氩等离子体紫外光A和B辐射属性计算

焊接等离子体释放的紫外光A(315~400nm)和紫外光B(280~315nm)是皮肤癌的重要诱因.基于净辐射系数的概念,考虑了连续谱(复合辐射和轫致辐射)和线谱等辐射机制,计算了氩等离子在常压、5000~25000K内的紫外光A,B的辐射属性.结果表明,随着等离子体半径Rp增加,全谱辐射发生强烈的自吸收效应,而紫外光A,B基本无自吸收;当Rp=1mm时,它们在总谱辐射(35~4500nm)的最大的占比分别为6.0%,1.9%,在非真空紫外辐射(200~4500nm)的最大的占比为36.3%和5%.为钨极氩弧的紫外光危害性研究提供了理论依据.

焊接等离子体[82%Ar-18%CO2]-Fe净辐射系数的计算

净辐射系数是数值模拟中表征等离子体辐射属性最常用的参数。考虑了线谱、连续谱和分子带状谱等多种辐射机制,计算了3~25kK不同Fe含量下[82%Ar-18%CO_2]-Fe等离子体的净辐射系数,为GMAW电弧(82%Ar-18%CO_2保护气,低合金钢焊丝)的数值模拟提供了完整的辐射属性数据。此外,通过分析发现,当Fe蒸汽加入到82%Ar-18%CO_2混合物中,即使Fe含量极低,等离子体净辐射系数也会显著增大。同时,由于Fe的加入,原本辐射贡献率较高的分子带状谱和连续谱辐射相对线谱辐射可忽略不计。

GMAW电弧等离子体平衡成分计算及其在光谱学中的应用

计算了常压下3 000~25 000K范围内熔化极气体保护焊(GMAW)保护气体Ar,CO_2,82%Ar-18%CO_2及其与Fe蒸汽的混合物的平衡成分。上述气体被看作一种Ar-CO_2-Fe等离子体,等离子体中的39种粒子被分为5种主元粒子和34种非主元粒子。根据化学方程,非主元粒子由主元粒子表示以减少未知数的个数和求解量,再利用牛顿迭代法对平衡方程进行求解,最终实现了成分求解。计算结果表明,Ar气随着温度升高依次发生一次电离和二次电离,CO_2气体除了在高温时发生原子电离外,在低温时(T<8 000K)还存在CO_2,O_2,CO等分子的解离,82%Ar-18%CO_2混合气则既有解离又有电离。Fe的加入会增加等离子体的电子密度,特别是在15 000K以下。等离子体成分的确定为GMAW电弧等离子体辐射属性计算以及电弧中Fe蒸汽浓度的光谱测定奠定了基础。

基于Fluent软件的Keyhole-TIG焊接电弧的数值模拟

以自由燃烧的Keyhole-TIG电弧为研究对象,建立了统一电弧-钨极-阳极的二维轴对称模型。采用Fluent软件对焊接电流为520 A的稳态Keyhole-TIG电弧进行了模拟,以获得电弧的温度、速度、压强和电流密度等物理量及其分布。结果表明:钨极下方电弧的最高温度达36000 K;电弧出现强烈的阴极喷射,高速等离子体产生的动压力是形成小孔的主要原因;由于小孔的泄压作用,阳极表面附近未形成明显的高压区;大部分电流从阳极工件上表面流入钨极,仅19%的电流从小孔中进入;电弧传入小孔的热量占总热量的17%,剩余热量通过阳极上表面进入。

钨极稀有气体电弧辐射及其在能量平衡中的作用

为研究钨极稀有气体(TIG)电弧的辐射属性,计算了氩等离子体在5000~25000K温度范围内的净辐射系数,建立了一种二维、稳态的电弧-钨极-水冷铜模型,获得了电弧辐射强度分布、电弧全谱及非真空紫外光谱的辐射功率。引入了辐射强度与欧姆热和辐射强度之和的比值系数,通过分析该系数在电弧中的分布状况,发现辐射在电弧主体区域对热量的散失起决定作用,而传输热在能量平衡中的作用随电弧位置变化。

氩等离子体真空紫外光辐射属性的计算

基于局部热力学平衡和等温球体假设,考察了氩等离子体的连续谱辐射(复合辐射和轫致辐射)和线谱辐射,计算了不同球体半径R_p条件下氩等离子体在0.1 MPa、5000~25000K条件下的全谱、真空紫外光谱和非真空紫外光谱的净辐射系数;着重分析了真空紫外光在全谱中的占比以及各种辐射机制对真空紫外光的作用。结果表明:当R_p=0mm时(不考虑自吸收),真空紫外光在全谱中的占比大于94.8%,线谱是其主要的辐射机制;当R_p增大至1mm时,真空紫外光强烈的自吸收使其占比有所减小,但在高于17000K时仍然大于80%,同时连续谱在真空紫外光中的作用变得重要;所得计算结果与其他研究者的计算结果和实验结果均吻合良好。