基于PIC/MCC方法的TIG焊接电弧氩气击穿仿真研究

基于粒子云网格算法(PIC法)与Monte Carlo碰撞模型(MCC法),从微观粒子角度建立TIG焊接电弧等离子体氩气击穿过程的三维空间仿真模型,研究击穿过程中的粒子动态分布、电势场以及稳态温度场变化规律。模拟结果表明,电子与氩粒子、铁粒子的碰撞电离过程分别维持着击穿初态和终态时期的稳定性,氩离子聚合在弧心区域,阳极板表面以铁离子为主。空间电势场随时间推进不断增大,在定常时刻,径向电势由弧心向外不断升高,轴向电势由阳极板表面向上不断减小,直至弧心区鞘层界面达到最小值,随后逐渐上升直至焊头表面,电势升至焊接电压。在电弧稳定态时,温度场呈钟罩型,弧心温度可达到22948 K,由弧心区向外,温度逐级降低。