Розділ 2. Моделювання комбінованих електромагнітних дій
при дуговому зварюванні
Напрям технологічного використання способів зварювання і наплавлення з ЕМД,
обсяг показників якості з’єднань, на які є можливість ефективно впливати і
ступінь поліпшення кожного із них у значній мірі визначаються амплітудними і
векторними характеристиками індукції КМП. Зміни структур і конструктивних
параметрів ЕМС, що входять до складу спеціалізованих пальників або головок,
призводять до суттєвих змін зазначених параметрів магнітного поля у робочій
зоні. Аналізу їх впливу на гідродинамічні процеси у зварювальній ванні і, як
наслідок, ефективність ЕМД присвячені роботи Акулова О.І, Кузнєцова В.Д.,
Черниша В.П., Чернишова Г.Г. [90, 116 - 118].
Переважна більшість відомих досліджень у цьому напрямку виконана
експериментальними методами, що пов’язано із специфікою математичного апарату,
яка полягає у чисельних методах розв’язання рівнянь і необхідністю для цього
потужних комп’ютерних обчислювальних засобів, відсутніх у минулі роки. Це
унеможливлювало проведення ґрунтовних досліджень щодо оптимізації структур і
конструктивних схем спеціалізованого інструменту для зварювання і наплавлення
із ЕМД, здійснення порівнювального аналізу їх функціональних і технологічних
можливостей.
У даному розділі узагальнені дослідження щодо вибору моделей пальників і
головок для зварювання і наплавлення із ЕМД, математичного апарату для
розрахунку індукції керуючих магнітних полів, що генеруються цими пристроями.
Визначено ступінь їх ефективності залежно від структур і конструктивних
параметрів електромагнітних систем із урахуванням специфіки різних способів
зварювання і наплавлення. На цій основі сформульовані основні принципи їх
створення.
Основні положення, викладені у цьому розділі, раніше коротко опубліковані у
роботах [119 - 122].
2.1. Розрахункові схеми пристроїв генерування у зоні зварювання і
наплавлення керуючих магнітних полів
Аналіз найбільш розповсюджених конструктивних схем спеціалізованих пальників з
однополюсними циліндричними ЕМС для реалізації електромагнітних дій на основі
аксіальних модульованих КМП показав, що для забезпечення якісного захисту і
задовільного огляду зони зварювання їх осердям надають форму, подібну до
наведеної на рис.2.1 [112]. При цьому, залежно від специфіки різних способів
дугового зварювання, ці елементи конструкції дещо відрізняються геометричними
розмірами. Однак всі вони характеризуються використанням корпусних елементів у
якості каркасів котушок намагнічування і соплових частин у якості
магнітопроводів. Це ускладнює при математичному моделюванні розподілу індукції
КМП у зоні зварювання урахування особливостей їх просторової форми. Тому
розрахункова схема передбачала умовне розбиття феромагнітного осердя на
дільниці простої геометричної форми (рис.2.2). При цьому вважали, що кожна із
них складається із сукупності мікрооб’ємів (на рис. 2.1 і рис.2.2 dVМ).
Аналогічно моделювали і багатошарову котушку намагнічування. Вважали, що кожен
її виток має плоску круглу форму і складений із сукупності дуже коротких
дільниць. У процесі досліджень зазначені заходи забезпечували можливість
окремого визначення впливу на розподіл індукції КМП у зоні зварювання кожного
конструктивного параметра електромагніта.
Загальною ознакою більшості конструкцій спеціалізованих пальників є
розташування електромагнітів коаксіально вузлу струмовідводу на зовнішній його
поверхні. У випадках, коли спеціалізовані пальники створюють для зварювання у
середовищі інертних газів, нижні ділянки осердь за формою і розмірами повинні
бути аналогічними стандартним соплам. Наявність взаємозв’язку між геометричними
параметрами зазначених вузлів пальника і електромагніта використовували для
аналітичного визначення граничних розмірів його осердя. Базову розрахункову
схему формували для найбільш складної
Рис. 2.1. Розрахункова схема пальника із однополюсним циліндричним
електромагнітом: 1, 2 і 3 – соплові ділянки осердя; 4 – корпусна ділянка
осердя; 5 – котушка намагнічування; 6 – щоки; 7 – ковпак.
конструкції пальника для TIG – зварювання з урахуванням можливості її
використання при створенні інших типів спеціалізованих інструментів.
Враховували, що внутрішня порожнина соплової частини (рис.2.2) повинна мати
довжину L1 і діаметр d3, які забезпечують формування ламінарного газового
потоку, достатнього для захисту швів і зони термічного впливу. Зазначені
розміри розраховували із урахуванням рекомендацій у роботі [123]:
;
,
де: Iзв – зварювальний струм; k0 – коефіцієнт діаметра сопла .
Внутрішній діаметр магнітопроводу d2 (рис.2.2) є залежним від параметрів
коаксіально розташованих у його середині газової і струмопідвідної систем
пальника. Найкращій газовий захист забезпечується у випадку, коли середній
діаметр ресиверу знаходиться у діапазоні [123]:
Враховуючи те, що порожнина ресиверу зовні обмежена обоймою струмопідводу, її
внутрішній діаметр дорівнює:
де др – ширина кільця ресиверу (для Iзв=100ч150А др=2мм).
Зовнішній діаметр струмопідвідної обойми знаходили із співвідношення:
де Sо – площина перерізу обойми, яку знаходять враховуючи припустиму у ній
густину зварювального струму (у випадку коли цей елемент оснащено системою
водяного охолодження ).
При збудженні дуги осцилятором між обоймою струмопідводу і осердям
електромагніта розміщують діелектричну втулку товщиною діз?1мм, що забезпечує
захист елементів живлення котушки намагнічування від високовольтного розряду.
Із урахуванням цього внутрішній діаметр магнітопроводу дорівнює:
Решта конструктивних розмір
- Киев+380960830922