Диссертация (1024714), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Поэтому для решенияперечисленныхзадачпредложеноиспользоватькомпьютернуюмодельпроцесса двухдуговой сварки по узкому зазору, физико-математическиеособенности которой описаны в главе 2, а ее адекватность описана в главе 3.Возможностьрешенияпоставленныхзадачобусловленатемобстоятельством, что разработанная модель включает все параметры процессасваркиплавящимсяэлектродом,определяющиеегоустойчивостьквозмущениям, а также особенности переноса электродного металла, какотдельными каплями, так и при периодических коротких замыканиях.
Помимоэтого, одна из подмоделей учитывают распределение плотности тока поповерхности разделки, что позволяет воспроизводить все основные стадиигорения дуги от ее первичного возбуждения до достижения установившегосясостояния с переносом металла через дуговой промежуток.Последовательное моделирование формирования слоев шва позволяетвоспроизводить весь цикл формирования многопроходного шва.1824.2. Анализ устойчивости дуги при сварке по узкому зазору плавящимсяэлектродомПри сварке плавящимся электродом по узкому зазору дуга не простоблуждает по донной части разделки, но и периодически переходит на еебоковые поверхности (рис. 4.1), поэтому подобное явление необходимоучитывать при анализе устойчивости дуги.Рис. 4.1. Характерное блуждание дуги в зауженной разделке: Диаметрпроволоки 1,2 мм, ток 180-200 А, напряжение 28-30 В.Фотографии сделаны с периодом 0,3 сЧисленное решение системы уравнений модели (глава 2) выполнено сшагом времени dt=0,1 мс при начальных условиях, соответствующихкороткому замыканию в момент возбуждения дуги при соприкосновенииэлектродной проволоки с металлом стыка.Моделирование выполнили для случая сварки стали толщиной 40 мм сзауженной разделкой кромок шириной 8…10 мм электродной проволокой Cв08Г2C диаметром 1,2…2,0 мм при длине вылета 15…50 мм и скорости подачи100 мм/с в СО2 при питании от источника с напряжением холостого хода 30..50В с внутренним сопротивлением 5…20 мОм и индуктивностью 1…20 мГн.Результаты решения представлены на рис.4.2…4.7.Известно [207, 208], что при небольшом вылете электрода стабилизацияпроцесса сварки после возбуждения дуги происходит достаточно быстро.183Результаты моделирования, рис.
4.2, наглядно показывают, что на начальномэтапе температура вылета незначительна и не оказывает существенноговлияния на процесс установления дуги, который определяется наклоном ВАХ ииндуктивностью источника питания.Рис. 4.2. Результат моделирования процесса возбуждения дуги в СО2проволокой диаметром df=1,2 мм при длине вылета Lf=15 мм, U0=35 В,vf=80 мм/с, Rw=0,08 Ом, Lw=10 мГн; а) изменение тока Iarc и напряженияUarc дуги и электрического сопротивления вылета Rf, б) изменение длиныдуги Larc и температуры подогрева вылета электрода TfПри сварке по узкому зазору вылет электрода значительно больше, чтоприводит к характерному блужданию дуги, особенно в донной части разделки.Поэтому при большой длине вылета электрода, рис.
4.3, процесс установленияустойчивого горения дуги сильно растягивается по времени, что приводитзначительным автоколебаниям не только тока, напряжения и длины дуги, но итемпературы и электрического сопротивления в вылете. Подобное блужданиедуги затрудняет ведение процесса сварки.184абРис. 4.3. Результат моделирования процесса возбуждения дуги (а) итемпературы капли (б) при сварке в СО2 проволокой диаметром df=1.2 ммпри длине вылета Lf=55 мм. U0=55 В, vf=80 мм/с,Rw=0,08 Ом, Lw=10 мГнПроцесс автоколебаний энергетических параметров дуги прекращается185только тогда, когда температура вылета электродной проволоки становитсясоизмеримой с температурой ее плавления, а электрическое сопротивлениесопоставимым с внутренним сопротивлением источника питания.
Поэтомудополнительными факторами, «раскачивающими» процесс и снижающим егоустойчивость, следует считать периодические изменения температуры иэлектрического сопротивления вылета электрода.На рис. 4.4 показано распределение температуры вдоль вылета в разныемоменты времени, отсчитываемого с момента короткого замыкания.Рис.
4.4. Распределение температуры вдоль вылета электрода в разныевременные интервалы: df=1,2 мм, Lf=55 мм. U0=55 В, vf=80 мм/с,Rw=0,08 Ом, Lw=10 мГн186Наиболее эффективно устранить автоколебания, возникающие вследствиенагревания длинного вылета электродной проволоки, можно увеличениемдиаметра электродной проволоки при соответствующем уменьшении скоростиее подачи, рис. 4.5.Рис. 4.5.
Результат моделирования процесса возбуждения дуги вуглекислом газе проволокой диаметром 2 мм при длине вылета 55 мм.U0=55 В, vf=29 мм/с, Rw=0,08 Ом, Lw=10 мГнОднако устойчивый и быстрый процесс возбуждения обеспечиваетсятолько при значительном электрическом сопротивлении сварочной цепи, т.езначительном наклоне ВАХ источника питания и, соответственно, прибольшом напряжении холостого хода источника. Данное обстоятельствоследует учитывать при выборе, либо проектировании сварочных источниковдля сварки плавящимся электродом по узкому зазору. Так, уменьшениесопротивления и напряжения источника ухудшает процесс возбуждения дуги,рис.
4.6, хотя дуга и плавление электрода в установившемся состояниистабильны.187Рис. 4.6. Возбуждение дуги при напряжении холостого хода источникапитания U0= 25 В и сопротивлении Rw=0,03 Ом. df=2 мм, Lf=55 ммПолученные результаты показали, что представленная в главе 2настоящей работы физико-математическая модель системы «источник питания- дуга» при сварке плавящимся электродом по узкому зазору в глубокойзауженной разделке кромок позволила воспроизвести начальную стадиювозбуждениядугиинагреваниевылетаэлектрода,егоплавление,формирование дугового промежутка с учётом капельного переноса ихарактеристики цепи питания дуги.
Численное решение уравнений показало,что главной особенностью сварки по узкому зазору является значительныйнагрев вылета электрода, который приводит к потере устойчивости дуги из-заухудшения условий ее саморегулирования и возникновения автоколебанийосновных параметров процесса сварки: тока, длины, напряжения дуги, а такжеизменения температуры нагрева и электрического сопротивления вылетаэлектрода.Возникновениеавтоколебанийиз-заухудшенияусловий188саморегулирования дуги объясняется резким возрастанием коэффициентапередачи в контуре саморегулирования «источник питания - электрод - дуга»при увеличении температуры подогрева вылета:(4.1)где gradU=4…5 В/мм – градиент потенциала в столбе дуги, dI/dU = 1/Rw– наклон ВАХ источника питания, Tk=1800…2200оС – температура капель наэлектроде, c=5 Дж/(мм3 оС) – теплоёмкость, qL=2 Дж/мм3 – теплота плавления.Амплитуда автоколебаний параметров дуги ограничивается тем, что приудлинении дуги происходит частичное перераспределение тока дуги споверхности сварочной ванны на ее боковые поверхности разделки, при этомослабевает влияние координаты расположения торца электрода Zarc на длинуLarc и напряжения дуги после её перехода на боковые поверхности разделки,наклонённые под углом плоскости стыка:dLarc sin dZ arcПрималомперераспределенияугленаклонатокастенокмногократно(4.2)разделкиданнаяуменьшаетособенностькоэффициентсаморегулирования дуги и подавляет возникший неустойчивый процесс.Однако, несмотря даже на ограниченную амплитуду автоколебаний, онинежелательны, так как вызывают периодическое изменение мощности дуги.
Поэтой же причине характерная устойчивость импульсной дуги, возникающая втечение импульса тока при сварке по узкому зазору, полностью подавляется завремя паузы тока. Поэтому эффективным методом подавления автоколебанийявляется использование электродной проволоки достаточно большого сеченияпри пониженной скорости ее подачи. Кроме того устойчивость дуги при сваркепо узкому зазору повышается при применении источника питания дуги сповышеннымизначенияминапряженияхолостогоходаинаклонавольтамперной характеристикой.Так как градиент потенциала в столбе дуги gradU возрастает с189увеличением температуры свариваемых поверхностей, то при реализацииперспективныхпроцессовtandemGMA-сваркидвумяэлектроднымипроволоками в раздельные сварочные ванны вторая дуга, формирующая ваннупо уже нагретому металлу, всегда будет более устойчива, чем первая [209].Выполненный анализ устойчивости дуги в узкой разделке показал, чтопричиной потери устойчивости в системе «источник питания – дуга –плавящийся электрод» является чрезмерный перегрев длинного вылетаэлектрода, неизбежного при сварке корневого и первых заполняющих проходов.Но возникающие автоколебания длины и тока дуги, обусловленные потерейустойчивости, эффективно подавляются вследствие значительного снижениякоэффициента саморегулирования при переходе дуги с донной части узкойразделки на ее боковые поверхности.
Для обеспечения устойчивостисаморегулирования дуги при сварке в узкой разделке необходимо использоватьэлектродные проволоки большого сечения при сниженной скорости их подачи,а также источники питания дуги с повышенными значениями напряженияхолостого хода и наклоном вольтамперной характеристики.4.3. Разработка методов минимизации дефектов при многопроходнойдвухдуговой сварке по узкому зазоруЗадача состоит в оценке влияния параметров технологии на качествоформирования сварных многопроходных швов при дуговой сварке плавящимсяэлектродом толстостенных корпусных конструкций из высокопрочных сталей.Качество формирования валиков отдельных проходов оценивают нетолько размерами их поперечных сечений, но и формой поверхности, котораядолжна быть вогнутой, так как в случае выпуклой поверхности валиков присварке последующего прохода велик риск возникновения несплавлений междуслоями у кромки разделки, рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
