Повышение эффективности сварки в CO2 неповоротных стыков магистральных трубопроводов за счет применения импульсного питания сварочной дуги

• Автор: Веревкин, Алексей Валерьевич
• Шифр специальности: 05.02.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 143 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА СВАРКИ НЕПОВОРОТНЫХ СТЫКОВ ТРУБОПРОВОДОВ

1.1 Анализ способов сварки неповоротных стыков трубопроводов

1.2 Оценка перспективности дуговых процессов

1.3 Импульсные методы управления

1.4 Перенос электродного металла во всех пространственных положениях

1.5 Цель работы и задачи исследований

2 АНАЛИЗ КОМПЛЕКСА СИЛ ДЕЙСТВУЮЩИХ НА СВАРОЧНУЮ ВАННУ ПРИ ИЗМЕНЯЮЩЕМСЯ ПРОСТРАНСТВЕННОМ ПОЛОЖЕНИИ

2.1 Основные силы, действующие на сварочную ванну

2.1.1 Силовое воздействие дуги

2.1.2 Поверхностное натяжение
2.1.3 Вес сварочной ванны
2.2 Влияние фронта плавления на удержание металла сварочной ванны..
2.3 Формирование результирующей силы при изменяющемся пространственном положении
2.4 Удержание сварочной ванны за счет изменения угла наклона электрода
3 ДВИЖЕНИЕ МЕТАЛЛА В СВАРОЧНОЙ ВАННЕ
3.1 Движение металла в сварочной ванне при импульсном питании сварочной дуги в нижнем положении
3.2 Динамическая стабилизация сварочной ванны при сварке в среде углекислого газа с импульсным питанием дуги

4 РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ИМПУЛЬСНОГО ПИТАНИЯ СВАРОЧНОЙ ДУГИ
4.1 Устройство для дозирования энергии
4.2 Устройство для ограничения тока короткого замыкания при сварке
с импульсным питанием дуги
5 ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
5.1 Установка для проведения исследований
5.1.1 Устройство для выдува металла сварочной ванны
5.1.2 Порядок работы установки
5.2 Методика определения формы проплавления и веса
сварочной ванны
5.3 Влияние длительности импульсов на форму сварочной ванны
и геометрию наплавленного валика в нижнем положении
5.4 Влияние угла наклона электрода на форму сварочной ванны
и геометрию наплавленного валика в нижнем положении
5.5 Геометрия наплавленного валика в различных пространственных положениях выполненного сваркой с импульсным питанием дуги
5.6 Микроструктура и химический состав наплавленного валика выполненного сваркой с импульсным питанием дуги в среде углекислого газа
5.7 Применение импульсного питания сварочной дуги для сварки
в щелевую разделку
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
АКТУАЛЬНОСТЬ. Возросшие масштабы строительства и ремонта трубопроводного транспорта, большая их протяженность требуют высокого темпа прокладки при их сооружении. Однако в настоящее время в России и за рубежом ресурсы повышения производительности процессов ручной дуговой сварки трубопроводов практически исчерпаны, и следующий этап развития будет основываться только на механизации и автоматизации сварки неповоротных стыков. Основной проблемой при этом является изменяющееся пространственное положение.
Среди дуговых способов автоматической сварки неповоротных стыков труб методы сварки в среде защитных газов и порошковой проволокой получили наибольшее распространение. Однако эти методы сварки фактически разрабатывались для сварки в нижнем положении, и не учитывали непрерывного изменения пространственного положения сварочной ванны, а также характер движения расплавленного металла в сварочной ванне. Для дальнейшего повышения качества автоматической сварки неповоротных стыков трубопроводов необходимо разработать такой способ сварки, который обеспечивал бы управляемый перенос электродного металла, и хорошее формирование шва в различных пространственных положениях. При этом желательно, чтобы в процессе сварки ток и скорость сварки оставались неизменными, для того чтобы сечение шва по длине оставалось постоянным, и тем самым исключить наложение корректирующих швов. Также следует отдавать приоритет использованию недорогих сварочных материалов.
Применение импульсного питания сварочной дуги, решает такие технологические проблемы как управляемый и направленный перенос электродного металла, возможность выполнения сварки во всех пространственных положениях, уменьшение потерь на угар и разбрызгивание.

вводится энергия необходимая только для непрерывного горения дуги. Импульсное питание сварочной дуги позволяет осуществить такой процесс. Основные характеристики переноса, диаметр капель электродного металла, частота перехода капель в ванну, скорость полета капель, в первую очередь определяются параметрами импульсов, а именно энергией импульсов характеризующийся их амплитудой, длительностью, формой, частотой. Можно выделить три типичных вида переноса при импульсной сварке:
- импульс не сбрасывает каплю с электрода;
- импульс сбрасывает с электрода только одну каплю;
- импульс сбрасывает с электрода несколько капель.
В первом случае под действием электродинамической силы за время импульса тока капля вытягивается в направлении ванны, однако приложенного усилия недостаточно для полного преодоления сил поверхностного натяжения, поэтому сброс капли с электрода происходит после воздействия на нее нескольких импульсов тока, когда размеры капли увеличатся.
Во втором случае сброс капли происходит под действием электродинамической силы, которая вытягивает жидкий металл и формирует каплю в зависимости от параметров импульса отрыв капли возможен в конце импульса или спустя некоторое время после окончания импульса.
В третьем случае электрод интенсивно плавится, жидкий металл на электроде вытягивается в сторону ванны, капля отрывается от электрода до окончания импульса. После отрыва капли резко ускоряется оплавление электрода и формируется вторая капля, которая также сбрасывается с электрода.
Увеличение вылета электрода способствует ускорению расплавления электродной проволоки и увеличению диаметра капель. При этом длительность существования капель на электроде значительно