Рис. 1.7. Общая схема расположения капли металла в столбе дуги при сварке на токе при прямой полярности: / — плавящийся электрод; 2 ~ капля электродного металла; 3 — катодное пятно; 4 — столб дугового разряда; 5 — сварочная ванна

мого газа, поэтому происходит уменьшение абсорбции химически активного газа металлом.

Моделирование выполняли для процесса абсорбции водорода каплей расплавленного металла, находящейся в столбе дуги. Атмосфера дуги состоит из аргона с контролируемым содержанием абсорбируемого газа. Материалом электродного металла является низкоуглеродистая сталь. Общая схема расположения капли металла в столбе дуги при сварке на токе при прямой полярности представлена на рис. 1.7. В данной математической модели использовали результаты работы [44|.

Математическая модель состоит из систем уравнений массопе-реноса в атмосфере и уравнения распространения растворенного в металле газа. Системы уравнений массопереноса описывают процесс испарения металла без учета влияния на него процесса абсорбции газа, а уравнения распространения — абсорбцию газа с учетом взаимодействия атомов газа и атомов испаренного металла.

Математическая модель решения системы уравнений массопереноса представляет собой программу на языке С++. Алгоритм решения уравнений массопереноса построен из функционально независимых модулей. Для решения уравнения диффузии применяли метод конечных разностей путем аппроксимации пере-

менной симметричной неявной схемой Кранка—Ни-колсона [47] с перестраиваемым шагом по пространственной и временной координатам.

Результаты и обсуждение. Работоспособность представлені го й мате мати ческо й модели проверяли путем расчета абсорбции газа в условиях, для которых существуют надежные экспериментальные данные.

Сравнение результатов расчета зависимости концентрации газа в металлической капле от его парциального давления в атмосфере с экспериментальными данными для железного образца, выдерживаемого в плазме инертного газа и с контролируемым содержанием водорода [48], представлено на рис. 1.8. Экспериментальные данные получены с учетом потери газа в образце вследствие процесса десорбции при охлаждении. Расчетное время абсорбции равно 1 с. Результаты расчетов абсорбции водорода в условиях термодинамического равновесия, когда железо находится в контакте с чистым газом при атмосферном давлении, имеющим одинаковую

[Н1.см7і00г

Рис. 1.8. Расчетная (/) и экспериментальная (2) зависимости содержания водорода в металлической капле от его парциального давления в атмосфере [48]

[Н],см3/Ю0г

1400 1800 2200

Рис. 1.9. Зависимости абсорбции водорода от температуры в условиях термодинамического равновесия при парциальном давлении газа 0,1 МПа: А — экспериментальные данные [16]. 1 — расчетные данные без учета испарения металла; 2 — то же с учетом испарения металла

_. _______ _ с металлом температуру, представлены на рис. 1.9. На этом же рисунке представлены экспериментальные данные по исследованиям абсорбции водорода при условиях, описанных в работе [16]. Расчеты выполнялись как с учетом, так и без учета испарения металла. На рис. 1.10 приведе-