Іонізаційна рівновага в зоні нуклеації плазми зварювального аерозолю

Анотація

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.