高压水下湿法焊接电弧等离子体介质击穿机制.pdf

高压水下湿法焊接电弧等离子体介质击穿机制李志刚，魏成法，刘德俊，杨翔(华东交通大学,载运工具与装备教育部重点实验室,南昌,330013)摘要：为研究深水湿法焊接电弧等离子体介质击穿机制，建立了高压水下湿法焊接试验平台，获取 40 m 水深电弧引弧阶段光谱图，基于 PIC-MCC 方法建立 40 m 水深湿法焊接电弧击穿放电三维数值模型并对其进行分析，将光谱诊断电弧等离子体温度、电子数密度和数值模型分析得到的结果进行对比，验证了模型的合理性与正确性.根据电弧光谱得到的电弧等离子体的主成分，从微观粒子角度对高压水下湿法焊接电弧等离子体动态演变过程展开研究,获得等离子体动态分布、粒子数目、电弧等离子体温度及电子数密度变化.结果表明，电子与背景成分水分子发生电离碰撞主要生成 H+，OH+和 O+，且 OH+数目增长速度最快，H+次之，O+最后，在粒子数目上 OH+远远大于H+和 O+数目；电子与背景气体碰撞过程中发生了能量转移，运动到极板介质层的电子动能减小，电子与极板介质层电离碰撞反应弱化，直至达到饱和.创新点：从微观粒子角度对高压水下湿法焊接电弧等离子体介质击穿机理展开研究.关键词：水下湿法焊接电弧；微观粒子；动态演变；介质击穿机制中图分类号：TG456.5文献标识码：Adoi：10.12073/j.hjxb.202209230010序言海洋工程的建设与维修离不开水下焊接技术，然而其技术的研究远远不能适应形势发展的需要，加强水下湿法焊接的研究对提升焊接质量具有重大意义1.在水下湿法药芯焊接中，大量存在电弧容易断弧、稳定性差的现象，这些现象出现的主要原因在于湿法焊接电弧是在水中产生，水介质与气体介质不同，正常条件下难以发生碰撞电离或场致电离过程，通常认为水介质的击穿起始过程与高压电极附近的低密度区域密切相关，包括微气泡、孔隙和空穴等2.水中电弧现象本质上是一种由液体、气体和杂质组成的复合导电介质下的液体击穿现象.当前液体电击穿理论尚未成熟，存在 3 种液体击穿理论：电子理论、气泡击穿理论和杂质击穿理论3，虽然对液体击穿领域的研究进行概括性描述，但都只能片面解释局部的试验现象.对于水下电弧击穿现象，目前可找到的文献主要集中在脉冲放电领域.例如 Fujita 等人4发现水中流注放电的起始过程与焦耳加热效应关系密切，在正极性放电中会经历水介质扰动、微气泡出现及放电起始等过程；Fan 等人5研究了不同铜蒸气含量对电弧形态、电压、压力、电流密度、轴向温度的影响，发现随着铜蒸气含量的增加，电弧的轴向温度逐渐降低，电弧电压逐渐升高；Li 等人6研究了超长脉冲(100 ms)下水中(60 s/cm)的预分解过程，结果表明气泡和流光之间巨大的电导率差异导致动态行为不同.针对高压水环境下的焊接电弧击穿现象，尚需进一步的深入研究.文中首先基于水下湿法焊接试验平台获取电弧引弧光谱图，获得水下湿法焊接等离子体成分，计算不同水深条件下电弧等离子体电导率和介电常数，然后基于粒子云网格算法(PIC 法)与 MonteCarlo 碰撞模型(MCC 法)，建立 40 m 水深条件下湿法焊接电弧等离子体介质击穿的三维动态模型.从微观粒子角度对高压水下湿法焊接电弧等离子体动态演变过程展开研究，将所得结果与试验结果进行对比验证与分析，为以后采取新视角新方法改善水下焊接电弧击穿效果奠定理论基础.1试验平台及采集信号数据分析1.1光谱信号采集试验高压水下湿法焊接试验平台主要分为空气加收稿日期：20220923基金项目：国家自然科学基金资助项目(52265046)第44卷第8期2 0 2 3 年 8 月焊 接 学 报TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTIONVol.44(8):49 56August 2023压系统、焊接系统、信号采集系统 3 个模块.空气加压系统，通过改变不同水深对应压强，模拟不同水深条件；水箱、焊枪、送丝机放置于压力罐中，控制送丝机进行自主焊接运动，选用四通道光纤数字光谱仪，能够有效接收电弧散射的全波段弧光.水下湿法焊接电弧光谱获取试验平台如图 1 所示.计算机光纤水箱光谱仪水下焊接 图1电弧光谱信号采集系统Fig.1Arcspectralsignalacquisitionsystem 1.2等离子体组分光谱诊断在电弧燃烧过程中，将光纤放置在焊接电弧主体正中平齐的位置，透过石英玻璃接收透射光.张晓峻等人7研究水的光谱透过率发现在波长 250 900 nm 之间的透射率达到了 95%以上，由石英玻璃的透射率光谱可知波长在 200 2 000 nm 之间石英玻璃的透射率在 92%以上.基于光谱透射率的理论可知波长在 250 900 nm 之间时，水和石英玻璃对波长影响可以忽略不计，故光谱信号采集系统采集 40 m 水深条件下的焊接电弧光谱具有真实准确性.试验采集到水下湿法焊接电弧光谱图如图 2 所示，同时对试验采集到水下湿法焊接电弧光谱图结合 NIST 原子光谱数据库及特征谱线的相关数据进行光谱测试诊断，元素粒子的识别结果如表 1 所示，发现水下湿法焊接等离子体成分包括电子，H，O，C，Fe，H+，O+，C+，Fe+，Fe2+和 H2+等粒子，其中电子，H，O，H+和 O+占总粒子数量的97%以上8，故选取这几种粒子计算电弧等离子体电导率.表1元素诊断结果Table1Elementdiagnosisresults 元素识别谱线L1/nm观测谱线L2/nm元素识别谱线L1/nm观测谱线L2/nmC426.73426.62Fe516.65516.7Fe375.82375.68Fe588.5588.66Fe440.48440.62Fe685.78685.57Fe561.54516.53O486.48486.25O777.19777.23Fe396.87396.73H656.47656.32Fe571.29571CO751.28751.2Fe602.08602.24C513.91513.94 1.3等离子体电导率和介电常数计算1.3.1 电导率基于 Z&R 模型修正得到电弧等离子体电导率计算公式9如下.电子与离子碰撞作用下的电导率为ei=eT1.5/38Zln(1+1.42m)0.5(1)eTZm式中：为电子碰撞对电导率的修正系数；为温度；为离子的平均电荷数；为修正后昆仑对数.考虑电子与中性粒子碰撞作用下的电导率为en=e2ne/8kTsnsms(2)ms式中：e 为电子电荷量；ne为电子数密度；k 为玻尔兹曼常数；ns为 s 粒子的数密度；为电子与第s 种中性粒子的动量传输碰撞截面.结合式(1)和式(2)，水下湿法焊接电弧等离子体总电导率表示为=1/(1/ei+1/en)(3)将测得的各粒子数密度代入式(1)式(3)，计算得到等离子体电导率，图 3 和图 4 为电弧等离子体粒子数密度和电导率随温度变化曲线.由图 4 可知，当温度低于 5 000 K 时，温度对等离子体电导率的影响较小，当温度高于 5 000 K，温度对于等离子体电导率较大.200010相对强度 I(103 cps)203040300400500波长/nm600700800 图2水下湿法焊接电弧光谱图Fig.2Arcspectralofunderwaterwetwelding50焊 接 学 报第44卷1.3.2 介电常数选用水蒸气作为气泡内电弧介质击穿放电的背景气体，国际水和水蒸气性质协会提供了 IAPWS-IF97 公式，针对水的不同状态给出各种参数的计算公式.根据 IAPWS 于 1997 年认可的水蒸气的介电常数方程10为=1+A+5B+(9+2A+18B+A2+10AB+9B2)0.544B(4)其中，A 和 B 由以下得出A=103NA2gM0kT(5)B=103NA3M0(6)0式中：M 为水的摩尔质量；为真空介电常数；k 为波尔兹曼常量；NA为阿伏伽德罗常数；为分子偶极矩；为平均分子极化率；g 为重力常数；为水的密度.水蒸气的可压缩性要远远高于液态水，其分子间距离随着蒸气压力(p)的增大而减小，蒸气的相对介电常数增加，且水蒸气的介电常数受温度的影响小于压力对介电常数的影响11，故主要考虑压强对水蒸气介电常数的影响，其相对介电常数随压强变化表达式为r=2.311 4104p35.42104p2+0.028 25p+0.998 36(7)由式(7)可知，其相对介电常数随电弧气泡的压强变化而变化，从而对试验结果产生一定的影响.从信号处理及统计分析的角度，发现可以通过听水器检测得到的气泡声信号表现焊接气泡的动态演变12.在水下 40 m 的环境中获得的电弧从引弧到稳弧阶段的声信号如图 5 所示.10864声压 Us/V20245030020406080100150焊接电流 I/A电弧电压 U/V000.04 0.08 0.12 0.16时间 t/s气泡开始进入稳定阶段0.20 0.24 0.28 0.32 图540m 水深湿法焊接声信号Fig.540mwaterdepthwetweldingacousticsignal 由图 5 可知气泡的动态变化在起弧气泡生长阶段电弧是非常不稳定的，气泡呈爆炸式增长，声压增长至初始状态的 6 倍；根据式(7)，可以计算得到水深 40 m 环境压力下水蒸气的相对介电常数为1.009 6，初始状态的相对介电常数约为 1.000 25，可知其在初始状态和稳定状态的相对介电常数十分接近，故在第二部分时将相对介电常数设为1.009 6.在气泡稳定生长阶段电弧燃烧平稳，此时的气泡呈现一个相对稳定的阶段，具有一定的参考价值，故文中研究的是在气泡相对稳定时的状态.2数值分析模型2.1模型假设水下湿法药芯焊丝电弧焊电弧引燃方式为接触引弧，在电极接触的瞬间形成短路电路，产生的大电流流过两电极的接触点，温度急剧升高，在将电极分开的瞬间，两电极之间存在电场作用，同时 0粒子数密度 n/m31 10251 10241 10231 10221 10211 10201 10191 10181 10171 10161 101551015n0+nH+nHnen0温度 T/103 K20 图3等离子体粒子数密度随温度变化曲线Fig.3Variationcurveofplasmaparticlenumberdensitywithtemperature 01020电导率/(103 Sm1)3040510温度 T/103 K1520 图4等离子体电导率随温度变化曲线Fig.4Variation curve of plasma conductivity withtemperature第8期李志刚，等：高压水下湿法焊接电弧等离子体介质击穿机制51阴极以热电子发射方式发射电子，电子在电场中被加速，并且获得能量，电子累积形成电子雪崩，因而形成了电弧.仿真忽略电极接触再迅速分离这一动态过程，以接触引弧电极温度升高后，电极热电子开始发射做为初始时间，电子发射模型采用热电子发射模型，金属热发射电子流密度由 Richardson-Dushmann 公式确定，即J=AT2exp(eUwkT)(8)式中：A 为与金属表面有关的常数，其值为 120 A/(cm2 K2)；k 为玻尔兹曼常数，其值为 1.380 649 1023 J/K；eUw为逸出功.根据直流电弧等离子体的物理性质，在建立数学模型时做以下简化假设：忽略电弧等离子体重力影响；等离子体处于局部热力学平衡状态(LTE)；等离子体处于局域化学平衡状态；只考虑一次电离；忽略阴、阳极因受热产生的形变；背景空间为水蒸气环境；忽略接触引弧和焊丝分离过程，假定焊丝接触引弧后,并提起 5 mm 时刻为电弧介质击穿放电初始时刻(t=0 时刻).2.2模型描述基于 PIC 法与 MCC 法，建立不同水深条件下湿法焊接电弧等离子体介质击穿的三维动态模型.在构建模型时，采用针板模型对焊接系统中的焊丝极板实体进行简化，模型几何结构设计如图 6 所示.180.518极板介质层背景气体加载区域52.5 图6模型几何结构(mm)Fig.6Geometricstructureofmodel 2.3模拟参数设置阴极焊丝模型直径参考试验选用的药芯焊丝CHT71T-GS 直径设定为 1 mm，水下焊接模型的阴极焊丝表面电压设定为35 V，阳极板接地为 0 V，阳极板介质层厚度为 2.5 mm，电弧放电空间长度为 5 mm13，电极功函数为 3.36 V，阴极表面初始温度设置为 1 800 K14，背景气体及极板元素对应分子数密度设置见表 1.2.4碰撞反应数据加载根据试验中光谱诊断得到的电弧粒子元素成分以及 Q235 钢主成分，分别在模型中背景气体加载区域和极板介质层添加碰撞反应成分、分子数密度、碰撞反应方程组以及碰撞截面数据.根据理想气体方程可计算不同压强下(即对应不同水深)背景气体H2O 分子数密度为1.609 638 6 1025 m3.根据焊丝的成分可知，所含 Fe，C，Mn 和 Si 比重较大，其它元素的数量级较小，可以忽略不计，Q235 钢主要成分为 Fe，C，Mn，Si，S 和 P 占比较小，故选择 Fe，C，Mn 和 Si 作为极板成分，可根据式(9)计算其对应元素原子数密度如表 2 所示.在极板加载Q235 钢成分时，主要讨论电子与原子碰撞反应过程，Q235 钢成分状态不对模拟结果造成影响.表2极板成分对应元素原子数密度(1020m3)Table2Composition of the plate corresponds to theatomicnumberdensityoftheelement FeCMnSi836.594 38.654 401 35.593 078 65.049 603 i=NAjiMi(9)jiMi式中：为 Q235 钢板密度，其值为 7.85 g/cm3；为对应元素占比；为对应元素的摩尔质量.除了需要计算背景气体 H2O、极板介质成分C，Fe，Mn 和 Si 粒子数密度，还需要加载碰撞截面数据.根据等离子体反应数据库15以及光子和电子相互作用数据库16进行碰撞反应方程以及碰撞截面数据加载，电弧等离子体碰撞反应方程组如表 3 所示.2.5静电场求解在静电模拟中，将模型网格中的宏观粒子所带的电荷经一阶权重化进行电荷累积，可根据泊松方程求解电势分布，从而获得电场，即2=q0r(10)E=(11)q式中：是网格内累积的电荷密度；是拉普拉斯算52焊 接 学 报第44卷r子；为网格电位；为相对介电常数.2.6粒子动态推进在模型中，可以采用蛙跳算法进行粒子位置和速度的交替演变.在使用蛙跳算法时，假定已知半格点的速度 v1/2，根据初始给定的 x0得到 x1的位置后，继而得到 v1/2，再将新得到的值带入粒子速度和位置推动方程组，即x1=x0+v1/2t(12)v1/2=v1/2+qE0mt(13)式中：E0为初始时刻电势；m 为粒子质量.通过循环往复上述的推动方程组可完成对空间内带电粒子每一时刻的动态推进，从而实现对微观粒子的动态描述.3模拟结果对比分析根据空间电弧粒子动态分布以及电势场的变化，将一次极板间击穿过程分为 3 个阶段：电子发射 阶 段(0 24 ns)、极 板 介 质 击 穿 阶 段(24 120 ns)以及稳定阶段(120 ns 以后).3.1等离子体动态分布在一定的条件下，稳定而持续的电弧主要取决于电子和离子的运动，故研究电子和离子的运动对维持电弧稳定具有重要意义.图 7 和图 8 分别为 2 和 4 ns 时刻电弧粒子动态分布，在 2 ns 时刻电弧电子逸出数目大大增加，在经过电场的加速后，电子与水蒸气粒子开始发生电离碰撞反应，少量电子的动能达到第一电离阈值(16.9 eV)、第二电离阈值(18.116 eV)，空间内出现带正电荷的 H+和 OH+.在 4 ns 时刻，此时电子自身动能达到第三电离阈值(19 eV)，空间内出现 O+，此时电子并未击穿阴阳极空间，空间内粒子成分为电子、水分子、激发态水分子，H，H+，H2，OH 和OH+.电子在电场加速中获得了能量，当能量达到电离能与气体分子发生电离碰撞并产生新的电子，这些电子又成为了下一次电离碰撞的源粒子.eOH+H+(a)电子动态分布(b)离子动态分布 图72ns 时刻电弧粒子动态分布Fig.7Dynamicdistributionofarcparticlesat2ns.(a)electron dynamic distribution;(b)ion dynamicdistribution eOH+H+O+(a)电子动态分布(b)离子动态分布 图84ns 时刻电弧粒子动态分布Fig.8Dynamicdistributionofarcparticlesat4ns.(a)electron dynamic distribution;(b)ion dynamicdistribution 图 9 为 24 ns 时刻电弧粒子动态分布，直至 24 表3电弧等离子体碰撞反应方程组Table3Reactionequationsofarcplasmacollision 反应方程式反应类型/eV能量阈值e+H2O=e+H2O弹性碰撞0e+H2O=e+H2O*激发碰撞0.04e+H2O=H+OH+2e电离碰撞16.9e+H2O=H+OH+2e电离碰撞18.116e+H2O=H2+O+2e电离碰撞19e+H2O=H2+O+2e电离碰撞20.7e+H2O=H2-+O2+2e电离碰撞80e+C=e+C弹性碰撞0e+C=e+C*激发碰撞0.002e+C=2e+C+电离碰撞11.260 29e+C=3e+C2+电离碰撞24.383 15e+Fe=e+Fe弹性碰撞0e+Fe=e+Fe*激发碰撞0.486 5e+Fe=2e+Fe+电离碰撞7.902 468 1e+Fe=3e+Fe2+电离碰撞16.199 20e+Mn=e+Mn弹性碰撞0e+Mn=2e+Mn+电离碰撞7.434 037 9e+Mn=3e+Mn2+电离碰撞15.639 99e+Si=e+Si弹性碰撞0e+Si=e+Si*激发碰撞4.664 7e+Si=2e+Si+电离碰撞8.151 68e+Si=3e+Si2+电离碰撞16.345 85第8期李志刚，等：高压水下湿法焊接电弧等离子体介质击穿机制53ns 时刻，有少量高速电子到达阳极板表面，并与极板背景成分粒子发生碰撞，电弧放电呈初始击穿状态，阳极板表面出现极少数 Fe+以及 Fe2+离子.eFe+Fe2+极板介质层极板介质层(a)电子动态分布(b)离子动态分布 图924ns 时刻电弧粒子动态分布Fig.9Dynamicdistributionofarcparticlesat24ns.(a)electron dynamic distribution;(b)ion dynamicdistribution 由图 10 可知此时电子完全击穿阴阳极板，电弧放电处于瞬态稳定，除了背景气体层生成大量H+，OH+和 O+，阳极板表面出现 C+，Fe+，Fe2+和Mn+等离子，Fe+和 Fe2+数目远远大于其它离子数目，空间内部并未出现 H2+，C2+和 Fe3+等高能态离子，这是由于电子和水蒸气粒子的电离碰撞反应消耗了大部分高速电子的动能，同时由于远端空间电场的减弱，经过电离碰撞后的二次电子难以在远端电场加速中重新回归到高能态.e(a)电子动态分布(b)离子动态分布 1(c)离子动态分布 2(d)离子动态分布 3OH+CMn+Mn2+Si+Si2+Fe2+Fe+H+O+图10130ns 时刻电弧粒子动态分布Fig.10Dynamicdistributionofarcparticlesat130ns.(a)electron dynamic distribution;(b)iondynamicdistribution1;(c)iondynamicdistribution2;(d)iondynamicdistribution3 3.2粒子数目变化由图 11 可知，在电子发射阶段(0 24 ns)，由于电子雪崩效应，电子数目急剧增加.在极板介质击穿阶段前期(24 60 ns)，大量电子运动到极板底部以及周围边界，少量被边界吸收，物理上表示电子被外界水环境吸收，故电子在这一阶段出现降低趋势.在 60 ns 以后，电子速度降低、能量小，运动到边界被吸收的电子少于阴极发射的电子和电离碰撞产生的新的电子，故电子数目又重新呈现增加趋势，且增加速度越来越缓慢直至平缓，这是因为电子与背景中性粒子电离碰撞反应弱化直至达到饱和，电离产生新的电子越来越少.02040608010012014048121620宏粒子数目 n(104)时间 t/ns 图11电子宏粒子数目变化Fig.11Changesinthenumberofelectronmacroparticles 由图 12 可知，空间电离碰撞产生的 Fe+和 Fe2+数目远远大于 C+，Si+，Si2+，Mn+和 Mn2+数目，由 02004006008001 0001 200204060时间 t/ns(a)离子数目变化 2宏粒子数目 n80Fe+Fe2+10012014005101520204060时间 t/ns(b)离子数目变化 3宏粒子数目 n80C+Si+Si2+Mn+Mn2+100120140 图12极板离子数目随时间变化Fig.12Number of plate ions changes with time.(a)change in ion number 2;(b)change in ionnumber354焊 接 学 报第44卷表 3 可知，C+，Si+，Si2+，Mn+和 Mn2+电离阈值与Fe+和 Fe2+电离阈值差别不大，其离子数目差别大的原因是文中极板成分参照 Q235 钢成分加载，其Fe 元素成分高达 97.935%.除了 Mn2+产生时间较晚，C+，Si+，Si2+和 Mn+在 40 ns 左右开始陆续出现，并在之后的时间逐渐达到稳定，离子数目变化不大.3.3试验光谱诊断结果对比试验选取 Fe 元素作为计算电弧温度的特征元素，通过玻尔兹曼图示法得到玻尔兹曼曲线17，并对选取的 5 组光谱数据进行平均化处理，以避免单次试验造成的误差，再将处理后的电弧谱线数据用MATLAB 软件绘图并进行散点拟合，得出直线斜率，计算电弧温度.基于 Stark 展宽法18，根据氢原子的 谱线或 谱线的展宽计算等离子体电子数密度19-20，得到电弧等离子体温度和电子数密度如图 13 所示.数值分析模型得到电弧等离子体温度和电子数密度如图 14 所示.0510152025303 0004 5006 0007 5009 000温度 T/K时间 t/ms1.01.31.51.82.02.3温度电子数密度电子数密度 ne/1024 m3 图13光谱诊断电弧等离子体温度和电子数密度Fig.13Spectroscopicdiagnosisofarcplasmatemperatureandelectronnumberdensity 由图 13 和图 14a 电弧温度可知，电弧等离子体温度随时间增加呈现先增加再减少的变化趋势，与试验光谱诊断等离子体温度变化趋势相似，且在温度数值上误差范围较小.由图 13 和图 14b 可知，稳定时电子数密度为 1.212 9 1024 m3.文献 21从电信号角度定义了引弧过程时间，试验中发现在25 ms 时电压信号稳定，故试验光谱所测算的电弧电子数密度为 1.241 2 1024 m3，考虑仿真模型一部分电子被边界吸收以及计算误差，模型模拟结果与试验结果吻合，验证了模型的准确性.4结论(1)基于 PIC-MCC 方法，建立了 40 m 水深条件下湿法焊接电弧的模型，从极板间介质击穿过程中等离子体动态分布、粒子数目的变化为切入点，对高压水下湿法焊接电弧击穿机制进行深入研究.(2)通过采用数值模拟得到的电弧等离子体温度随时间变化的趋势，以及稳定时电子数密度与对应水深条件下光谱诊断试验结果对比分析，验证了模型的准确性.参考文献叶建雄,彭星玲,李兵.水下湿法焊接研究进展 J.电焊机,2020,50(9):111117.YeJianxiong,PengXingling,LiBing.Researchdevelopmentofunderwater wet weldingJ.Electric Welding Machine,2020,50(9):111117.1 0204060801001201402 0003 0004 0005 0006 0007 0008 0009 000温度 T/K时间 t/ns(a)电子温度(b)电子数密度0204060801001201401.03.56.08.511.013.516.0电子数密度 ne/1024 m3时间 t/ns 图14电弧等离子体电子温度和电子数密度Fig.14Arc plasma electron temperature and numberdensity.(a)electron temperature;(b)electrondensity第8期李志刚，等：高压水下湿法焊接电弧等离子体介质击穿机制55李显东.不均匀电场下水中微秒脉冲放电过程及机理研究 D.武汉:华中科技大学,2018.LiXiandong.Study on the process and mechanism of micro-secondpulsedischargeinwaterunderunevenelectricfieldDWuhan:HuazhongUniversityofScienceandTechnology,2018.2BabaevaNY,TereshonokDV,NaidisGV.Initiationofbreak-downinbubblesimmersedinliquids:pre-existedchargesversusbubble sizeJ.Journal of Physics D:Applied Physics,2015,48(35):355201.3Fujita H,Kanazawa S,Ohtanik,et al.Initiation process andpropagationmechanismofpositivestreamerdischargeinwaterJ.JournalofAppliedPhysics,2014,116(21):213301.4FanDing,YaoXinglong,HouYingjie,et al.Thestudyofarcbe-haviorwithdifferentcontentofcoppervaporinGTAWJ.ChinaWelding,2022,31(2):114.5LiXD,HeH,XiaoTF,et al.Pre-breakdownprocessesinwaterunder ultra-long pulses:Bubble-streamer dynamics and theirtransitionJ.JournalofPhysicsofFluids,2021,33(10):107102.6张晓峻,董婉佳,孙露,等.水的光学特性实验研究 J.实验技术与管理,2014(3):4345,50.ZhangXiaojun,DongWanjia,SunLu,et al.Experimentalstudyon the optical properties of waterJ.Experimental 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grooved flying tube structure is proposed,which can ef-fectively reduce the influence of plastic work on collision velo-city.(3)Using two-dimensional and three-dimensional simulationcalculation method,the welding quality is analyzed more ac-curately and comprehensively.Key words:explosive welding；grooved flying tube；nu-merical simulation；SPH-FEM coupling algorithm Mechanism on dielectric breakdown of arc plasma in highpressure underwater wet welding LI Zhigang,WEIChengfa,LIU Dejun,YANG Xiang(Key Laboratory of Trans-portation Tools and Equipment,Ministry of Education,EastChina Jiaotong University,Nanchang,330013,China).pp 49-56Abstract:In order to stu