Исследование искровой стадии привязки сварочного дугового разряда на поверхности алюминия

Представлены результаты исследования искровой стадии привязки дугового сварочного разряда на поверхности алюминия, покрытой оксидной пленкой. Эксперименты показали формирование в неоднородном поле между стержневым катодом (вольфрам) и пластиной (алюминий) катодо- и анодонаправленных лидеров. Установлено, что если катодное пятно возникло на фоне однородного свечения разряда, то искровой канал образуется, как правило, в два этапа. На первом этапе в промежутке формируется диффузный канал, привязанный к катодному пятну. На втором этапе со стороны катода вдоль диффузного канала прорастает высокопроводящий контрагированный искровой канал, яркость свечения которого соизмерима с яркостью свечения прикатодной плазмы. Установлено по цветовому спектру, что уже на стадии лавинно-стримерного формирования искры происходит интенсивное излучение алюминия в районе пятен привязки. Оценочный расчет плотности теплового потока в пятне привязки искрового разряда показывает значения $10^6$–$10^8$ Вт/см$^2$, что сопоставимо с параметрами лазерного нагрева. Искровой разряд оказывает существенное термическое воздействие, заключающееся в оплавлении поверхности в зоне привязки искры и развитии процессов рекристаллизации аморфной матрицы пленки в зоне термического влияния. Дифракция электронов через тонкий слой пленки в зоне термического влияния показала четкие концентрические кольца, соответствующие поликристаллической $\gamma$-фазе $\rm Al_2\rm O_3$. По данным просвечивающего электронного микроскопа, средний размер зерен $\gamma$-фазы в поверхностном слое пленки после воздействия импульса искры $d = 8$–$15$ нм, а объем содержащейся $\gamma$-фазы составляет не менее $70\%$. В зоне оплавления зафиксирована стабильная термодинамическая $\alpha$-фаза. Показано, что к моменту возбуждения дугового разряда вся поверхность алюминия в зоне привязки искры очищена от оксидной пленки.