Взаимодействие пучка излучения СО₂-лазера с плазмой электрической дуги при гибридной (лазер + тиг) сварке - Кривцун, И.В.; Крикент, И.В.; Демченко, В.Ф.; Райсген, У.; Забиров, А.Ф.; Мокров, О.А. (Автоматическая сварка, 2015)
Предложена самосогласованная математическая модель процессов энерго-, массо- и электропереноса в плазме столба и анодной области электрической дуги с тугоплавким катодом, горящей в инертном газе, на которую воздействует сфокусированный пучок излучения CO₂-лазера, распространяющийся вдоль столба дуги. Для математического описания процессов, протекающих в такой системе, используется однотемпературная модель дуговой плазмы, учитывающая дополнительный нагрев плазмы за счет поглощения лазерного излучения, а также ее многокомпонентность, связанную с испарением металла с поверхности анода. Проанализировано влияние мощности лазерного пучка и температуры поверхности анода на тепловые и электромагнитные характеристики столба и анодной области аргоновой дуги с тугоплавким катодом. Показано, что в результате дополнительного локального нагрева дуговой плазмы лазерным излучением ее температура в приосевой зоне столба дуги может возрастать на 5 000…10 000 K по сравнению с соответствующей дугой при ТИГ сварке. Это приводит к существенной перестройке пространственных распределений электрического потенциала и плотности электрического тока в прианодной зоне столба дуги, а также плотности теплового потока, вводимого дугой в анод, изменяя тем самым распределенные и интегральные характеристики ее теплового и динамического воздействия на свариваемый металл. Установлено, что в результате воздействия сфокусированного лазерного пучка на дуговую плазму возникает эффект контрагирования электрического тока в центре области анодной привязки дуги и соответствующего повышения плотности теплового потока, вводимого дугой в анод, при гибридной (СО₂-лазер + ТИГ) сварке. Это способствует увеличению доли вкладываемой в металл энергии, идущей на его плавление, а следовательно, повышению проплавляющей способности лазерно-дугового источника тепла. Показано, что испарение металла анода приводит к некоторому ослаблению эффекта контрагирования электрического тока в прианодной области дуги, находящейся под воздействием сфокусированного лазерного пучка. Исследовано влияние поглощения и рефракции лазерного излучения в дуговой плазме на характеристики взаимодействующего с ней лазерного пучка и его тепловое воздействие на поверхность свариваемого металла в условиях гибридной (СО₂-лазер + ТИГ) сварки. Показано, что поглощение лазерного пучка в дуговой плазме приводит к некоторому уменьшению мощности излучения, доходящей до поверхности анода, при этом размер пятна фокусировки пучка на указанной поверхности практически не изменяется, т.е. рефракция пучка в дуговой плазме оказывается малосущественной