Процессы в сварочной дуге

Для моделирования процессов в сварочной дуге обычно используют уравнения Саха. С помощью этих уравнений, как правило, рассчитывают лишь степень ионизации плазмы. Однако в практическом отношении не менее важно уметь определять проводимость удельного сопротивления плазмы. Удельное сопротивление является важной характеристикой, поскольку его произведение на плотность тока определяет нагрев среды дуги, что важно при анализе ее термических условий. Современная теория физики плазмы в отношении удельного электрического сопротивления хорошо разработана и изложена.

Удельное сопротивление зависит от концентрации заряженных частиц, переносящих электрический ток. Следуя общепринятому подходу, ученые определяли концентрацию ионов на основе уравнений Саха, которые справедливы в условиях термодинамического равновесия. На опытах было определено решение системы связанных между собой уравнений путем сведения к определению положительного корня некоторого полинома, степень которого на единицу больше числа различных ионов, учитываемых при рассмотрении. После этого легко определить концентрацию электронов из условия электрической квазинейтральности среды дуги при сварке. Отношение количества электронов к общему количеству всех других частиц называется средним зарядом. Исходно понятие эффективной степени ионизации определяли как отношение количества всех ионов к общему числу частиц до их ионизации. Для плазмы, в которой все ионы имеют только однократный заряд, величины эффективной степени ионизации и среднего заряда совпадают. Но при переходе к плазме, в которой присутствуют многозарядные ионы, эффективная степень ионизации, соответствующая исходному определению, практически теряет смысл, поскольку количество электронов ей уже не пропорционально, и не она необходима для расчета удельного сопротивления.

В случае многокомпонентной среды ее решение сводится к определению положительного корня определенного полинома степени на единицу больше, чем число различных ионов в плазме. В настоящее время это быстро выполняют с помощью компьютера.