Разработка технологии плазменной сварки алюминиевого сплава AMr5 с импульсной подачей плазмообразующих газов

• Автор: Киселев, Глеб Сергеевич
• Шифр специальности: 05.02.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 192 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Перечень условных обозначений и сокращений

Введение

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования

1.1. Анализ способов сварки алюминиевых сплавов элементов ВРУ

1.2. Предпосылки повышения технологических возможностей плазменной сварки.

1.2.1. Применение различных газов и их смесей в процессе сварки

1.2.2. Использование импульсных процессов.

1.2.3. Определение функциональных свойств газов в бинарной плазме.

1.3. Анализ свойств и характеристик плазменной струи

1.3.1. Влияние закрутки плазмообразующего газа на свойства плазменной струи.
1.3.2. Аналитическое определение вольт-амперной характеристики плазменной струи.
1.3.3. Температурные поля в канале сопла плазмотрона.
1.4. Тепловые процессы при плазменной сварке.
1.4.1. Процесс нагревания анода.
1.4.2. Процесс нагревания защитного газа плазменной струей.
1.4.3. Процесс нагревания свариваемого металла.
1.5. Процессы формирования сварочной воронки и сварного шва.
1.5.1. Процесс формирования сварочной воронки.
1.5.2. Процесс формирования сварного шва.
Выводы по главе 1
Цель и задачи работы

Глава 2. Теоретические исследования процесса плазменной сварки на постоянном токе обратной полярности при различных способах подачи плазмообразующего газа
2.1. Анализ термогазодинамических процессов в плазмотроне
2.1.1 Влияние закрутки плазмообразующих газов на газодинамику плазмотрона.
2.1.2 Анализ процесса смешения газов в сопле плазмотрона.
2.1.3 Расчет вольт-амперной характеристики процесса.
2.1.4. Определение полей температур и скоростей плазмы
2.2. Расчет коэффициентов электро - теплопроводности плазмы.
2.2.1 Анализ процесса плавления присадочной проволоки.
2.2.2 Температурные поля в сварочной ванне.
2.2.3 Определение границ скорости сварки.
2.3. Определение вольт-амперной характеристики электрической дуги.

2.3.1 формирование сварочной воронки и ванны.
2.3.2. Механизм формирования сварного шва.
2.3.3 Влияние импульсной подачи плазмообразующих газов на качество шва.
Выводы по главе 2

Глава 3 Экспериментальные исследования процесса плазменной сварки
3.1. Расчет и конструирование плазмотрона.
3.2. Создание экспериментальной установки.
3.3. Экспериментальные исследования параметров процесса.
3.3.1. Эксперименты по смешению и разделению плазмообразующих газов в сопле плазмотрона.
3.3.2. Сравнительные испытания плазмотронов КАМА-1 М.и КАБ -ЗМи.
3.3.3. Определение порогов допустимых нагрузок на плазмотрон КАБ-ЗМи
3.3.4. Определение вольт-амперной характеристики процесса.
3.3.5. Температура на нижней и верхней плоскостях свариваемых пластин.
3.3.6. Параметры сварного шва.
3.4. Оптимизация режимов плазменной сварки по отношению глубины проплавления методом планирования эксперимента.
3.4.1. Определение статистической значимости параметров сварки в импульсном режиме.
3.4.2. Оптимизация режимов сварки.
3.5. Исследование состава, свойств и структуры сварного шва.
3.5.1 Исследование микроструктуры шва.
3.5.2 Исследование химического состава шва.
3.5.3. Исследование механических свойств шва.
Выводы по главе 3

Глава 4. Комплектация опытно-промышленной установки и исследование особенностей плазменной сварки с импульсной подачей плазмообразующих газов в условиях производства.
4.1. Комплектация опытно-промышленной установки.
4.1.1. Функциональное назначение плазмомодуля
4.1.2. Автоматы подвесного типа
4.1.3. Источники питания плазменной дуги
4.1.4. Программное обеспечение процесса
4.2. Особенности технологии плазменной сварки в условиях производства

4.2.1 .Влияние технологических отклонений сборки стыков на стабильность процесса сварки алюминиевых конструкций
4.2.2. Особенности технологии сварки различных типов соединений
4.2.2.1. Сварка продольных стыков карт
4.2.2.2. Сварка кольцевых стыков корпусов
4.2.2.3.Сварка трубопроводов и корпусов малого диаметра
4.2.2.4.Особенности исправления дефектов в сварных швах
4.2.2.5. Меры сокращения величины деформации металлоконструкций при плазменной сварки
4.3. Оптимизация параметров плазмообразующей среды при сварке конструкций плазмотроном КАБ-ЗМи на натурных образцах
Выводы по главе 4
Общие выводы и основные результаты работы
Список литературы
Приложения
______________Глава 1. Состояние вппуоса, цель и задачу работы
рассматривается вопрос о нагревании бинарного защитного газа ( аргон + гелий) при дуговой сварке. Температура нагрева определялась по степени ионизации расчетным методом. Для этих целей использовались понятия термическая (полная) ионизация и умеренная ионизация. Расчетная температура для умеренной ионизации (степень ионизации а~0,3) достигают значений порядка Т= 16000 К. Из этих соображений делается вывод, что значение температур защитных газов соответствует умеренной ионизации. Не останавливаясь далее на ряде замечаний расчетного характера к выводам авторов статьи, отметим, что имеются более состоятельные методы определения температур защитных газов. К примеру, степень ионизации может быть определена по известным зависимостям Саха[24] и Шейба [58]. В свою очередь температуры газов определять исходя из теории теплообмена[35]. В данном случае имеются место конвективный теплообмен между электрической дугой и теплообмен излучением. В главе 2 будут приведены значения вышеуказанных температур.
1.4.3. Процесс нагревания свариваемого металла.
Наиболее полный расчет процесса нагревания свариваемых металлов при плазменной сварки приводится в работах [28,29]. Понятие пятно тепло ввода используемое в данных работах позволяет определить количество тепла передаваемое плазменной струей в свариваемых деталей. Далее производится расчет температур вплоть до температуры плавления. К сожалению, авторы ограничились в основном учетом тепла, образующегося в результате действия электрической дуги (Джоулево тепло), конвективный перенос тепла плазменной струей учитывается в приближенной форме, а лучистый теплообмен вообще оставлен без внимания. Расчет температурных полей в деталях осуществляется без учета темпа нагревания [59], что не позволяет аналитически определить