Закономерности взаимодействия теплового потока сжатой электрической дуги с технологическим объектом

• Автор: Васильев, Евгений Олегович
• Шифр специальности: 05.09.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 150 с. : ил.

Оглавление
Введение
1. Анализ процессов и состояние исследований в области технологий использующих сжатую электрическую дугу

1.1. Создание и развитие способа плазменной сварки и резки металлов

1.2. Классификация и характеристика основных способов плазменной

сварки

1.3. Параметры электрической дуги

1.4. Методы исследования плазмы электрической дуги и их критический анализ

1.5. Заключение

2. Комплексная методика расчета системы «плазмотрон-заготовка»

2.1. Общая постановка задачи

2.2. Модель сжатой электрической дуги в приближении локального термодинамического равновесия
2.2.1. Геометрия плазмотрона и расчетной области
2.2.2. Граничные условия
2.2.3. Уравнение баланса энергии
2.2.4. Уравнение движения
2.2.5. Уравнение неразрывности
2.2.6. Уравнение электромагнитной задачи
2.2.7. Метод контрольного объема
2.2.8. Дискретный аналог уравнения баланса энергии
2.2.9. Дискретный аналог уравнения движения
2.2.10. Дискретный аналог уравнения неразрывности
2.2.11. Уравнения поправки давления и скорости
2.2.12. Дискретный аналог уравнения электромагнитной задачи
2.2.13. Последовательность и результаты расчета

2.3. Методика перехода от плазмы сжатой электрической дуги к семейству тепловых потоков и скоростному напору, воздействующих на обрабатываемое изделие
2.4. Модель теплового состояния металла обрабатываемого изделия
2.4.1. Расчетная область и граничные условия
2.4.2. Решение двумерного нестационарного уравнения теплопроводности методом контрольного объема
2.4.3. Последовательность и результаты расчета теплового состояния металла анода
2.5. Заключение
3. Экспериментальные исследования сжатой электрической дуги
3.1. Методика проведения экспериментальных исследований
3.1.1. Постановка задач проведения экспериментальных исследований
3.1.2. Экспериментальная установка для проведения исследований
3.1.3. Описание методик проведения исследований
3.2. Анализ результатов экспериментальных исследований
3.2.1. Результаты исследований температуры сжатой электрической
дуги
3.2.2. Результаты измерений избыточного давления плазмообразующего газа в катодной камере ]
3.2.3. Результаты измерений аксиальной составляющей скорости сжатой электрической дуги в прианодной области
3.2.4. Результаты калориметрических измерений
3.3. Достоверность результатов исследования сжатой электрической дуги
3.3.1. Определение погрешностей экспериментальных результатов
3.3.2. Сравнение экспериментальных и расчетных результатов
3.4. Заключение
Заключение
Список литературы

Введение
Актуальность работы. Наряду со стабилизированной электрической дугой, известной как физическое явление уже более двухсот лет и нашедшей широкое применение в различных отраслях промышленности от машиностроения до медицины, сжатая дуга успешно используется во многих технологических процессах, таких как сварка и резка металлов, наплавка и модификация поверхностей. Столь широкое применение сжатой электрической дуги обусловлено разнообразием физических явлений протекающих в ней, которые могут быть использованы при реализации вышеописанных технологических процессов, связанных с обработкой металлов.
Использование сжатия плазмы электродугового разряда в технологических процессах металлообработки связано с широкими возможностями и высокой эффективностью сжатых электрических дуг. При таком применении основными свойствами электрической дуги, играющими решающую роль, являются интенсивное тепловое и динамическое воздействие на металл. Эти особенности, дуги позволяют производить обработку металлов с максимальной скоростью, качеством и эффективностью при относительно небольших затратах. Обеспечение высокой, эффективности электродуговой обработки металлов требует разработки новых технологических систем и устройств, длячего необходимо проводить всесторонние исследования плазмы электрической дуги, позволяющие максимально учесть все многообразие физических процессов, протекающих в электродуговом разряде, и установить наиболее близкую к реальности связь между характеристиками рассматриваемого разряда и параметрами технологической системы.
Различным аспектам решения задач исследования плазмы сжатой электрической дуги и разработки» генерирующих ее плазмотронов посвящены работы. Б.Е. Патона, H.H. Рыкалина, К.В. Васильева, B.C. Клубникина,
H.A. Соснина, В:Я: Фролова и др. В то же время значительный вклад в моделирование плазменных процессов внесли М.Ф. Жуков, С.В. Дресвин,
О.П. Солоненко, Н.К. Ши, Д.В. Иванов и др. Однако нельзя не отметить недостаточную изученность характеристик сжатой электрической дуги, что
которые выталкивают шток из сосуда. Их величина зависит от тока и концентрации раствора. Соединение подвижной системы прибора с источником тока гибким проводником создает сопротивление и дополнительную электродинамическую силу, величина которых случайным образом зависит от пространственного положения проводника и его упругости. Таким образом, при работе с весами практически невозможно добиться воспроизводимости условий измерения. Количественные
значения составляющих определяются конструктивными особенностями
конкретных измерительных устройств, но в любом случае эти составляющие влияют на результат измерения силового воздействия дуги:
рл=е2п, (1-13)
где £ - коэффициент пропорциональности, определяемый при тарировке прибора.
При проведении опытов, когда дуга замещается дополнительным ртутным контактом, отклонение подвижной системы прибора равно:
д2 =9,1гэ1+е2гэ3, (1.14)
где 2э3 - отклонение в результате электродинамического взаимодействия
сварочного электрода с ртутным контактом и подвижной системой прибора; 0 и 0: - коэффициенты, имеющие ТОТ же СМЫСЛ, ЧТО И 0] , но не равные ему.
Из уравнений (1.12) и (1.14) следует, что ни з ни разность 2~2г не адекватны то есть весовой метод не позволяет в чистом виде определить величину Рл. Таким образом, метрологические возможности этого метода и его информативность весьма низки. Даже в идеальном случае удается измерить лишь величину интегральной, силы напора потока плазмы.
Манометрический метод основан на использовании, анализатора давления. Примером такого анализатора может служить устройство, основными элементами которого являются плоский охлаждаемый электрод с выполненным в нем стробирующим отверстием и соединенный с выходом последнего манометр или заменяющий его регистрирующий прибор с преобразовательными элементами.