Система измерений характеристик плазменно-дуговых процессов при импульсном воздействии на сварочный контур

• Автор: Бурдаков, Сергей Михайлович
• Шифр специальности: 05.11.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Волгодонск
• Количество страниц: 144 с. : ил

3.1.3 Влияние высокочастотного квазигармонического сигнала по напряжению на структуру и свойства металла сварного

3.2 Информационная система регистрации и обработки данных
процесса ручной дуговой сварки
Выводы по главе
4.Организация измерительных процедур при исследовании динамических процессов в сварочном контуре
4.1 Измерение статических и динамических характеристик системы “Источник питания - дуговой разряд - сварочная ванна”
4.2 Исследование устойчивости дугового разряда
4.3 Оценка устойчивости системы «ИП - дуговой разряд —
сварочная ванна»
Выводы по главе
5.Метрологический анализ информационно-измерительной
системы
Выводы по главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Акты и протоколы испытаний
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Программы
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Программа расчета погрешностей
ВВЕДЕНИЕ

Устойчивость горения сварочной дуги является важным технологическим фактором, влияющим на качество сварных соединений. Она в значительной мере зависит от состава и свойств плазмы столба дуги, а также статической и динамической характеристик источника питания.
Труднодоступность мест сварки, сложная геометрия сварных стыков, атмосферные воздействия способствуют частым, вынужденным обрывам сварочной дуги с образованием недопустимых дефектов. Их устранение с последующей заваркой выборок приводит к значительному удорожанию сварочных работ и снижению надежности сварных узлов при эксплуатации.
Современные исследования процессов сварки по'казали, что основное количество дефектов зарождается в объеме сварочной ванны и определяется сложными тепловыми, гидродинамическими процессами, проходящими в ее объеме и напрямую зависящими от устойчивости горения дуги.
При введении в дугу элементов с низким потенциалом ионизации происходит некоторое повышение устойчивости горения электрической дуги, однако, снижаются скорость плавления катода и эффективность сварочного процесса.
Учитывая многообразие влияния внутренних и внешних факторов (атмосферные явления, качество электродов) на дугу в монтажных условиях актуальным является исследование протекающих- процессов в сварочном контуре с целью выявления их влияния на устойчивость горения дуги и создания условий для обеспечения качественного формирования сварного соединения.
Решение этих сложных задач возможно на основе исследований плазменно-дуговых процессов в сварочном контуре.
К наиболее перспективным способам повышения технологических характеристик сварочной дуги следует отнести исследование и совершенствование ее питающей системы.
Проведение подобных исследований возможно на основе построения информационно-измерительных систем, обеспечивающих требования точности и динамики измерения параметров плазменнодуговых процессов. Например, процессов, протекающих в низкотемпературной плазме дугового разряда при наложении на него дополнительного высокочастотного квазигармонического сигнала по напряжению. В данном случае имеется в виду комбинированное применение постоянного тока основного сварочного источника и переменного высокочастотного от вспомогательного.
Воздействие высокочастотной составляющей электромагнитного поля на дуговой разряд имеет место в плазмотронах волнового типа для повышения его устойчивости, контрагирования (обжатия), технологических свойств.
При наложении внешнего высокочастотного поля на дуговой разряд перемещение заряженных частиц уменьшается, что особенно заметно в радиальном направлении. В периферийной области столба дуги образуется так называемый вКШ-слой. В этом слое происходит колебательное движение электрических зарядов с частотой равной частоте наложенного напряжения. Чем выше частота ' внешнего электрического поля, тем больше величина напряженности электрического поля и меньше амплитуда колебаний электронов в периферийных частях дугового разряда. Следовательно, будет происходить уменьшение вероятности соударения с другими заряженными частицами, что приведёт к снижению количества актов ионизации, рекомбинации и температуры в вКШ-слое.
Охлаждение наружных слоев столба дуги вызывает ее обжатие и повышение температуры осевой части.

2.2 Особенности физических процессов, протекающих в низкотемпературной плазме
Принято [23] рассматривать плазму как некоторую частную форму газовой смеси (в простейшем случае как смесь двух компонент: электронного и ионного газа), однако по целому ряду основных физических свойств плазма резко отличается от обычного газа, содержащего лишь нейтральные частицы. Это различие выражается, прежде всего, в поведении плазмы под действием электрических и магнитных полей. В отличие от обычного нейтрального газа, на который электрические и магнитные поля не оказывают заметного воздействия, плазма под действием таких полей может очень сильно изменять свои свойства. Под действием электрического поля (даже очень слабого) в плазме появляется электрический ток. В магнитном поле плазма ведет себя как своеобразное диамагнитное вещество. Плазма может также очень интенсивно взаимодействовать с электромагнитными волнами. Необходимо, прежде всего, выяснить, как ведут себя отдельные электроны и ионы в плазме. Анализ движения частиц должен включать следующие пункты:
1. Законы движения электронов и ионов под действием электрических и магнитных полей, создаваемых с помощью внешних источников.
2. Так называемые элементарные процессы взаимодействия частиц при их столкновениях.
Основываясь на данных о поведении отдельных частиц можно объяснить процессы макроскопического характера, в которых плазма участвует как целое.
Путь каждого иона или электрона можно сначала очень грубо представить себе состоящим из отрезков, на протяжении которых частица движется свободно, не испытывая взаимодействия с соседями[18, 23].