Прогнозирование параметров режима при импульсно-дуговой сварке алюминиевых сплавов

• Автор: Зайцев, Олег Игоревич
• Шифр специальности: 05.03.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 174 с. : ил

Перечень условных обозначений и аббревиатур

Глава 1. Состояние вопроса, цель и задачи работы

1.1. Общие сведения об импульсно-дуговой сварке алюминиевых

сплавов

1.1.1 Источники питания импульсной сварочной дуги

1.1.2 Типы модуляций импульсных источников питания

1.1.2.1 {/б/ и тип ~ модуляция

1.1.2.2 ииМп - модуляция

1.1.2.3 /б/7ИМп - модуляция

1.2. Математическое моделирование импульсного источника теплоты

1.2.1. Энергетические и тепловые процессы в импульсной дуге

1.2.2. Анодное и катодное падения напряжения
1.2.3. Столб дуги
1.2.4. Эффективный КПД импульсной дуги
1.3. Нагрев и плавление электрода
1.3.1. Математические модели нагрева электрода
1.3.2. Испарение с поверхности плавящегося электрода при сварке плавлением
Выводы по первой главе
Цели и задачи работы
Глава 2. Разработка физико-математической модели импульсного источника теплоты
2.1. Исходные параметры для моделирования
2.2 Структура модели
2.2.1. Подмодель источника питания
2.2.1.1. Регулятор базового напряжения
2.2.1.2. Базовое напряжение импульсной дуги
2.2.2. Подмодель электрической дуги
2.2.2.1. Анодное падение напряжения
22.2.2. Катодное падение напряжения
2.2.2.3. Столб дуги
2.2.3. Подмодель плавления электрода
2.2.4. Подмодель отрыва капель
2.3. Алгоритм и численная аппроксимация модели
2.4. Калибровка и верификация модели
2.5. Оценка адекватности модели
2.6. Программное обеспечение
2.6.1. Описание работы программы
Выводы по второй главе

Глава 3. Экспериментальная установка для определения температуры и энтальпии капель электродных материалов
3.1. Разработка математической модели нагрева вылета электродной проволоки
3.1.1. Численная реализация модели
3.2. Разработка математической модели испарения с поверхности
капли
3.3. Алгоритм и программное обеспечение для моделирования тепловых процессов в вылете электрода
3.3.1 Программная реализация
3.4. Калибровка и верификация модели
3.4.1. Экспериментальные исследования
3.4.2. Верификация модели нагрева и плавления электрода
Выводы по третьей главе
Глава 4. Параметрические исследования импульсной дуги и тепловых процессов в вылете электрода
4.1. Исследование энергетических характеристик дуги
4.2. Распределение температуры по длине вылета электродной проволоки
4.3. Определение энтальпии и температуры капель
4.3.1. Энтальпия и температура капель в зависимости от среднего тока
4.3.2. Исследование влияния легирующих элементов в проволоке на температуру и энтальпию капли
4.3.3. Влияние размера капли на её температуру и энтальпию
4.3.4. Влияние величины диаметра проволоки на температуру
и энтальпию отделяющейся капли
4.3.5. Температура и энтальпия капли в зависимости от частоты импульсов
4.3.6. Температура и энтальпия капли в зависимости от времени импульса
4.3.7. Температура и энтальпия капли в зависимости от величины импульсного напряжения
4.3.8. Температура и энтальпия капли в зависимости от величины базового тока
4.4. Применение расчетных зависимостей энтальпии плавления
электродной проволоки от тока в модели импульсного источника теплоты
Выводы по четвертой главе
Основные выводы по работе
Список литературы
Перечень условных обозначений и аббревеатур

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИИ И АББРЕВЕАТУР
Перемен-

ак(Т)
А„ В;, С,

А1_ёс
Аг_%е

б1, й?2 сИ с /Л сИУЖ
^пр

Е200

Н(х,у,г)
Не_Ее
Д)1СП
Дкап

Наименование
- температуропроводность свариваемого материала,
- отношение рамзауеровских сечений газовых компонентов плазмы,
- отношение статистических весов ионов и атомов
- коэффициент конвективной теплоотдачи,
- табличные эмпирические коэффициенты
- рамзауеровское сечение для А1
- рамзауеровское сечение для Аг
- площадь сечения электродной проволоки,
- коэффициент температуроотдачи для стержня,
- удельная теплоемкость,
- средне-интегральное значение объемной теплоемкости,
- эффективное значение теплоемкости исследуемого сплава,
- размеры отделившейся электродной капли,
- скорость изменения тока в паузе,
- скорость изменения тока в импульсе,
- диаметр проволоки,
- напряженность поля столба дуги,
- мгновенное значение напряженности поля столба дуги при силе тока дуги 200А,
- частота импульсов,
- электромагнитная сила,
- сила тяжести,
- сила поверхностного натяжения,
- рамзауеровское сечение металлического пара,
- энтальпия,
- трехмерное поле энтальпии,
- рамзауеровское сечение для Не
- энтальпия испарения,
- энтальпия капли,
- теплота плавления/кристаллизации,
- мгновенное значение тока,
- суммарная величина интенсивности парообразования компонентов сплава
- стабилизированный (базовый) постоянный ток,
- ток дуги,
- стабилизированное значение импульсного тока,
Размерность
см2/с
Вт/(см град)

1/с
Дж/г град Дж/(см3град)
Дж/(см3град)

А/мс
А/мс

В/м
В/м

Дж/г
Дж/г

Дж/г
Дж/г
Дж/г

кг/(м2с)

Глава 2. Разработка ФММ импульсного источника теплоты

ломощной дуги в источнике питания предусмотрен регулятор, обеспечивающий стабилизацию базового напряжения в период паузы [82].

'4 и,1
Рис 2.1. Структура модели импульсного источника теплоты:
а - схема замещения сварочного контура, б - подмодель источника питания, в -- подмодель дуги, г - подмодель плавления электрода, д - подмодель образования и отрыва капли [15]
Уравнение падений напряжения в сварочном контуре с учетом пренебрежения индуктивностью и сопротивлением современного инверторного источника тока имеет вид