АНАЛІЗ ОСНОВНИХ НЕСТАБІЛЬНОСТЕЙ ТЛІЮЧОГО РОЗРЯДУ СЕРЕДНІХ ТИСКІВ В УМОВАХ ОБРОБКИ МАТЕРІАЛІВ

УДК:621.791.12

DOI:10.25140/2411-5363-2018-2(12)-103-115

Автор:

Болотов Максим Геннадійович, Чернігівський національний технологічний університет (вул. Шевченка, 95, м. Чернігів, 14027, Україна)

Мова статті: українська

Анотація:

Актуальність теми дослідження. Тліючий розряд середніх тисків знайшов значне поширення в різних технологічних процесах хіміко-термічної обробки, нанесення покриттів, зварювання і паяння тощо.

 Постановка проблеми. Однак поряд зі сприятливими передумовами виявили й різні види нестабільності газорозрядної  плазми,  що  призводять  до  відхилення  ходу  технологічного  процесу  від  заданих  параметрів,  зумовлених переходом тліючого розряду в електричну дугу.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Так, перші дослідники відзначали часткову або повну втрату стійкості тліючого середніх тисків і переходу його в більш стабільну форму – електричну дугу. 

Виділення недосліджених частин загальної проблеми. Перехід тліючого розряду в дуговий супроводжується стисненням позитивного стовпа розряду і різким скороченням площі катодної плями на виробі, що призводить до значного збільшення щільності  енергії в цій плямі. Контракція (стиснення) позитивного стовпа тліючого розряду призводить до зниження або повного зриву генерації потужності лазерного випромінювання, підвищення щільності енергії в плямі нагріву (катодній плямі) сприяє перегріву і неприпустимому оплавленню окремих ділянок оброблюва-них деталей під час зварювання в твердому стані, пайці й хіміко-термічній обробці.

Мета роботи. Аналіз гіпотез, що існують на сьогодні в літературі, за допомогою яких їхні автори пояснюють основні причини втрати стійкості потужнострумового тліючого розряду і переходу його в електричну дугу.

 Виклад основного матеріалу. Нестабільності потужнострумового тліючого розряду вивчалися з погляду процесів,  що  протікають  на  катоді  та  прикатодній  області,  контракції  позитивного  стовпа  під  впливом  високих струмів і тисків та впливу зовнішнього ланцюга. Вивчалася контракція позитивного стовпа розряду в аргоні при тисках в інтервалі від одиниць мм рт. ст. до сотень мм рт. ст. у циліндричних трубках діаметром 2,6 і 3,7 см. У результаті було виявлено, що при тисках нижче деякого критичного значення струм практично не контрагував. 

Висновки відповідно до  статті. Встановлено, що основними причинами нестабільності тліючого розряду є рельєф поверхні катода; хімічний склад катода й газового середовища в міжелектродному проміжку; конструктивні особливості катода; параметри режиму горіння розряду, насамперед значення струму розряду і тиску газу; опір зовнішнього ланцюга, що живить розряд; провідність міжелектродного проміжку.

Ключові слова:

тліючий розряд; нестійкість; газорозрядна плазма; електрична дуга; контракція позитивного стовпа.

Список використаних джерел:

1.  Использование  энергии  тлеющего  разряда  в  качестве  источника  тепла  для  пайки  / А. М. Болькова // Пайка в машиностроении. – М. : МАТИ, 1974. – С. 136–138.

2.  Ванин В. С. Сварка и пайка металлов в тлеющем разряде / В. С. Ванин // Автоматическая сварка. – 1962. – № 4. – С. 23–25. 

3.  Прокошкин  Д.  А.  Исследование  силицирования  молибдена  в  тлеющем  разряде  / Д. А. Прокошкин,  Б.  Н.  Арзамасов,  Е.  В.  Рябченко  //  Свойства  и  применение  жаропрочных сплавов. – М. : Наука,1966. – С. 89.

4.  Котельников Д. И. Технологические особенности применения тлеющего разряда при сварке / Д. И. Котельников // Технология и организация производства. – 1976. – № 7. – С. 57–59.

5.  Бабад–Захряпин А. А. Химико-термическая обработка в тлеющем разряде / А. А. Бабад–Захряпин, Г. Д. Кузнецов. – М. : Атомиздат, 1975. – 176 с.

6.  Engel A.Über die Glimmentladung bei hohen Drucken / Engel A., Seeliger R., Steenbeck M. // Zs.f. Phys. – 1933. – 85. – Р. 144–160.

7.  Westberg  R.  G.  Nature  and  Role  of  Ionizing  Potential  Space  Waves  in  Glow-to-Arc Transitions/ Westberg R. G. // Physical Review Journal. – 1959. – Vol. 114, Iss. 1. – P. 1–17.

8.  Мышенков  В.  И.  Контракция  газового  разряда  (обзор)  /  В.  И.  Мышенков  //  Институт проблем механики АН СССР. – М.., 1974. – С. 35.

9.  Мышенков В. И. Стабилизирующее влияние процессов турбулентного переноса на ионизационную неустойчивость тлеющего разряда / В. И. Мышенков, Г. М. Махвиладзе // Физика плазмы. – 1978. – Т. 4. – С. 411–418.

10.  Лифшиц Е. М. Физическая кинетика / Е. М. Лифшиц, Л. П. Питаевский. – М. : Наука, 1979. – 360 с.

11.  Мак-Дональд А. Д. Сверхвысокочастотный пробой в газах / А. Д. Мак-Дональд ; пер. с англ. М. М. Савченко и А. Г. Франк ; под редакцией М. С. Рабиновича. – М. : Мир, 1969. – 213 с.

12.  Maxfield F.A., Fredenhall J.L. // J. Appl. Phys. – 1938. – № 9. – Р. 600–610.

13.  Plesse H.Untersuchungen  am  elektrischen  Lichtbogen  /  H.  Plesse  //  Annalen  der  Physik.  – 1935. – Vol. 414, Issue 5. – Р. 473-499. DOI: https://doi.org/10.1002/andp.19354140504ю.

14.  Suits C.G.Role of Oxidation in Arc Cathodes / Suits C.G., Hocker J.P. // Phys. Rev. – 1938. – № 53. – Р. 670. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRev.53.670.

15.  Cobine G. D. Effects of Oxides and Impurities on Metallic Arc Reignition / Cobine, J. D. // Phys. Rev. – 1938. – № 53. – Р. 911. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRev.53.911.

16.  Энгель А. Физика и техника электрического разряда в газах / А. Энгель, М. Штейнбек. – М. – Л. : ОНТИ, 1936. – 324 с.

17.  Druyvesteyn  M.  J.  Übergang  von  der  Glimmentladung  zum  Bogen  in  Edelgasen  / Druyvesteyn, M. J.  //  Zs. f. Phys. – 1932. – Vol. 73. – Р.  727- 731.  DOI: https://doi.org/10.1007/bf01344220.

18.  Garosi G. Response of weakly ionized plasma to turbulent gas / Garosi G., Bekefi G., Schytz M. // Ann. d. Phys. – 1970 – Vol. 13. – Р. 2795-2802.

19.  Hsu Y. F. The Transition from Glow Discharge to Arc / Hsu Yun Fan // Phys. Rev. – 1939 – Vol. 55. – Р. 769–775. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRev.55.769.

20.  Сварка  разнородных  металлов  и  сплавов  /  В.  Р.  Рябов,  Д.  М.  Рабкин,  Р. С. Курочко, Л. Г. Стрижевская. – М. : Машиностроение, 1984. – 239 с. 

21.  Thompson D. G. The Vibrational Excitation of Molecules by Electron Impact // Advances in Atomic and Molecular Physics. – 1983. – Vol. 19.– Pр. 309–343. 

22.  Газовые лазеры : [сборник статей / под ред. чл.-кор. АН СССР Р. И. Солоухина и д-ра физ.-мат. наук В. П. Чеботаева. – Новосибирск : Наука. Сиб. отд-ние, 1977. – 360 с.

23.  Галант В. Е. Основы физики плазмы / Галант В. Е., Жилинский А. П., Сахаров С.А. – М. : Атомиздат, 1977.

24.  Tomkins F. S.  HyperfineStructureintheSpectrumof Np237  /  F. S.  Tomkins  // PhysicalReviewJournal.  –  1948.  –  Vol.  73.  –  Р.  1214–1215.  DOI:  https://doi.org/10.1103/ PhysRev.73.1214.2.

25.  Елецкий  А.  В.  Сжатие  положительного  столба  тлеющего  разряда  /  А.  В.  Елецкий, В. М. Смирнов // Журнал технической физики. – 1970. – Т. 40, вып. 8. – С. 1682–1684.

26.  Зыкова  Н.  М.  Теплофизика  высоких  температур  /  Н.  М.  Зыкова,  Т.  С.  Куракина, А. А. Сафонов. – 1975. – Т. 13, № 3. – С. 630–633.

27.  Bolotov G.  P.  Modification  of  Materials  Surface  Layers  by  Low-Energy  Ion  Irradiation  in Glow  Discharge  /  G.  P.  Bolotov,  M.  G.  Bolotov,  M.  M.  Rudenko  //  IEEE  36th  International Conference “Electronics and Nanotechnology ELNANO’2016”. – April 2016. – Р. 135–140.

28.  Баранов  В.  Ю.  Сжатие  положительного  столба  тлеющего  разряда  /  В. Ю. Баранов, К. Н. Ульянов // Письма в ЖТФ. – 1967. – № 6. – С. 622.

29.  Голубев В.  С. Тлеющий  разряд  повышенного давления  /  В. С.  Голубев. –  М.  : Наука, 1990. – 333 с.

30.  Напартович А. Л. Механизмы неустойчивости тлеющего разряда повышенного давления / А. Л. Напартович, А. Н. Старостин // Химия плазмы. – 1979. – Вып. 6. – С. 153. 

31.  Elenbuas  W. The  High  Pressure  Mercury Vapour  Discharge  /  W.  Elenbuas.  –  Amsterdam: Published by North-Holland Publishing, Netherlands, 1951. – 1497 р.

32.  Елецкий А. В. Неустойчивости в плазме газового разряда / А. В. Елецкий, А. Т. Рахимов // Химия плазмы. – 1974. – Вып. 4. – С. 123. 

33.  Недоспасов  А.  В.  Колебания  и  неустойчивости  низкотемпературной  плазмы / А. В. Недоспасов, В. Д. Хайт. – М. : Наука, 1979. – 189 с.

34.  Bolotov G.P.  Hollow cathode  glow  discharge  as a  heating source in  welding  and brazing / G. P. Bolotov, M. G. Bolotov I. V. Nahorna // 2017 IEEE 1st  Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineearing, UKRCON 2017. – Р. 1197–1202. DOI: 10.1109/UKRCON.2017.8100441.

35.  Елецкий  А.  В.  Явления  переноса  в  слабоионизированной  плазме  /  А.  В.  Елецкий, Л. А. Палкина, Б. М. Смирнов. – М. : Атомиздат, 1975. – 369 с.

36.  Напартович А. П. O распаде плазмы тлеющего разряда в постоянном электрическом поле / Напартович А. П., Наумов В. Г., Шашков В. М. // Физика плазмы. – 1975. – Т. 1. № 5. – С. 821–829.

37.  Oskat H. I. Ion Mobilities in Helium, Neon, and Argon / Oskat, H. J. & Mittelstadt, V. R. // Phys. Rev. – 1963. – Vol. 132. – Р. 1435–1444. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRev.132.1435.

38.  Kenty  C.  Volume  Recombination,  Constriction,  and  Volt-Ampere  Characteristics  of  the Positive  Column  /  C.  Kenty  //  Phys.  Rev.  –  1962.  –  Vol.  162.  –  Р.  1235-1238.                              DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRev.126.1235.

39.  Albrecht G. Theorie der Kontraktion der positiven Säule. Z / Albrecht G., Ecker G. & Müller K. G. // Z. Naturforsch. – 1962. – Vol. 17 a. – Р. 854–860.

40.  Поверхностные свойства расплавов и твердых тел / под ред. Ю. В. Найдича. – К. : Наукова думка, 1991. – 275 с. 

41.  Sood D. K. Criteria for formation of a metastable solid solution by rapid melt quenching during pulsed laser or electron beam treatment / D.K.Sood // Radiation Effects Lett. – 1981. – № 67. –

Р. 13–18. DOI: 10.1080/01422448108226562.

42.  Engel A. Über die Glimmentladung bei hohen Drucken / Engel A., Seeliger R., Steenbeck M. // Zeitschrift fur Physiks. – 1933. – № 85. – Р. 144–160. DOI: https://doi.org/10.1007/BF01342050. 

43.  Баранов  В.  Ю.  Теплофизика  высоких  температур  /  В.  Ю.  Баранов,  А.  А.  Веденов, В. Г. Низьев. – 1972. – Т. 10, вып. 6. – С. 1156–1159.

44.  Bolotov G. P. Determination of external stabilizing resistor value in the glow discharge power supply  while  welding  /  G.  P.  Bolotov,  M.  G.  Bolotov  //  IEEE  37th  International  Conference

“Electronics  and  Nanotechnology  ELNANO’2017”.  –  April  2017.  –  Р. 365–369.  DOI: 10.1109/ELNANO.2017.7939780.

45.  Bolotov  G.  P.  Stabilization  of  high-current  glow  discharge  under  the  welding  conditions  / G. P. Bolotov, M. G. Bolotov, S. M. Yushchenco // IEEE 38th International Conference “Electronics

and Nanotechnology ELNANO’2018”. – April 2018.

46.  Ульянов  К.  Н.  Теория  нормального  тлеющего  разряда  при  среднем  давлении  / К. Н. Ульянов // Теплофизика высоких температур. – 1972. – Т. 10, № 5. – С. 931–938.

47.  Гайсин Ф. М. Исследование перехода тлеющего разряда в электрическую дугу при высоких температурах / Ф. М. Гайсин, Р. К. Саттаров, Р. А. Халиков. – Казань : КАИ, 1975. – 12 с. 

48.  Рябченко Е. В. Применение тлеющего разряда для диффузионного насыщения металлов / Е. В. Рябченко // Науч. тр. МАИ. – 1971. – Вып. 228. – С. 65–80.

49.  Ховатсон А. М. Введение в теорию газового разряда / А. М. Ховатсон. – М. : Атомиздат, 1980. – 182 с.

 

 

Завантажити