕ ЭЛЕКТРОЛИТА ПРИ АТМОСФЕРНОМ ДАВЛЕНИИ

Специальность: 01.02.05 - Механика жидкости, газа и плазмы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань 2008

003459631

Работа выполнена на кафедре технической физики Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева (КАИ) и кафедре электротехники и электроники Камской государственной инженерно-экономической академии (ИНЭКА).

Защита состоится «26» ноября 2008 года в 10:00 час на заседании диссертационного совета Д212.079.02 при Казанском государственном техническом университете им. А.Н. Туполева по адресу: 420011, г. Казань, ул. К.Маркса, 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева и на сайте www.kai.ru.

Научный руководитель - доктор физико-математических наук,

профессор Гайсин Фивзат Миннебаевич Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Кашапов Наиль Фаикович

кандидат технических наук

Силуянов Виктор Алексеевич

Ведущая организация -

Казанский государственный энергетический университет

Автореферат разослан « » октября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время разработаны плазмотроны с различными формами электрического разряда для генерации низкотемпературной плазмы: В соответствии с этим различают плазмотроны дугового и тлеющего разряда, высокочастотные и сверхвысокочастотные плазмотроны, плазмотроны барьерного разряда и с жидкими электродами. Экспериментальные исследования свойств, характеристики плазмотронов и особенности их применения были обобщены в фундаментальных трудах научных коллективов, возглавляемых известными учеными: М.Ф.Жуковым, В.Д.Русановым, Л.С.Полаком, A.C. Коротеевым, Г.Ю.Даутовым, О.И.Ясько и др.

В настоящее время сложилось два направления в применении электродуговых плазменных технологий. Первое направление охватывает технологии, использующие плазму в традиционных отраслях промышленности: металлургия, металлообработка и энергетика. Вторая область объединяет все многообразие относительно новых плазмохимических технологий, используемых в химической и других отраслях промышленности.

Разработки новых технологических устройств для резки и сварки металлов плазмой электрической дуги требуют знания электрических, тепловых и газодинамических характеристик. Необходимость определения и анализа характеристик электрической дуги связана с тем, что в этих технологических процессах основную роль при обработке играют термическое и динамическое воздействия электрической дуги на твердые материалы. На характеристики электрической дуги оказывают влияние большое число параметров. Поэтому требуется детальное изучение процессов электрической дуги.

Несмотря на это, характеристики дугового разряда малой мощности при атмосферном давлении между твердыми электродами в паровоздушной среде и в струе электролита практически не изучены. Все это задерживает разработку электродуговых плазменных установок малой мощности и их внедрение в производство. Поэтому исследование характеристик дугового разряда малой мощности в паровоздушной среде и в струе электролита, разработка и создание плазменных установок с одновременной ионизацией разрядного промежутка являются актуальной задачей.

Цель работы - установление закономерностей физических процессов, протекающих в дуговом разряде малой мощности в воздухе, паровоздушной среде и в струе электролита при атмосферном давлении, создание математической модели для расчета дуги и разработка на этой основе плазменной установки с автоматическим поджигом электрической дуги для практического применения в плазменной технике и технологии.

Задачи исследования:

1. Создать экспериментальную установку с автоматическим поджигом электрической дуги для исследования дугового разряда малой мощности в воздухе, паровоздушной среде и в струе электролита различного состава (технической воде,

\

ЫаС1, Си804 в технической воде концентрации электролита от 5% до насыщения) при атмосферном давлении в диапазоне диаметров электродов <1=2-15 мм, межэлектродныхрасстояний 1=2-50 мм, тока разряда 1=2-15 А и напряжении разряда и=16-65 В.

2. Экспериментально исследовать ВАХ разряда, распределение температуры в плазменном столбе электрической дуги.

3. Разработать математическую модель для исследования плазменного столба электрической дуги в приближении локального термодинамического равновесия.

4. Создать плазменную установку для сварки металлов и сплавов и исследовать ее характеристики.

Научная новизна исследований:

1. Экспериментально установлена возможность горения дугового разряда малой мощности в паровоздушной струе электролита при атмосферном давлении и малых токах (2 А) и напряжениях (16 В).

2. Получены, на базе экспериментальных исследований, характеристики дугового разряда малой мощности в паровоздушной среде и струе электролита различного состава (технической воде, ЫаС1, Си804 в концентрации от 5% до насыщения в технической воде) при атмосферном давлении и межэлектродном расстоянии до 50 мм.

3. Впервые установлен пробой дугового разряда в воздухе при атмосферном давлении на расстоянии 20 мм при напряжении 22 В и токе разряда 4 А.

Практическая ценность:

Результаты экспериментальных и теоретических исследований расширяют представление о физике электрических разрядов между металлическими электродами в паровоздушной среде и в струе электролита, а также способствуют дальнейшему систематическому изучению подобных систем с позиций применения плазмы этих разрядов для обработки материалов. Результаты исследовании позволили разработать и создать плазменную установку, с дуговым разрядом малой мощности, использование которой позволяет повысить производительность труда и качество сварки металлов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты экспериментального исследования: зажигания дугового разряда, ВАХ в воздушной, паровоздушной среде и в струе электролита различного состава в воздухе при атмосферном давлении.

2. Математическая модель плазменного столба дуги разряда малой мощности.

3. Устройство для сварки металлов (в том числе и цветных) с окисной пленкой при пониженных напряжениях и токах и его энергетические характеристики.

Степень достоверности научных результатов:

Определяется применением физически обоснованных методик измерений, проведением исследований с использованием разных методов и сопоставлением их результатов, с известными опытными и теоретическими данными других авторов. Все эксперименты проводились с применением современных измерительных

приборов высшего класса точности на стабильно функционирующей установке с хорошей воспроизводимостью опытных данных, результаты экспериментов обработаны на ЭВМ с применением методов математической статистики, математические расчеты проводились с применением современных программ на ЭВМ.

Апробация работы:

Основные результаты данной диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: школа по плазмохимии №10 для молодых ученых России, Иваново, ИГХТУ, 2002 г.; Межвузовская научно-методическая конференция «Научно-исследовательская деятельность студентов - первый шаг в науку», г. Набережные Челны, КамПИ, 2004 г.; Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Современные тенденции развития автомобилестроения в России», г. Тольятти, ТГУ, 2004 г.; Межвузовская научно-техническая конференция «Вузовская наука - России», г. Набережные Челны, 2005 г., научно-технические семинары ИНЭКА (КамПИ) г. Набережные Челны, КГТУ им. А.Н. Туполева, г. Казань.

Личный вклад автора в работу:

Личный вклад автора в работы, вошедшие в диссертацию, является определяющим. Автором создана экспериментальная установка в соответствии с целями исследования; проведены экспериментальные исследования, выполнены обработка, анализ и обобщение экспериментальных результатов, разработана математическая модель плазменного столба дуги разряда.

Публикации:

По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ (4 статьи, в том числе в ведущем рецензируемом журнале, рекомендованном ВАК - 2 статьи, и 4 работы в материалах конференций).

Структура и объем работы:

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы. Работа изложена на 116 страницах машинописного текста, содержит 32 рисунка, 4 таблицы и список литературы из 108 источников отечественных и зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, ее цель, формируются задачи исследования, основные защищаемые положения и научная новизна результатов.

В первой главе проведен анализ известных экспериментальных и теоретических исследований разрядов, горящих между металлическими электродами, а также обсуждаются области их практических применений, сформулированы задачи диссертационной работы.

Во второй главе приведены описания экспериментальной установки, предназначенной для исследования дугового разряда в диапазоне параметров и=16-65 В, 1=2-15 А, 1=2-50 мм, <1=2-15 мм, расхода пара и струи электролита 0=2-7,2 г/с,

различного состава (технической воде, №С1, Си504 в технической воде концентрации электролита от 5% до насыщения), а также усовершенствованный метод определения распределения температуры в плазменном столбе электрической дуги.

Функциональная схема экспериментальной установки, реализующая перечисленные условия, представлена на рисунке 1. Установка состоит из трех основных частей: источника постоянного и переменного тока, силовой разрядной цепи дуги, электронной схемы поджига дуги в межэлектродном промежутке.

Рисунок 1 - Функциональная электрическая схема дуги постоянного и переменного тока малой мощности: I - фазовращатель, 2 - компаратор нулевого уровня, 3 - схема пересчета, 4 - формирователь запускающих импульсов, 5 - генератор поджигающих импульсов, б - резак плазменный

Источником питания дуги постоянного тока до 15 А является выпрямленный трехфазным выпрямителем (вентили УЭ2, \ШЗ) трехфазный ток сети

переменного тока 380 В, 50 Гц. Для уменьшения пульсаций тока в разрядный контур включен индуктивно-емкостный фильтр, индуктивность Ы с железным сердечником 2000 мкГн. Поджиг дуги постоянного и переменного тока в межэлектродном промежутке производится генератором поджигающих импульсов, снятие остаточного заряда с электродов межэлектродного промежутка после выключения источника (разрыв контактов в каждой фазе питающей сети) - с помощью разрядного резистора 115, подключаемого параллельно межэлектродному промежутку при замыкании контактов 1-2 магнитного пускателя К1.

Источник при работе обеспечивает: высокую воспроизводимость повторной установки фазы поджига дуги из-за использования дискретных параметров

фазовращателя, независимость установки фаз поджига от частоты и полярности разряда дуги, а также колебаний напряжения питающей сети в регламентируемых пределах (220 ± 11) В; изменение частоты разрядов униполярной пульсирующей дуги от 50 до 25 импульсов в секунду с паузами через 1 и 2 периода питающей сети, что важно при сварке легкоплавких сплавов.

Вследствие высокой плотности спектров исследуемой плазменной дуги присутствия в нем самообращенных линий и невозможности измерять температуру столба дуги теми спектроскопическими методами, в которых пренебрегается реабсорбцией в плазменном столбе, была представлена методика измерения температуры, основывающаяся на представлении интенсивности в виде:

(о

с

Знание пары величин /,,(у) и т0(У) дает непосредственно максимальную температуру Т„ вдоль луча зрения, причем ошибка зависит от степени аппроксимации величин Мир. При определении Т„, обычно нужно уделять основное внимание определению интенсивности и соответствующей оптической

толщины. Для самообращенных линий оптическая толщина г0 достигается в максимумах самообращенной линии. Величина Г0 известна, поскольку она соответствует максимуму функции У(т0,р), заданной в явном виде:

Г(.Ъ,Р)=ГЛШ,АР), (2)

Определение оптической толщины на частоте максимума самообращенной линии необязательно, поскольку значение оптической толщины связано с Умаес(р)

Таким образом, достаточно одного измерения абсолютной интенсивности Д;; в максимуме самообращенной линии, чтобы измерить температуру Т„ с хорошей точностью, воспользовавшись соотношением

/ О

с

где \'0 - частота в центре самообращенной линии.

Применимость метода ограничена той областью температур, для которой справедливо неравенство

^«1- (4)

Еп

На практике достаточно, чтобы выражение в левой части (4) было меньше, чем -0,3. Применение метода к резонансным линиям нейтральных атомов исключается. Для реализации метода была использована экспериментальная установка того же типа, что и для измерений абсолютной интенсивности. Особое внимание было уделено получению хорошего разрешения спектрографа, поскольку для надежных измерений максимумы самообращенной линии должны быть хорошо разрешены.

Единственная экспериментальная трудность заключалась в том, чтобы точно измерить оптическую толщину плазменного столба, которая была определена с помощью второго источника поглощение света в плазме. Для надежного определения оптической толщины дополнительный источник света должен иметь интенсивность, большую или сравнимую с интенсивностью, излучаемой поглощающим плазменным столбом. В отличие от обычного использования лазера, когда измерения ограничиваются длиной волны лазера, в качестве мощного источника для измерения поглощения мы использовали саму плазму. Схема эксперимента показана на рисунке 2.

Рисунок 2 - Схема измерения оптической толщины плазмы Р1: D - дуговой разряд; Hi ,Н2, Mi - зеркала; М-монохроматор; Phi, Phil-фотоумножители;

В - диафрагма; DH-экран с двумя отверстиями: Угол ОС между лучами I и IIравен 3°

Плазменный столб помещается в оптическом центре вогнутого зеркала Н2, закрытого диафрагмой В. Диафрагма с двумя отверстиями DH образует два раздельных пучка I и II, которые системой зеркал Н,, А// объединяются на входной щели монохроматора. После входной щели они снова разделяются и попадают на катоды двух фотоумножителей Phi и Phil. Диафрагма В на зеркале Н2 расположена так, что ее положение влияет только на интенсивность пучка I. Выравнивая чувствительность обоих умножителей, можно по их сигналам Si и Sw определить оптическую толщину плазмы с помощью соотношения

(5)

S,-Sn

Здесь R - коэффициент отражения зеркала Н2: D - коэффициент пропускания кварцевой или стеклянной трубки, окружающей плазменный столб. Этот метод оказался удобен также и для применения к импульсным разрядам.

Калибровка умножителей в абсолютной шкале интенсивности дает как т0, так и /„ из Sn Таким образом, получаются две величины, необходимые для определения Тт в первом приближении. С точки зрения эксперимента этот метод обладает тем преимуществом, что требуется измерять только одну величину. Оптическая толщина фиксируется положением максимумов самообращенной линии.

г„ = In J-

В АХ разряда измерялись с помощью вольтметров М 367 класса точности 0,5, амперметром Ц4311 класса точности 0,5 и мультиметром MY68 класса точности 0,5. Относительные погрешности измерения напряжения разряда не превышали 1,5%. Для каждого набора значений межэлектродного расстояния и материала электродов регистрация параметров разряда проводились не менее 7 раз. Фотографирование разряда осуществлялось фотоаппаратами 10-мегапиксельным цифровым зеркальным «Canon 400D», пленочным зеркальным «Зенит-120». Видеозапись разряда велась на 3-матричную 10-мегапиксельную цифровую видеокамеру «JVC GZ-HD7ER».

В третьей главе приведены результаты расчета математической модели и сравнение с распределением температуры в дуговом разряде малой мощности.

Разработана математическая модель дуги, где плазма электрического разряда рассматривается как непрерывная среда. Предполагается, что отклонения от термического и ионизационного равновесия не значительны (JITP приближение). Рассматривается стационарная осесимметричная задача. С учетом сделанных допущений уравнения в цилиндрических координатах примут вид: уравнение баланса энергии

1<

г дг

д (л дТ 1 / Л дТ"

дг &J "Г г v4 дг У

U„

(6)

С

уравнения сохранения импульса

oz г or ÚZ

oz г or дг

(7)

(8)

уравнение неразрывности

(9)

дг г дг

Плазма дуги считается квазинейтральной, уравнения Максвелла имеют вид (% -функция электрического тока, ] = -^ай^):

±(1Ъ)+1А.(1.§х)=о; (Ю)

дг \с> дг ) г дг ^сг дг )

л

дг '

Л

Ж-

дг '

г 1 • /г 1 • • сг . сг

(И) (12)

уравнение для напряженности магнитного поля

1 8

я 03)

г дг

Система уравнений (6-13) образована нелинейными дифференциальными уравнениями в частных производных. Для расчета параметров электрической дуги необходимо использовать приближенные методы численного анализа. Поиск численного решения исходных уравнений осуществляется в области, которая заполняется расчетной сеткой. Для решения уравнений движения плазмы используются «шахматные» расчетные сетки. Использование «шахматных» сеток связано с необходимостью корректного расчета давления, которое входит в уравнения (7,8) в виде градиентов. Для поиска численного решения системы уравнений (6-13), описывающих плазму электрической дуги в приближении локального термодинамического равновесия, используется метод контрольного объема, который сводит задачу (например, баланса энергии) из всего объема плазмы к элементарным контрольным объемам.

Рисунок 3 - Распределение температуры электрической дуги Т(г, г) 1=15 мм при 1=5 А: 17200 К, 2-5500 К, 3-3600 К.

На рисунке 3 представлены пространственные распределения температуры дуги в виде изотерм, при 1=5 А и 1=15 мм дуговой разряд имеет характерную колоколообразную форму. Вблизи катода дуга имеет минимальный диаметр, что может быть объяснено малым радиусом привязки дуги к катоду и действием катодной струи. Малый радиус дуги приводит к тому, что вблизи катода плотность тока в столбе дуги достигает максимальных значений.

Рисунок 4 - Радиальное распределение температуры в дуге, полученное из самообращенных линий: 1- сечение по X = -14 мм; 2- сечение по Ъ - -12 мм.

На рисунке 4 представлено распределение температуры, полученное из трех самообращенных линий. Измерения проводились в стационарной дуге, горящей в воздухе при атмосферном давлении. В спектре излучения плазменного столба доминируют яркие линии триплета: 2 'Ро,и - 2 с длинами волн X = 4047, 4358 и 5461 А. Эти линии оказываются сильно самообращенными.

Интенсивное движение плазмы в аксиальном направлении приводит к интенсификации процессов массообмена, что в свою очередь в соответствии с законом сохранения массы приводит к интенсивному захвату газа из внешней холодной струи. В зоне, близкой к катоду, радиальная составляющая скорости плазмы должна быть направлена к оси. Таким образом, формируется прикатодная плазменная струя, описанная Меккером. Следовательно, можно сделать вывод о том, что рассматриваемая модель дугового разряда адекватно описывает физические аспекты движения плазмы разряда.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований дугового разряда между металлическими электродами (медь, латунь, сталь) в воздухе, паровоздушной среде и в струе электролита различного состава (техническая вода, №С1, СиБ04 в технической воде концентрации электролита от 5% до насыщения) при с1=2-15 мм, 1=2-50 мм, 1=2-15 А, и и=16-65 В.

На фотографиях (рисунок 5) представлены результаты исследования горения дугового разряда малой мощности между различными электродами в воздухе, паровоздушной среде и в струе электролита (техническая вода).

Рисунок 5 - Фотографии дугового разряда: а - между электродами (медь - медь) в воздухе; б - между электродами (медь - медь) в паровоздушной среде; в - между электродами (медь - медь) в струе электролита; г - между электродами (латунь - латунь) в воздухе; д -между электродами (латунь - латунь) в паровоздушной среде; е - между электродами (латунь - латунь) в струе электролита; ж - между электродами (сталь - сталь) в воздухе; з - между электродами (сталь - сталь) в паровоздушной среде; и - между электродами (сталь - сталь) в струе электролита. 1

Анализ фотографии рисунка 5 а, показала что в воздухе разряд между медными электродами имеет шарообразную форму. Разряд зажигается при и=24-36 В и 1=2 А. В паровоздушной среде (рисунок 5 б) разряд принимает ярко выраженную колоколообразную форму и зажигается при меньших значениях и=18-20 В, но при больших 1=2,2 А. В случае использования струи электролита из технической воды (рисунок 5 в), вначале разряд имеет колоколообразную форму, а с ростом I до 6 А принимает форму шара. Разряд поджигается при средних и=24-32 В, но при больших 1=3,2 А. В струе электролита из насыщенного раствора №С1 и Си804 разряд принимает более расширенную колоколообразную форму.

На фотографиях рисунка 5 г, д и е представлены дуговые разряды между электродами из латуни в воздухе, в паровоздушной среде и в струе электролита соответственно, а на фотографиях рисунка 5 ж, з, и приведены дуговые разряды между стальными электродами. Из анализа фотографии рисунка 5 следует, что в случаях горения дугового разряда в паровоздушной среде и в струе электролита разряд становится более объемным.

На рисунке 6 представлены ВАХ горения между медными электродами, и, в

35 30

25 20 15 10

О 2 4 6 1,А

Рисунок 6 - Вольтамперные характеристики разряда между медными электродами при 1=5 мм: 1 - в воздухе; 2 - в паровоздушной среде при 0=2,1 г/с; 3 - в струе электролита (техническая вода) при 0=7,2 г/с.

Как видно, величина и с ростом I для воздуха уменьшается (кривая 1). В случае использования паровоздушной среды ВАХ (кривая 2) становится возрастающей. Сравнение кривых 1 и 2 показывает что величина и при 1=7 А увеличивается в 2 раза. В результате подачи струи электролита (кривая 3) в интервале I от 3 до 5 А величина и разряда возрастает в 1,5 раза, а затем с дальнейшим ростом тока практически не меняется.

На рисунке 7 представлены ВАХ разряда между электродами из латуни. Сравнение кривых 1,2 и 3 рисунков 6 и 7 показывает, что в случае подачи струи электролита в интервале I от 7 до 9 А величина и во втором случае уменьшается.

и, 8

50 35 30 25 20 15 10

Рисунок 7 - Вольтамперные характеристики разряда между электродами из латуни при 1=5 мм: 1 - в воздухе; 2 - в паровоздушной среде при 0=2,1 г/с; 3 - в струе электролита (техническая вода) при 0=7,2 г/с.

На рисунке 8 представлены ВАХ разряда между стальными электродами. В случае использования электродов из стали ВАХ для струи электролита становится возрастающим.

и, в 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10

О 2 4 6 8 I,А

Рисунок 8 - Вольтамперные характеристики разряда между электродами из стали 40 при 1=5 мм: 1 - в воздухе; 2 - в паровоздушной среде при 0=2,1 г/с; 3 - в струе электролита (техническая вода) при 0=7,2 г/с.

А2

^ х-1

О 2 1 6 8 I, А

А

V х-

■—^ : . и .

/

г

На рисунке 9 представлены исследования ВАХ разряда между различными электродами в струе электролита из насыщенного раствора №С1.

Рисунок 9 - Вольтамперные характеристики разряда в струе электролита из насыщенного раствора №С1 в технической воде при 1=5 мм, 0=7,2 г/с и <1=5 мм между электродами: 1 - медь - медь (М 1); 2- латунь - латунь; 3 - Сталь 40 - Сталь 40.

Анализ ВАХ рисунка 9 показал, что величина II для медных и латунных электродов возрастает, а в случае стальных электродов уменьшается. Однако в случае использования электролита из насыщенного раствора СиБ04 ВАХ разряда для стали становится возрастающим (рисунок 10).

На рисунке 10 представлены исследования ВАХ разряда между различными электродами в струе электролита из насыщенного раствора Си804.

Рисунок 10 - Вольтамперные характеристики разряда в струе электролита из насыщенного раствора Си504 в технической воде при 1=5 мм, 0=7,2 г/с и с1=5 мм между электродами: 1 - медь - медь (М 1); 2- латунь - латунь; 3 - Сталь 40 - Сталь 40.

Из всех видов сварки менее исследованным является плазменно-дуговая сварка. В связи с этим были проведены исследования дугового разряда обратной полярности. На базе экспериментальных и теоретических исследовании разработан способ сварки. В разработанном способе сварки дуга обратной полярности используется только в один полупериод для разрушения окисных пленок на кромках свариваемых деталей. Плавление металла осуществляется в другой полупериод высококонцентрированным источником тепла - дугой прямой полярности, горящей между электродом плазматрона и изделием. При этом получается узкий шов с малой зоной термического влияния. Сущность способа заключается в том, что между электродами плазматрона в потоке плазмообразующего газа непрерывно горит дежурная дуга постоянного тока, создающая в промежутке электрод - изделие факел плазмы. При подаче на электрод положительного относительно изделия полупериода напряжения между электродом и изделием формируется дуга обратной полярности с нестационарным катодным пятном. В течение этого полупериода происходит разрушение окисной пленки на кромках свариваемого изделия. Величина тока обратной полярности мала и выбирается только из соображений качественной очистки. Затем на медный электрод горелки поступает отрицательный относительно изделия полупериод напряжения. При этом формируется плазменная дуга с большой плотностью энергии, достаточной для плавления. Таким образом, осуществляется сварка металлов, имеющих на поверхности тугоплавкие окисные пленки. Возможность раздельной регулировки тока прямой и обратной полярности является важным технологическим преимуществом данного способа сварки, поскольку это позволяет независимо управлять степенью очистки поверхности и скоростью плавления металла. Режим дежурной дуги и величины токов в различные полупериоды являются важными технологическими параметрами, оптимальный выбор которых обеспечивает стабильность процесса сварки цветных металлов и хорошее качество сварного соединения.

Нестационарное катодное пятно в процессе своего блуждания не только очищает открытые поверхности изделия, но и проникает в зазор между свариваемыми кромками, обеспечивая получение высококачественного сварного соединения без окисных включений. Это свойство пятна проникать в щели, трещины и поры было использовано при разработке способа заварки дефектов в различных металлах, в том числе и алюминия. Сущность этого способа заключается в следующем. В начале процесса дефектный участок изделия (в том числе внутренние полости дефектов) очищается от окисной пленки и других загрязнений дугой обратной полярности, горящей между электродом и изделием. Ток дуги мал, и заплавления дефектов не происходит. По окончании очистки наступает вторая стадия процесса - заплавление дефекта по способу сварки на переменном токе. Разработанный способ плазменной сварки металлов на переменном токе является устойчивым процессом даже при малых токах и позволяет осуществлять качественную сварку алюминия и его сплавов малых толщин.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Создана экспериментальная установка с автоматическим поджигом электрической дуги для исследования дугового разряда малой мощности в воздухе, паровоздушной среде и в струе электролита для различного состава (техническая вода, №С1 и Си804 в технической воде концентрации электролита от 5% до насыщения) при атмосферном давлении в диапазоне параметров <1=2-15 мм, 1=2-50 мм, 1=2-15 А и 11=16-65 В при атмосферном давлении.

2. Экспериментально исследованы структура, ВАХ разряда в воздухе, паровоздушной среде и в струе электролита для различного состава (техническая вода, №С1 и Си304 в концентрации электролита от 5% до насыщения в технической воде) при атмосферном давлении и 1=2-50 мм.

3. Проведены теоретические исследования плазменного столба дугового разряда в приближении локального термодинамического равновесия. В результате проведенных расчетов получено пространственное распределение температуры плазменного столба дугового разряда. Рассмотренная математическая модель позволяет получить расчетным путем параметры дугового разряда, которые необходимы при анализе параметров технологического процесса и элементов оборудования.

4. Разработана плазменная установка, использованная для резки и сварки металлов, и исследованы ее энергетические характеристики.

5. Усовершенствован метод определения радиального распределения температуры; измерения проводились в стационарном разряде, в воздухе при атмосферном давлении. Оценка показала, что ошибка меньше чем 8%. С экспериментальной точки зрения этот метод обладает тем преимуществом, что требуется измерять только одну величину, потому что оптическая толщина фиксируется положением максимумов самообращенных линии.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

Научные статьи, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК

1 .Садриев Р.Ш. Экспериментальное определение температуры плазменного столба в установках для плазменной резки и сварки металлов. /Садриев Р.Ш.//«Вестник Казанского государственного технического университета им А.Н. Туполева». - Казань - 2007. - №3. - С. 10-12.

2. Садриев Р.Ш. Расчет параметров электрической дуги в установках для плазменной резки и сварки металлов. /Садриев Р.Ш., Насибуллин Р.Т., Саримов Л.Р., Абдрахманов Р.Н.//«Вестник Казанского государственного технического университета им А.Н. Туполева». - Казань - 2008. - №1. - С. 22-24.

Научные статьи

3. Садриев Р.Ш. Определение параметров электрической дуги в установках для плазменной резки и сварки металлов. /Садриев Р.Ш.//Специализированный научно-технический и производственный журнал «Сварка в Сибири». - Иркутск -2005. - С.48-50.

4. Садриев Р.Ш. Способ плазменной сварки на переменном токе. /Садриев Р.Ш.//Научно-теоретический журнал «Успехи современного естествознания». -Москва - 2005. - С.20-22.

Материалы конференции и препринты

5.Садриев Р.Ш. Исследование характеристик генератора низкотемпературной плазмы на малых напряжениях/Котляр Л.М., Ильясов Р.Ш., Садриев Р.Ш., Ильясов Т.Р.//3-Й Международный симпозиум по теоретической и прикладной плазмохимии. 10-я Школа по плазмохимии для молодых ученых России и стран СНГ (16-21 сентября 2002 г., Плёс, Россия): Сборник материалов, Т. 2. - Иваново: Ивановский гос. хим-техн. университет, 2002. -С. 389.18ВЫ-5-230-01566-7.

6. Садриев Р.Ш. Анализ зависимостей электрической мощности, выделяемой в электродуговых установках./Ильясов Р.Ш., Котляр Л.М., Садриев Р.Ш.//Человек и общество: на рубеже тысячелетий: Международный сборник научных трудов. -Воронеж:-2003. - С.164-166.

7. Садриев Р.Ш. Особенности совмещенной СУ плазматрона. /Садриев Р.Ш.//Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Современные тенденции развития автомобилестроения в России» - Тольятти -

2004. - С.243-245.

8. Садриев Р.Ш. Способ плазменной сварки цветных металлов на переменном токе. /Садриев Р.Ш., Ильясов Т.Р .//Межвузовская научно-практическая конференция «Вузовская наука - России». - Набережные Челны: Изд-во КамПИ. -

2005. - С.224-225.

Соискатель

Подписано в печать ОЗ. 10.08 г. Формат 60x84/16 Бумага офсетная Печать ризографическая Уч.-мзд.л. 1,2 Усл.-печл. 1,2 Тираж 100 экз.

Заказ 1176 Издательско-полиграфический центр Камской государственной инженерно-экономической академии

423810, г. Набережные Челны, Новый город, проспект Мира, 68/19 тел./факс (8552) 39-65-99 e-mail: ic@kampi.ru

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ ДУГОВОГО РАЗРЯДА МАЛОЙ МОЩНОСТИ ПРИ АТМОСФЕРНОМ

ДАВЛЕНИИ.И

1.1 Устройства формирования плазмы.

1.2 Виды плазменной дуги.

1.3 Плазменная резка и сварка металлов.

1.4 Параметры электрической дуги.

1.5 Структура электрической дуги прямого действия.

1.6 Методы исследования плазмы электрической дуги.

1.7 Постановка задачи.

ГЛАВА II ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ДУГОВОГО РАЗРЯДА И ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В ПЛАЗМЕННОМ СТОЛБЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

ДУГИ.

2.1 Описание структурной схемы, устройство и принцип работы.

2.2 Дуга постоянного тока.

2.3 Структура общей электрической схемы.

2.4 Электронная схема фазового управления разрядом.48 '

2.5 Электронная схема амплитудного управления разрядом

2.6 Схема задержки управления.

2.7 Схема пересчета импульсов управления.

2.8 Схема формирования импульсов по джига.

2.9 Схема управления источника.

2.10 Усовершенствованный метод определения распределения температуры в плазменном столбе электрической дуги.

ГЛАВА III ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЛАЗМЫ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ.

3.1 Исходные уравнения.

3.2 Расчетная область.

3.3 Метод решения.

3.4 Граничные условия.

3.5 Последовательность и результаты расчета.

ГЛАВА IV РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДУГОВОГО РАЗРЯДА МЕЖДУ МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ ЭЛЕКТРОДАМИ В ВОЗДУХЕ-, ПАРОВОЗДУШНОЙ СРЕДЕ И В СТРУЕ ЭЛЕКТРОЛИТА РАЗЛИЧНОГО СОСТАВА И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ СВАРКИ ДУГОЙ ОБРАТНОЙ ПОЛЯРНОСТИ.

4.1 Результаты экспериментальных исследований дугового разряда между металлическими электродами (медь, латунь, сталь) в воздухе, паровоздушной среде и в струе электролита различного состава (техническая вода, ЫаС1, СиБ04 в технической воде концентрации электролита от

5% до насыщения).

4.2 Способ плазменной сварки дугой обратной полярности

ВЫВОДЫ.

Повышенный интерес к исследованиям плазменного ^ состояния вещества возник в середине XX века. Он был обусловлен заманчивыми перспективами решения всех энергетических; проблем на Земле путем реализации управляемых реакций термоядерного синтеза (УТС) [1,2].

Выделение большого количества? энергии в реакциях ядерного? синтеза; обусловлено наблюдаемым ¡.эффектом-дефекта масс. Расчетыпоказывают, что-при синтезе 1 г атомов гелия1 (Не,}) из атомов дейтерия? и трития может выделиться; 180000 квт/час энергии: Из-за большой1 величины сил отталкивания одноименных зарядов (протонов) реакция синтеза ядра'; может протекать только при очень высоких температурах — миллионы и более градусов [2-5], поэтому эти реакции называют термоядерными. На Солнце и звездах реакции термоядерного^ синтеза протекают постоянно. При таких высоких температурах любое вещество может, существовать лишь в плазменном состоянии.

Успешные; работы по мирному освоению' атомной; энергии в 50-е годы вселили надежду на быстрое решение проблемы УТС. Неисчерпаемые запасы термоядерного топлива - дейтерия и трития в водах Мирового океана были? открыты еще в 1934г. Э.Резерфордом с сотрудниками; [5]. К тому же, реакции; УТС практически не дают радиации, и более эффективны, чем реакции ядерного распада. Однако внешняя простота и изящество идеи УТС натолкнулись на; практике на: ряд непредвиденных проблем: Возникла необходимость глубоких и фундаментальных исследований; плазменного состояния вещества.

Плазма — это четвертое, наиболее распространенное в природе состояние вещества, представляющее собой ионизированный- газ, который содержит электроны, положительно заряженные ионы, нейтральные и возбужденные атомы и молекулы [2,5]. Гигантскими сгустками плазмы являются Солнце и звезды. Внешняя поверхность земной атмосферы покрыта плазменной оболочкой - ионосферой. В земных природных условиях плазма наблюдается при темных, тлеющих и дуговых (молния) разрядах в газах [6]. В практической деятельности человека плазма используется в светотехнике (неоновых лампах, лампах дневного света, электродуговых устройствах), а так же при электросварке, плазменной резке, плазменной наплавке и в других технологических процессах [7-9].

Различают два рода плазмы: изотермическую, возникающую при нагреве газа до температуры достаточно высокой, чтобы протекала термическая ионизация газа, и газоразрядную, образующуюся при электрических разрядах в газах. Физические явления в процессе перехода вещества в состояние плазмы можно проследить на примере образования изотермической плазмы.

С повышением температуры подрастает кинетическая энергия и увеличиваются амплитуды колебаний атомов и молекул твердого вещества, расположенных в углах его кристаллических решеток, до разрушения последних и перехода вещества в жидкое, а затем в газообразное состояние1 В результате получается* газообразная- смесь из атомов и молекул элементов, входящих в состав вещества, которые быстро и беспорядочно движутся, испытывая случайные столкновения друг с другом.

С повышением температуры до 3000 - 5000 К заканчивается диссоциация молекул на атомы и начинается процесс перехода газа в состояние плазмы. При этой температуре кинетическая энергия атомов достигает значений, при которых в результате столкновений начинают разрушаться их внешние электронные оболочки, и нейтральные атомы, лишенные электронов» на внешних оболочках, превращаются в положительно заряженные ионы [10]. Освободившиеся электроны, в свою очередь, также выбивают электроны с оболочек других атомов, и процесс протекает лавинообразно. В результате в электронные оболочки, и нейтральные атомы, лишенные электронов на внешних оболочках, превращаются в положительно заряженные ионы. Освободившиеся электроны, в свою очередь, также выбивают электроны с оболочек других атомов, и процесс протекает лавинообразно. В результате в газе (кроме нейтральных атомов) появляются положительные ноны и ионизации водорода от температуры свободные отрицательно заряженные электроны, оторванные от атомов. С увеличением температуры доля ионов и электронов в этой смеси быстро возрастает. При температуре в несколько десятков тысяч градусов подавляющая часть атомов в любом газе ионизирована и нейтральные атомы практически отсутствуют. ац%

75

50

25 О

5000 10000 15000 20000 25000 т,к

Рисунок 1 - Зависимость степени ионизации водорода от температуры

Кривая на рисунке 1 показывает, как по мере повышения температуры растет доля ионизированных атомов в водороде. Из рисунка 1 следует, что при температуре более двадцати - тридцати тысяч градусов не остается примеси нейтральных атомов. Для водорода, атом которого состоит из ядра и одного электрона, при этой температуре достигается не только полная ионизация газа, но и заканчивается процесс ионизации атомов, так как все ядра потеряли свои электроны и плазма представляет собой смесь из положительно заряженных ядер атомов и не связанных с ними отрицательно заряженных электронов.

Высокая температура, сконцентрированная на малой площади, делает электрический дуговой разряд незаменимым источником тепловой энергии во всех современных способах электросварки, плазменной резки [11-14] и в других технологических процессах, требующих высокой концентрации тепловой энергии [14].

Разработки новых технологических устройств для резки и сварки металлов плазмой электрической дуги требуют знания электрических, тепловых и газодинамических характеристик. Необходимость определения и анализа характеристик электрической дуги связана с тем, что в этих технологических процессах основную роль при обработке играют термическое и динамическое воздействия электрической дуги на твердые материалы [15-17]. На характеристики электрической дуги оказывают влияние большое число параметров. Поэтому требуется детальное изучение процессов электрической дуги.

Несмотря на это, характеристики дугового разряда малой мощности при атмосферном давлении между твердыми электродами в паровоздушной среде и в струе электролита практически не изучены. Все это задерживает разработку электродуговых плазменных установок малой мощности и их внедрение в производство. Поэтому исследование характеристик дугового разряда малой мощности в паровоздушной среде и в струе электролита, разработка и создание плазменных установок с одновременной ионизацией разрядного промежутка являются актуальной задачей.

Целю данной работы являются - установление закономерностей физических процессов, протекающих в дуговом разряде малой мощности в воздухе, паровоздушной среде и в струе электролита при атмосферном давлении, создание математической модели для расчета дуги и разработка на этой основе плазменной установки с автоматическим поджигом электрической дуги для практического применения в плазменной технике и технологии.

Для достижения поставленных целей необходимо решить следующие задачи:

1. Создать экспериментальную установку с автоматическим поджигом электрической дуги для исследования дугового разряда малой мощности в воздухе, паровоздушной среде и в струе электролита различного состава (технической воде, ЫаС1, Си804 в технической воде концентрации' электролита от 5% до насыщения) при атмосферном давлении в диапазоне диаметров электродов с1=2-15 мм, межэлектродных расстояний 1=2-50'мм, тока разряда 1=2-15 А и напряжении разряда и= 16-65 В.

2. Экспериментально исследовать В АХ разряда, распределение температуры в плазменном столбе электрической дуги.

3. Разработать. математическую модель для исследования плазменного столба электрической дуги в приближении локального термодинамического равновесия.

4. Создать плазменную установку для сварки металлов и сплавов и исследовать ее характеристики.

Научная новизна исследований:

1. Экспериментально установлена возможность горения, дугового разряда малой мощности в паровоздушной струе электролита при атмосферном давлении и малых токах (2 А) и напряжениях (16 В).

2. Получены, на базе экспериментальных исследований, характеристики дугового разряда малой мощности в паровоздушной среде и струе электролита различного состава (технической воде, №0, Си804 в концентрации от 5% до насыщения в технической воде) при атмосферном давлении и межэлектродном расстоянии до 50 мм.

3. Впервые установлен пробой дугового разряда в воздухе при атмосферном давлении на расстоянии 20 мм при напряжении 22 В и токе разряда 4 А.

Практическая ценность:

Результаты экспериментальных и теоретических исследований расширяют представление о физике электрических разрядов, между металлическими электродами • в паровоздушной; среде и в струе электролита, а также способствуют дальнейшему систематическому изучению подобных систем с; позиций- применения» плазмы; этих разрядов для обработки; материалов. Результаты исследовании позволили- разработать, и создать плазменную установку, с дуговым разрядом малой; мощности, использование которой' позволяет повысить производительность труда, и качество сварки металлов.

На защиту выносятся:

1. Результаты; экспериментального исследования: зажигания дугового . разряда, ВАХ в воздушной, паровоздушной среде и в струе электролита различного составаш воздухе при: атмосферном*давлении^

2. Математическая модель плазменного? столба дуги разряда малой. мощности.

3. Устройство для сварки? металлов;; (в том числе и цветных); с окисной пленкой при пониженных напряжениях и токах и его энергетические характеристики.

Степень достоверности научных: результатов: Определяется применением, физически обоснованных методик измерений, проведением исследований с использованием разных методов и сопоставлением, их результатов, с известными опытными и теоретическими ; данными других авторов. Все эксперименты проводились с применением современных! измерительных приборов высшего класса точности на стабильно; функционирующей установке с хорошей воспроизводимостью опытных данных, результаты экспериментов обработаны на ЭВМ с применением методов? математической статистики, математические расчеты проводились с применением современных программ на ЭВМ.

Апробация работы: Основные результаты данной диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: школа по плазмохимии № 10 для молодых ученых России, Иваново, ИГХТУ, 2002 г.; Межвузовская научно-методическая конференция «Научно-исследовательская деятельность студентов — первый шаг в науку», г. Набережные Челны, КамПИ, 2004 г.; Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Современные тенденции развития автомобилестроения в России», г. Тольятти, ТГУ, 2004 г.; Межвузовская научно-техническая конференция «Вузовская наука - России», г. Набережные Челны, 2005 г., научно-технические семинары ИНЭКА (КамПИ) г. Набережные Челны, КГТУ им. А.Н. Туполева, г. Казань.

Структура и объем работы: Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы. Работа изложена на 116 страницах машинописного текста, содержит 32 рисунка, 4 таблицы и список литературы из 108 источников отечественных и зарубежных авторов.

ВЫВОДЫ

1. Создана экспериментальная установка с автоматическим поджигом электрической дуги для исследования дугового разряда малой мощности в воздухе, паровоздушной среде и в струе электролита для различного состава (техническая вода, №С1 и СиБ04 в технической воде концентрации электролита от 5% до насыщения) при атмосферном давлении в диапазоне параметров <1=2-15 мм, 1=2-50 мм, 1=2-15 А и и=16-65 В при атмосферном давлении.

2. Экспериментально исследованы структура, ВАХ разряда в воздухе, паровоздушной среде и в струе электролита для различного состава (техническая вода, №С1 и Си804 в концентрации электролита от 5% до насыщения в технической воде) при атмосферном давлении и 1=2-50 мм.

3. Проведены теоретические исследования плазменного столба дугового разряда в приближении локального термодинамического равновесия. В результате проведенных расчетов получено пространственное распределение температуры плазменного столба дугового разряда. Рассмотренная математическая модель позволяет получить расчетным путем параметры дугового разряда, которые необходимы при анализе параметров технологического процесса и элементов оборудования.

4. Разработана плазменная установка, использованная для резки и сварки металлов, и исследованы ее энергетические характеристики.

5. Усовершенствован метод определения радиального распределения температуры; измерения проводились в стационарном разряде, горящего в воздухе при атмосферном давлении. Оценка показала, что ошибка меньше чем 8%. С экспериментальной точки зрения этот метод обладает тем преимуществом, что требуется измерять только одну величину, потому что оптическая толщина фиксируется положением максимумов самообращенных линии.

1. Арцимович Л.А. Что каждый физик должен знать о плазме. М.: Атомиздат, 1977. - 111 с.

2. Франк-Каменецкий Д.А. Плазма — четвертое состояние вещества. М.: Атомиздат, 1975. - 160 с.

3. Лойцянский Л.Г. Механика жидкостей и газа. М.: Наука-Физматлит, 1987.-840 с.

4. Сальянов Ф.А. Основы физики низкотемпературной плазмы, плазменных аппаратов и технологий. — М.: Наука-Физматлит, 1997. — 240 с.

5. Морозов А.И. Введение в плазмодинамику. М.: Наука-Физматлит, 2008. -614 с.

6. Зажигаев Л.С., Кишьян A.A., Романиков Ю.И. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента. — М.: Атомиздат, 1978. -232 с.

7. Васильев К.В. Газоэлектрическая резка металлов. М.: Машгиз, 1963. -176 с.

8. Русанов В.Д. Современные методы исследования плазмы. М.: Госатомиздат, 1962. — 184 с.

9. Эбелинг В., Крефт В., Кремп Д. Теория связанных состояний и ионизованного равновесия в плазме и твердом теле. М.: Мир, 1979. - 264 с.

10. Лохте-Хольтгревен В. Методы исследования плазмы. — М.: Мир, 1971. — 552 с.

11. Донской A.B., Клубникин B.C. Электроплазменные процессы и установки в машиностроении. Л.: Машиностроение, 1979. - 222 с.

12. Ширшов И.Г., Котиков В.Н. Плазменная резка. Л.:-Машиностроение, 1987. - 192 с.

13. Чвертко А.И. Патон Б.Е., Тимченко В. А. Оборудование для механизированной дуговой сварки и наплавки. М.: Машиностроение, 1981. - 264 с.

14. Плазменные процессы в металлургии и технологии неорганических материалов / Под ред. Б.Е.Патона. М.: Наука, 1973. -244 с.

15. Моссэ A.JL, Буров И.С. Обработка дисперсных материалов в плазменных реакторах Минск: Наука и техника, 1980. - 208 с.

16. Крапивина С.А. Плазмохимические технологические процессы. -JL: Химия, 1981.-248 с.

17. Моссэ A.JL, Печковский В.В. Применение низкотемпературной плазмы в технологии неорганических веществ. Минск: Наука и техника. 1973. - 215 с.

18. Хасуй А. Техника напыления. М.: Машиностроение, 1975. -288 с.

19. Верещака А.С, Третьяков И.П. Режущие инструменты с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1986. - 192 с.

20. Кудинов В.В., Иванов В.М. Нанесение плазмой тугоплавких покрытий. -М.: Машиностроение, 1981. 192 с.

21. Ширшов И.Г., Котиков В.Н. Плазменная резка. Изд. Машиностроение Ленинградское отд-ие. 1987. - 286 с.

22. Быховский Д.Г. Плазменная резка. Режущая дуга и энергетическое оборудование. М.: Машиностроение, 1987. - 196 с.

23. Башенко В.В., Соснин H.A. Электросварочное оборудование плазменная и электронно-лучевая обработка. — Ленинград, 1989. — 314 с.

24. Коротеев A.C. Генераторы низкотемпературной плазмы. М.: Наука, 1969.-216 с.

25. Шоек П.А. Исследование баланса энергии на аноде сильноточных дуг, горящих в атмосфере аргона. //Современные проблемы теплообмена. Изд. Энергия. 1966. - 156 с.

26. Pfender E. Thermal plasma-wall boundary layers.// Proc. Of Int. Symp. On Heat and Mass Trans. Under Plasma Conditions

27. M.Cao, M.I.Boulos, P.Proulx. Mathematical modeling of high-power transferred arcs.//J. App. Phys.-1994.-V76.-p.7757-7767

28. Генерация потоков электродуговой плазмы. Под ред. Накорякова В.Е. — Новосибирск, 1987. 264 с.

29. Теория термической электродуговой плазмы. Под ред. Жукова М.Ф. -Новосибирск: Наука Сиб. Отд-ие, 1987. 340 с.

30. Лелевкин В.М., Оторбаев Д.К. Экспериментальные методы и теоретические модели в физике неравновесной плазмы. Фрунзе: Илим, 1988.-216 с.

31. Физическая газодинамика ионизированных и химически реагирующих газов. Отв. ред. А.С. Предводителев М: Наука, 1968. - 428 с.

32. Физическая газодинамика и теплообмен. Отв. ред. А.С. Предводителев -М: Наука, 1968.-256 с.

33. Физическая газодинамика плазмы. Сб. трудов. Вып. 42. — Москва, 1975. -126.

34. Физика и техника низкотемпературной плазмы. Под ред. Дресвина СВ. -М: Энергоатомиздат, 1972. -412 с.

35. Гордеев В.Ф., Пустогаров А.В. Термоэмиссионные дуговые катоды. М: Энергоатомиздат, 1988. -216 с.

36. Невский А.П., Шараховский Л.И., Ясько О.И. Взаимодействие дуги с электродами плазмотрона. Минск: Наука и Техника, 1982. - 110 с.

37. Физические основы термоэмиссионного преобразования энергии. / Под ред. И.П. Саханова. — М.: Атомиздат, 1973 .-374с.

38. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987. - 286 с.

39. Фоменко B.C. Эмиссионные свойства материалов. Изд-во «Наукова думка», 1981. - 140 с.

40. Жуков М.Ф., Аныпаков А.С, Дандарон Г.-Н.Б. //Приэлектродные процессы и эрозия электродов. Новосибирск: ИТ СОАН СССР, 1977.- С.61-84.

41. Зимин А.Н., Козлов Н.П., Поляков И.А., Хвесюк В.И. Динамика эрозии активированного катода. //Физика и химия обработки материалов.-1980.-№4.-С.16-21.

42. Zhou X., Heberlein J., Pfender E. Model prediction of arc cathode erosion rate dependence on plasma gas and on cathode material.7/ Proc. Of the 39th Holm Conference on Electric Contacts, 1993.

43. Zhou X., Heberlein J., Pfender E. Theoretical study of factors influensing arc erosion of cathode. // Proc. Of the 38th Holm Conference on Electric Contacts, 1992.

44. Жуков М.Ф., Докукин М.Ю., Павлов А.Ю., Хвесюк В.И. Исследование, дуговой газоразрядой плазмы внутри полого катода.// ДАН СССР, 1983-Т.273.,№4.- с.852-854.

45. Бакшт Ф.Г., Рыбаков А.Б. Теория сильноточного полого катода. Препр./ ЛФТИ; №789. - Л., 1982. - 60 с.

46. Мичнер М., Кругер Ч. Частично ионизованные газы. М.:Мир, 1976. -236 с.

47. Жуков М.Ф., Коротеев А.С., Урюков Б.А. Прикладная динамика термической плазмы. Новосибирск: Изд. «Наука» Сиб. Отд-ие, 1987. - 216 с.

48. Веселовский А.П., Фролов В.Я., Донской А.В. Электродугоконтактная резка металлов. С.-Пб.: Энергоатомиздат, 1993. — 268 с.

49. Велихов Е.П., Ковалев А.С., Рахимов А.Т. Физические явления в газоразрядной плазме. -М.: Наука, 1987. 160 с.

50. Арцимович Л.А. Элементарная физика плазмы. М.: Атомиздат, 1966. -200 с.

51. Смирнов Б.М. Физика слабоионизованного газа. М.: Наука, -1978. - 416 с.

52. Грановский B.JI. Электрический ток в газе. Установившийся ток. — М.: Наука, 1974. 544 с.

53. Веденов A.A. Термодинамика плазмы. //Вопросы теории, плазмы; М.: Госатомиздат, 1963 .-Вып. 1.- с. 182-272

54. Русанов В.Д., Фридман A.A. Физика химически активной плазмы: М.: Наука, 1984.-415 с.

55. Низкотемпературная плазма. — Новосибирск: ВО «Наука», Т. 11. 1993. — 114 с.

56. Жданов В.М., Алиевский М.Я. Процессы переноса и релаксации в молекулярных газах. М.: Наука, 1989. - 336 с.

57. Бакшт Ф.Г., Юрьев В.Г. Приэлектродные явления в низкотемпературной плазмы. //ЖТФ, 1979. Т.49,№5.- С. 905-944.

58. Mackeown S.S. The cathode drop in an electric arc. //Phys. Rev.-1929.-V.34, №3.-p.611-614.

59. Бакшт Ф.Г., Рыбаков А.Б. Приэлектродный слой в низкотемпературной плазме. //ЖТФ, 1986. Т.54, №2,- С.297-306.

60. Приэлектродные процессы в дуговых разрядах. /Жуков М.Ф., Козлов Н.П., Пустогаров A.B. и др. Новосибирск: Наука Сиб. Отд-ие, 1982. - 240 с.

61. Меккер Г., Финкельбург В. Электрические дуги и термическая плазма. -Изд-во иностр. лит., 1961. 370 с.

62. Benilov M.S., Marotta A. A model of the cathode region of atmospheric pressure arcs. //J. Phys.D: Appl. Phys.-1995.-V.28.-p. 1869-1882.

63. Benilov M.S.//Phys.Rev. E48.-1993.-p.506-515.

64. Benilov M.S.// IEEE Trans. Plasma Sci.-1994.-V.22.-p.73-77.

65. Бруевич Ю.В., Назаренко И.П., Паневин И.Г. Физико-математическая модель прикатодного слоя аргоновой дуги высокого давления. //Прикладные исследования по динамике высокотемпературного газа. /М.: МАИ, 1990.

66. Hsu K.C., Pfender E. Analysis of the cathode region of a free-burning high intensity argon arc. //J.Appl.Phys.-1983.-V.54, №7.-p.3818-3824.

67. Haidar J. Local thermodynamic equilibrium in the cathode region of a free burning arc in argon. //J. Phys. D:Appl. Phys.-1995.-V.28.-p.2494-2504.

68. Голант B.E., Жилинский А.П., Сахаров И.Е. Основы физики плазмы. М.: Атомиздат, 1974. - 384 с.

69. Чекмарев СП. Ионный кнудсеновский слой около слабоотрицательного абсорбирующего электрода и условие Бома. // ЖТФ, 1984. Т.54, №3. -С.434-445.

70. Низкотемпературная плазма. Новосибирск: ВО «Наука», Т. 10. 1993.

71. Haidar J. Non-equilibrium modeling of transferred arcs. //J. Phys. D: Appl. Phys.-1999.-V.32.-p.263-272.

72. Hsu K.C., Etemadi K., Pfender E. Study of the free-burning high-intensity arc. //J. App. Phys.-1983.-V.54, №3.-p.l293-1301

73. Haidar J., Farmer A.J.D. Large effect of cathode shape on plasma temperature in high-current free-burning arcs //J.Phys. D: Appl. Phys.-1994.-V.27.-p.555-560.

74. Козлов Г.И., Кузнецов B.A., Масюков B.A. Лучистые потери аргоновой плазмы и излучательная модель непрерывных оптических разрядов. //ЖТФ, 1974. Т.66.ЖЗ.

75. Гольдфарб В.М., Дресвин СВ. Оптические исследования распределения температуры и электронной концентрации в аргоновой плазме.//ТВТ, 1965. -Т.3.-№6.

76. P. Pavlovic, P. Stefanovic, V.Vujovic. Measurement of total heat: flux distribution for normal impingement of air plasma jet on a flat plate Proc. Of Int. Symp. On Heat and Mass Trans. Under Plasma Conditions.

77. Devoto R.S. Transport coefficients of ionized argon.//The Phys. Of Fluids.-1973. -V5.-p.616-623.

78. Салангин А. А. Моделирование и исследование термически неравновесной аргоно-дуговой плазмы в электротермическом плазмотроне.

79. Дис. на соиск. уч. степ. канд. тех. наук, науч. рук. Донской A.B. Псков, 1983.

80. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости (пер. с анг.). — М.: Энергоатоиздат, 1984. — 260 с.

81. Госмен А.Д., Пан В.М., Ранчел А.К., Сполдинг Д.Б., Вольфштейн М. Численные методы исследования течения вязкой жидкости. — М.: Мир. 1972. -412 с.

82. Коган М.Н. Динамика разреженного газа. Изд.: Наука, 1967.

83. Рыкалин H.H., Углов A.A. Развитие теплофизических основ технологических процессов // Физ. и хим. обраб. Материалов, 1981. №1 С.7-18.

84. Демидович А.Б., Романов Г.С. и др. Закономерности разрушения диэлектрических материалов под действием концентрированных потоков энергии // ИФЖ. 1987. Т.52. №5. С. 817-822.

85. Фролов Г.А. Температура поверхности тела, разрушающегося под действием постоянной тепловой нагрузки // ИФЖ. 1987. Т.53. №3. С. 904910.

86. Бертиков А.И. и др. Электродуговой источник низкотемпературной плазмы // ТВТ. 1968. Т.6. №3. С. 537-539.

87. Пашацкий Н.В., Молчанов Е.А. Эрозия графитовых электродов плазмотрона переменного тока // Изо. СО АНСССР. 1980. №8. Сер.техн.наук, вып.2. С. 62-65.

88. Рыкалин H.H. Расчеты тепловых процессов при сварке. М.: Машгиз, 1951.-291 с.

89. Masao Ushio, Ding Fan, Manabu Tanaka. A method of estimating the spacecharge voltage drop for thermionic arc cathodes. //J. Phys. D:Appl. Phys.-1994.-p.561-566.

90. Летохов B.C., Устинов Н.Д. Мощные лазеры и их применение. М.: Советское радио, 1980. - 275 с.

91. Голубев B.C., Лебедев В.Ф. Физические основы технологических лазеров. М.: Высшая школа, 1987. - 196 с.

92. Григоряну А.Г., Соколов A.A. Лазерная обработка неметаллических материалов. М.: Высшая школа, 1988. - 191 с.

93. Обработка металлов резанием с плазменным подогревом / Под ред. A.B. Резникова. М.: Машиностроение, 1986. - 232с.

94. Гаврюшенко B.C., Пустогаров A.B. Исследование электродов плазмотронов // Приэлектродные процессы и эрозия электродов плазмотронов. Новосибирск: ИТФ, 1977. С. 85-122.

95. Пустогаров A.B., Колесниченко А.Н. и др. Измерение температуры поверхности вольфрамового катода плазмотрона // ТВТ. 1973. Т.П. №1. С. 174-179.

96. Даутов Г.Ю. и др. Плазмотрон вихревой схемы для работы на больших токах // ТВТ. 1967. Т.5. №3. С. 500-504.

97. Поляков СП., Розенберг М.Г. Обобщение тепловых потоков в катодный и анодный узлы двухструйного плазмотрона // ИФЖ. 1978. Т.34. №6. С. 10541058.

98. Быховский Д.Г., Фридлянд М.Г. Исследование тепловых потоков в протяженной пространственно-ограниченной дуге, горящей в среде аргона // ТВТ. 1964. Т.2. №1. С. 65-70.

99. Поляков С.П. Плотность тока и теплового потока на аноде плазмотрона обратной полярности//ИФЖ. 1982. Т.43. №1. С. 100-103.

100. Буланный П.Ф., Поляков СП. К вопросу экспериментального исследования плотностей теплового потока и электрического тока на аноде сильноточной дуги // ТВТ. 1981. Т. 19. №3. С 497-501.

101. Анисимов СИ., Имас Я.А., Романов Г.С., Ходько Ю.В. Действие излучения большой мощности на металлы. Изд.: Наука, 1970. - 448 с.

102. Кархин В.А. Тепловые основы сварки. Ленинград 1990. — 220 с.

103. Рыкалин H.H. Тепловые основы сварки. М: изд АН СССР 1947. - 186 с.

104. Нанесение покрытий плазмой. М.: Наука, 1990. - 407 с.

105. Коротеев А.С, Костылев A.M. и др. Генераторы низкотемпературной плазмы. М.: Наука, 1969. - 128 с.

106. Жуков М.Ф., Смоляков В.Я., Урюков Б.А. Электродуговые нагреватели газа. М.: Наука, 1973. - 230 с.

107. Жуков М.Ф., Аныпаков А.С, Засыпкин И.М. Электродуговые генераторы с межэлектродными вставками. Новосибирск: Наука, 1981. - 224 с.