ПРИАЗОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

НОСОВСЬКИЙ

Михайло Борисович

УДК 621.791.754.264 (043.3)

УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ І ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ЗВАРЮВАННЯ В СЕРЕДОВИЩІ ВУГЛЕКИСЛОГО ГАЗУ З КЕРОВАНИМ ПЕРЕНОСОМ ЕЛЕКТРОДНОГО МЕТАЛУ

Спеціальність: 05.03.06 – Зварювання і споріднені технології

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття ученого ступеня

кандидата технічних наук

Маріуполь - 2002 р.

Дисертація є рукописом.

Робота виконана у Приазовському державному технічному університеті (ПДТУ) Міністерства освіти і науки України, м. Маріуполь.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Гулаков Сергій Володимирович, Приазовський державний технічний університет (м. Маріуполь), завідувач кафедри “Автоматизація технологічних процесів і виробництв”.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Щетиніна Віра Іванівна, Приазовський державний технічний університет (м. Маріуполь), професор кафедри “Металургія і технологія зварювального виробництва”.

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Кассов Валерій Дмитрович, Донбаська державна машинобудівна академія (м. Краматорськ) доцент кафедри “Зварювальне виробництво”.

Провідна установа: Запорізький національний технічний університет Міністерства освіти і науки України (м. Запоріжжя).

Захист відбудеться "26" квітня 2002 року о 12.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К.12.052.01 при Приазовському державному технічному університеті за адресою 87500, ПДТУ, вул. Університетська, 7, м. Маріуполь Донецької області, Україна.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Приазовського державного технічного університету: 87500, м. Маріуполь, вул. Апатова, 115.

Автореферат розісланий "22" березня 2002 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

доктор технічних наук, професор ____________ В.О. Маслов

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

У сучасних умовах розвитку промисловості, пов'язаних із виходом на світовий ринок, перед виробниками конкурентноспроможної вітчизняної продукції стоїть насущна проблема зниження трудомісткості виготовлення виробів при дотриманні економії матеріальних та енергетичних ресурсів. Стосовно до виробництва зварних металоконструкцій, що використовує відомі технологічні процеси й існуючий парк устаткування, ця проблема полягає в скороченні кількості енергоємних допоміжних операцій у загальному обсязі складально-зварювальних робіт.

Актуальність теми. Зварювання електродом, що плавиться, у середовищі вуглекислого газу широко застосовується у вітчизняному і зарубіжному виробництві. До переваг цього засобу варто віднести можливість механізувати, автоматизувати, роботизувати процес зварювання, простоту дозування і транспортування захисного середовища в зону горіння дуги, її дешевизну. Поряд із відомими перевагами є і недоліки: високі втрати на розбризкування (5 – 25 %), велике підсилення шва, обмеження діаметрів електродів і параметрів режиму. Це призводить до збільшення трудомісткості виготовлення зварних металоконструкцій і погіршує їхній товарний вигляд. На зачищення від бризок одного погонного метра шва, виконаного напівавтоматичним або автоматичним зварюванням у вуглекислому газі, припадає 25 – 40 % трудомісткості всього процесу. Все це стримує розширення сфер її застосування.

Знижують витрати на розбризкування застосуванням газових сумішей, нанесенням поверхнево-активних речовин на електродний дріт, модуляцією швидкості подачі електрода й імпульсної зміни потужності джерела зварювального струму.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана на основі НДР "Створення наукових і технологічних основ одержання інструментальних шаруватих матеріалів і формування високоякісних зварних з'єднань" (номер державної реєстрації НДР – 0100U002590). НДР виконується на базі ОНДЛ наплавлення кафедри ОіТЗВ у 2000-2002 р.р.

Мета і завдання дослідження. Дисертаційна робота присвячена удосконалюванню технології й устаткування для зварювання низьковуглецевої сталі в середовищі вуглекислого газу з метою зниження розбризкування електродного металу, поліпшення формування шва, розширення границь зміни параметрів режимів.

Об'єкт дослідження – процес переносу електродного металу при зварюванні у вуглекислому газі.

Предмет дослідження. Швидкість протікання перехідних процесів у системі джерело живлення – дуга, плавлення електродного металу, стабільність параметрів процесу з примусовим переносом електродного металу дозволили визначити вимоги до джерела живлення, механізму що подає, розширити діапазон режимів зварювання з якісним формуванням шва.

Методи дослідження. Вплив параметрів системи (діаметра електрода і краплі, частоти переносу і коротких замикань дуги, вольтамперної характеристики (ВАХ) джерела, захисного середовища) на тривалість процесу саморегулювання довжини дуги оцінювали за допомогою математичного моделювання. Для аналізу кінетики зростання краплі застосований чисельний експеримент. Для виміру величини розбризкування використаний ваговий метод. Для аналізу перехідних процесів, що протікають у дуговому проміжку, виконували синхронний запис миттєвих значень струму і напруги дуги на ЕОМ у реальному часу за допомогою аналого-цифрових перетворювачів. По записах оцінювали стабільність переносу електродного металу і вплив її на зовнішній вигляд шва. Іспити на розрив показали міцність зварного з'єднання не нижче міцності основного металу.

Наукова новизна отриманих результатів.

1. Побудовано математичну модель процесу плавлення електроду при дуговому зварюванні, що враховує якісні характеристики дуги, електрода і джерела живлення, що дозволила визначити динаміку зростання краплі і саморегулювання довжини дуги при технологічних обуреннях, і сформулювати вимоги до кута нахилу ВАХ джерела з урахуванням припустимою технологією помилки по довжині дуги.

2. На основі виявленої динаміки зростання краплі запропонований метод управління переносом електродного металу, що полягає у використанні зниження напруги на дузі для примусового переносу краплі у ванну.

3. Розроблено засіб зварювання, що виключає вибух перемички розплавленого металу при коротких замиканнях дуги шляхом чергування подачі електричної енергії для плавлення електрода і механічної для примусового переносу рідкого металу в зварювальну ванну (що дозволило зменшити розбризкування в 2 – 2,5 рази).

4. Встановлено, що можливість струминного переносу електродного металу – витікання його через нижню поверхню краплі, збільшується зі зростанням діаметра електрода, а при зменшенні діаметра перенос стає краплинним.

Практичне значення отриманих результатів.

Розроблено технологію й устаткування для зварювання в середовищі вуглекислого газу з примусовим переносом електродного металу, що дозволяють знизити втрати металу на розбризкування в 2 – 2,5 рази.

Здійснення зварювання розробленим засобом виключає необхідність застосування захисного покриття навколошовної зони, полегшує початкове збудження дуги, розширює сферу застосування автоматичного зварювання в СО2 для тонколистового металу (0,5 – 1 мм).

Застосування розробленого способу зварювання знижує трудомісткість зварювальних робіт на 25 – 30 % за рахунок зменшення розбризкування, що дозволяє виключити операції зачищення. Апробація засобу зварювання в умовах ЗАТ "Пожзащита" підтвердила його придатність для промислового використання. Очікуваний річний економічний ефект на цьому підприємстві складає 37421 грн.

Розроблені методики дослідження використовуються в навчальному процесі в ПДТУ при вивченні курсу "Джерела живлення зварювальної дуги".

Особистий внесок здобувача. Автором вивчені механізми розбризкування і виявлені засоби його зниження, розроблений новий метод організації примусового переносу електродного металу, що виключає вибух перемички розплавленого металу при коротких замиканнях дугового проміжку. Удосконалено математичну модель саморегулювання довжини дуги і визначені вимоги до джерела живлення. У співавторстві розроблений засіб зварювання з примусовим переносом електродного металу. Зроблено розрахунок параметрів джерела живлення і механізму модуляції швидкості подачі електрода. Досліджено основні технологічні параметри розробленого засобу зварювання.

Апробація результатів досліджень. Матеріали дисертаційної роботи були викладені на міжнародних конференціях "Сучасні проблеми розвитку зварювального виробництва й удосконалювання підготовки кадрів" (Маріуполь, 1996, 2001 роки), регіональних науково-технічних конференціях (Маріуполь, 1998 – 2001 роки), наукових семінарах кафедри "Устаткування і технологія зварювального виробництва" Приазовського державного технічного університету (Маріуполь, 1996 – 2001 роки).

Публікації. За результатами виконаних досліджень опубліковані 14 статей, у тому числі 5 статей у спеціалізованих виданнях ВАК України, 9 у збірниках тез доповідей на наукових конференціях. Новизну розробленого засобу зварювання підтверджено патентом України № 24440.

Структура дисертації. Дисертація складається зі вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних джерел із 167 найменувань, 3 додатків і містить 171 сторінок машинописного тексту, 69 рисунків, 6 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність теми, викладена її наукова новизна, сформульована мета досліджень і основні положення, що виносяться на захист, наведені дані про практичне значення роботи, кількості публікацій, що відносяться до теми дисертації.

Розділ 1. Сучасний стан питання

Підвищене розбризкування електродного металу при зварюванні з крупнокраплинним переносом і короткими замиканнями збільшує трудомісткість і матеріалоємність процесу зварювання в середовищі вуглекислого газу. Зачищення від бризок призводять до погіршення товарного вигляду і підвищенню працевитрат на 25 – 40%.

Літературний огляд виявив наступні основні методи боротьби з розбризкуванням електродного металу:

·

· збільшення електромагнітної сили, що відриває краплю від електроду;

· придання електроду імпульсних подовжніх коливань для скидання краплі;

· управління енергетичними характеристиками процесу зварювання на стадії короткого замикання.

Перші два методи призводять до суттєвого подорожчання зварювальних матеріалів і устаткування. Існуючі механізми імпульсної подачі електродного дроту, що дозволяють передавати електроду імпульсні подовжні коливання, виявилися недостатньо надійними через наявність у їхніх конструкціях однобічних захоплювачів. Тому в даний час розроблюють більш досконалі механізми з КВП. Джерела живлення, що дозволяють змінювати енергетичні характеристики процесу зварювання по заданій програмі, складні та дорогі. У зв'язку з вищевикладеним удосконалювання засобу зварювання у вуглекислому газі з метою зменшення розбризкування електродного металу є актуальним народногосподарським завданням. Вона може вирішуватися на основі системних досліджень впливу модулювання енергетичних характеристик джерела живлення і силового впливу на краплю розплавленого металу. З урахуванням цього сформульована мета роботи і завдання дослідження.

Розділ 2. Розробка математичної моделі процесу саморегулювання довжини дуги

Аналіз існуючих математичних моделей саморегулювання довжини дуги показав, що розгляд саморегулювання як окремого випадку автоматичного регулювання призводить до ускладнення математичної моделі.

Побудовано математичну модель саморегулювання довжини дуги, що враховує краплинний перенос електродного металу, процеси, що протікають у системі джерело живлення – дуга (рис. 1).

Отримано залежність для визначення тривалості перехідного процесу саморегулювання довжини дуги для випадку дії дискретного обурення (перешкода на шляху дуги) при краплинному переносі електродного металу:

, [сек], (1)

де: – площа електрода, мм2;

DЭ – діаметр електрода, мм;

– відрізок електрода, що плавиться за час формування однієї краплі, мм;

gТ – питома вага сталі у твердому фазовому стані, 7,8ґ10-3 г/(мм3);

– відрізок електрода, рівний обуренню по довжині дуги, мм;

хi – поточна координата межі плавлення електрода, мм;

KД – градієнт падіння напруги в стовпі дуги, В/мм;

KИ – кут нахилу характеристики джерела живлення, А/В;

aР СР – коефіцієнт розплавлювання середній, г/(АЧсек).

Рис. 1. Схема процесу стабілізації довжини дуги саморегулюванням

Для випадку дії дискретного обурення при струминному переносі електродного металу вираз (1) прийме вигляд:

, [сек]. (2)

Розроблено розрахункову схему для визначення вимог до кута нахилу характеристики джерела живлення й отримана аналітична залежність:

1. при дії обурень, обумовлених коливаннями руки зварника (по лінійному законі):

, [А/В], (3)

де: n – частота обурень, Гц;

– допустима технологією помилка по довжині дуги, мм.

2. при дії обурень, обумовлених краплинним переносом електродного металу:

, [А/В], (4)

де: DК – діаметр краплі, мм;

I0 – струм у початковий момент часу, А;

gЖ – питома вага сталі в рідкому фазовому стані, 7,0ґ10-3 г/мм3.

Дослідження впливу обурень, обумовлених краплинним переносом електродного металу і допустимої технологією помилкою по довжині дуги на вимоги до кута нахилу статичної ВАХ джерела живлення, показало, що величина оптимального кута нахилу від висоти краплі описується кривою із максимумом (550 А/В) і значно знижується зі зменшенням діаметра краплі. Тому необхідно здійснювати примусовий мелкокраплинний перенос електродного металу.

Розділ 3. Визначення вимог до механізму подачі електрода і джерелу живлення

Аналіз сил, що діють на краплю розплавленого металу при мінімальному зварювальному струмі (струм вартової дуги), і аналіз балансу тисків у нижній точці краплі за тих самих умов показав, що для електродів малих діаметрів – до 2 мм найбільше ймовірним є крупнокраплинний перенос електродного металу. Розраховано залежність сили, необхідної для відриву краплі, від її висоти (висоти кульового сегмента), а з неї – необхідне прискорення. Аналіз залежності величини прискорення, необхідного для створення сили, достатньої для відриву краплі, показав, що крива переходить у горизонтальну ділянку при висоті краплі біля 1 мм для діаметрів електрода 1 – 3 мм. Аналіз динаміки зростання краплі показав, що до такої висоти крапля виростає за час 10-2 секунди. Для запобігання вибуху рідкої перемички струмом короткого замикання необхідно робити паузу в протіканні струму на час переходу її в зварювальну ванну. Тому доцільно синхронізувати примусовий перенос краплі з частотою промислової мережі.

Для здійснення описаного вище механізму примусового переносу в якості джерела живлення запропоновано використовувати однофазний двохполуперіодний тиристорний випрямляч (відключення зварювального струму в момент замикання краплею дугового проміжку здійснюється за рахунок затримки відкриття тиристора на початку полуперіода). При цьому поряд із зниженням напруги джерела живлення необхідно одночасно надавати силовий вплив на краплю, тобто забезпечити її відрив.

Для примусового відриву краплі запропоновано засіб зміни швидкості подачі дроту шляхом перетворення поперечних коливань у подовжні. Поперечні коливання дроту, що рухається, провадяться за схемою триточкового вигину з частотою 50 Гц (рис. 2).

Відповідно до розглянутих вимог було розроблено і виготовлене зварювальне джерело живлення.

Розділ 4. Дослідження впливу параметрів режиму зварювання з модульованою подачею електродного дроту на величину втрат електродного металу

Для створення порівняних умов експерименту використовували модернізований зварювальний автомат для зварювання в середовищі захисних газів електродом, що плавиться, АДПГ-500. Передбачено можливість здійснення процесу зварювання як із постійною, так і з модульованою швидкістю подачі електродного дроту, реєстрації середніх і миттєвих (із записом на ЕОМ) значень зварювального струму і напруги на дузі. Запис осцилограм струму і напруги на ЕОМ відбувалася за допомогою плати АЦП. Подача зварювального дроту з постійною швидкістю здійснювалася стандартним механізмом автомата АДПГ-500, привідний ролик якого був модифікований із метою зменшення деформації дроту.

У якості приводу механізму накладення імпульсів швидкості подачі використовувався синхронний двигун перемінного струму типу ДС-10-1500. Механізм забезпечував частоту проходження імпульсів 100 Гц із можливістю регулювання фази імпульсу подачі дроту щодо синусоїди напруги на дузі, а так само амплітуди модуляції швидкості подачі дроту в границях 0,5…1,0 мм. Живлення дуги здійснювали від розробленого відповідно до вимог розділу 3 джерела живлення.

Наплавлення валиків на пластини зі сталі Ст3 товщиною 2 і 4 мм виконували при різноманітних значеннях струму і напруги дуги кремнемарганцовистим дротом марки Св-08Г2С діаметром 0,8 мм. Стабільність процесу зварювання і характеристики переносу електродного металу вивчали по осцилограмах струму і напруги. Втрати металу на чад і розбризкування визначали ваговим методом. Якість формування швів оцінювали за нормами візуально-вимірювального контролю.

Залежність коефіцієнта розбризкування від індуктивності в зварювальному ланцюзі подана на рис. 3. Результати зовнішнього огляду наплавлених валиків і навколошовної зони дозволили виділити дві величини індуктивності для подальших досліджень. Перша – 1,36 мГн характеризується найменшою величиною коефіцієнта розбризкування. Друга – 0,33 мГн характеризується найкращим формуванням зварного шва, але декілька більшим коефіцієнтом розбризкування.

Залежність коефіцієнта розбризкування від кута зрушення імпульсу подачі дроту відносно синусоїди напруги подана на рис. 4. Як очевидно з рис. 4 оптимальним є кут 0 град, тобто такий, при котрому початок короткого замикання краплі на ванну збігається з початком полуперіода напруги. Залежність коефіцієнта розбризкування від кута відкриття силових тиристорів подана на рис. 5.

Рис. 3. Залежність коефіцієнта розбризкування від індуктивності в зварювальному ланцюзі Рис. 4. Залежність коефіцієнта розбризкування від кута зсуву імпульсу подачі дроту відносно синусоїди напруги

Мінімальний коефіцієнт розбризкування відповідає куту 45 град. Збільшення кута вище 75 град також веде до зниження коефіцієнта розбризкування, але сильно знижує стабільність процесу і погіршує формування зварного шва, що не є прийнятним.

Залежність коефіцієнта розбризкування від напруги на дузі подана на рис. 6. Напругу на дузі регулювали, змінюючи напругу холостого ходу зварювального трансформатора. З рис. 6 випливає, що зі збільшенням напруги на дузі розбризкування при запропонованому способі зварювання зростає повільніше, ніж при процесі з постійною швидкістю подавання. Тому застосування запропонованого засобу істотно розширює прийнятний діапазон значень робочої напруги на дузі.

Рис. 5. Залежність коефіцієнту розбризкування від кута відкриття силових тиристорів Рис. 6. Залежність коефіцієнту розбризкування від напруги на дузі

Необхідно так само відзначити значне розширення робочих токів в область малих значень. Так, при зварюванні запропонованим засобом гарне формування зварного шва мало місце при величині струму 20 А, а при використанні постійної швидкості подачі дроту значне погіршення формування спостерігалося при величині струму менше 50 А.

Для порівняння продуктивності запропонованого процесу і процесу з постійною швидкістю подачі дроту були побудовані залежності коефіцієнта наплавлення (рис. 8) від струму дуги.

Аналіз осцилограм процесу зварювання показав, що при зварюванні з модулюванням швидкості подачі дроту частота коротких замикань у 2 – 3 разу вище, у порівнянні зі зварюванням з постійною швидкістю подачі (рис. 9 – 10). Крім того, запропонований процес зварювання протікає значно стабільніше. Модуляція швидкості подачі дроту прискорює процес збудження дуги.

Рис. 7. Залежність коефіцієнту розбризкування від струму дуги Рис. 8. Залежність коефіцієнту наплавлення від струму дуги

Рис. 9. Осцилограма процесу зварювання з постійною швидкістю подачі дроту (IД  А) Рис. 10. Осцилограма процесу зварювання з модулюванням швидкості подачі дроту (IД = 90 А, частота переносу 100 Гц.)

Розділ 5. Промислове випробування розробленого засобу зварювання у середовищі вуглекислого газу

Промислове випробування і впровадження розробленого засобу зварювання було проведено в умовах ЗАТ "Пожзащита" для зварювання балонів вогнегасників.

Вогнегасники призначені для тривалого збереження. Робоче тіло знаходиться під тиском 1,2 МПа. Тому до них пред'являються високі вимоги по герметичності: 100 % виробів проходять іспит.

На ЗАТ "Пожзащита" із використанням розробленого методу зварювання виготовляють балони ємністю 5 і 10 літрів. Зварна конструкція балона включає подовжній стиковий шов обечайки, кутовий кільцевий шов (приварку горловини до денця) і два нахлесточних кільцевих шви (приварку денець до обечайки). Товщина стінки що зварюється 1,4 мм.

Параметри режиму зварювання: IД = 100 А, UД = 18 В, vСВ = 36 м/час, LС = 1,36 мГн.

Результати іспитів на розрив показали, що міцність зварного шва не нижче міцності основного металу.

Очікуваний річний економічний ефект від упровадження розробленого устаткування в умовах ЗАО "Пожзащита" складає 37421 грн. у цінах за жовтень 2001 р.

ВИСНОВКИ

1. Приведено теоретичне узагальнення і нове рішення науково-технічної задачі зниження розбризкування електродного металу і підвищення стабільності процесу дугового зварювання у вуглекислому газі шляхом організації примусового мілкокраплинного переносу електродного металу, що дозволило розширити діапазон режимів, що забезпечують якісне формування зварного шва.

2. На основі розробленої математичної моделі саморегулювання довжини дуги, що дозволяє оптимізувати форму вольтамперної характеристики (ВАХ) джерела живлення з урахуванням різноманітних обурень по довжині дуги, діаметра електрода й інших параметрів процесу, встановлено, що тривалість перехідного процесу пропорційна квадрату діаметра електрода, зворотно пропорційна куту нахилу ВАХ джерела, градієнту падіння напруги в стовпі дуги, коефіцієнту розплавлювання і не залежить від амплітуди обурення.

3. На основі аналізу моделей саморегулювання довжини дуги показано, що зі збільшенням частоти (від 1 до 4 Гц) і амплітуди (від 1 до 4 мм) обурень, обумовлених коливаннями руки зварника, необхідний кут нахилу ВАХ джерела живлення збільшується з 2 до 32 А/В (із 0,5 до 0,031 В/А) для електрода діаметром 1,0 мм, і з 5 до 85 А/В (із 0,2 до 0,012 В/А) для електрода діаметром 1,6 мм, а обумовлених краплинним переносом електродного металу описується кривою із максимумом, що збільшується з 10 до 90 А/В (0,1 до 0,011 В/А) для електрода діаметром 1 мм і з 70 до 550 А/В (0,014 до 0,0018 В/А) для електрода діаметром 1,6 мм. Збільшення висоти краплі знижує вимоги до кута нахилу ВАХ, проте це призводить до коротких замикань, розбризкуванню і погіршенню формування шва; тому необхідно здійснювати примусовий мілкокраплинний перенос електродного металу.

4. На основі аналізу динаміки зростання краплі показана можливість керованого переносу електродного металу з частотою, кратній частоті мережі (50, 100 Гц), що дозволило здійснити керований перенос із застосуванням однофазних випрямлячів, що включаються в промислову мережу (50 Гц).

5. Розроблено засіб дугового зварювання в середовищі вуглекислого газу, що включає живлення дуги пульсуючим струмом промислової частоти і модуляцію швидкості подачі електрода, синхронізовану з провалами напруги (патент України №24440).

6. Оптимізовані технологічні параметри процесу, що забезпечують збільшення стабільності, розширення технологічного діапазону зміни параметрів режимів у бік низьких токів (до 20 А) і зниження розбризкування електродного металу (із 12 до 4%):

·

· кута зсуву імпульсу подачі електрода щодо початку полуперіоду (0 ± 5 град);

· кута затримки вмикання тиристорів (40 ± 5град).

7. Розроблені технологічний процес і устаткування пройшли промислові іспити в умовах ЗАТ "Пожзащита" і рекомендовані до використання в машинобудуванні для зварювання матеріалів малих товщин, для наплавлення тіл обертання малих діаметрів.

8. Очікуваний річний економічний ефект від упровадження розробленого устаткування в умовах ЗАТ "Пожзащита" складає 37421 грн. у цінах за жовтень 2001 р.

Основний зміст дисертації опубліковано в наступних публікаціях:

1. Носовский Б.И., Гулаков С.В., Носовский М.Б. Экономичный тиристорный сварочный выпрямитель малой мощности // Автоматическая сварка. – 1996. – №8. – С. 62 – 64.

2. Носовский М.Б. Определение требований к механизму импульсной подачи электрода / Вестник Приазов. гос. техн. ун-та: сб. науч. тр. – Мариуполь, 2000. – Вып. . – С. 167 – 170.

3. Носовский М.Б. Повышение надежности механизма продольных колебаний торца электрода / "Защита металлургических машин от поломок": Сб. науч. статей.– Мариуполь, 2000. – Вып. 5. – 179 – 181.

4. Пат. 24440 Україна МКІ В23К 9/12. Способ дуговой сварки плавящимся электродом / Б.И. Носовский, М.Б. Носовский.

5. Носовский М.Б. Параметры устройства для продольных колебаний проволочного электрода // Автоматическая сварка. – 2001. – №8. – С. 30 – 31.

6. Гулаков С.В., Носовский М.Б., Матвиенко В.Н. Оптимизация угла наклона характеристики источника питания при широкослойной наплавке ленточным электродом / Вестник Приазов. гос. техн. ун-та: сб. науч. тр. – Мариуполь, 2001. – Вып. . – С. 169 – 171.

7. Носовский Б.И., Гулаков С.В., Носовский М.Б. Исследование влияния формы капли и поверхностного натяжения на характер переноса электродного металла / Тез. докл. Междунар. научно-методич. конф. "Современные проблемы развития сварочного производства и совершенствования подготовки кадров", Мариуполь, 1996 г.

8. Носовский Б.И., Гулаков С.В., Носовский М.Б. Способ уменьшения разбрызгивания электродного металла при сварке в углекислом газе / Тез. докл. Междунар. научно-методич. конф. "Современные проблемы развития сварочного производства и совершенствования подготовки кадров", Мариуполь, 1996 г.

9. Носовский Б.И., Носовский М.Б., Кашира Г.А. О законе продольного перемещения торца электрода при синусоидальном перемещении ведущего звена механизма поперечных колебаний / Тезисы докладов V региональной научно-технической конференции 1998 г.

10. Носовский Б.И., Носовский М.Б. Определение требований к механизму импульсной подачи с целью снижения разбрызгивания электродного металла / IV региональная научно-техническая конференция, посвященная 100-летию со дня рождения ученого-металлурга И. Казанцева, том 1, с.98, Мариуполь, сентябрь, 1999 г.

11. Носовский Б.И., Носовский М.Б. Определение требований к углу наклона характеристики источника питания, обусловленных допустимой технологией ошибкой по длине дуги и капельным переносом электродного металла / VII региональная научно-техническая конференция, Мариуполь, апрель, 2000 г.

12. Носовский М.Б. Математическое моделирование при исследовании саморегулирования длины дуги при изучении курса "Источники питания для сварки" / Научно-методическая конференция "Новые формы и технологии обучения в учебном процессе ПГТУ", Мариуполь, сентябрь, 2000г.

13. Носовский М.Б. Разработка механизма продольных колебаний электрода с целью управления переносом электродного металла / Тез. докл. научного семинара "Современные достижения в области сварки, наплавки и родственных технологий", посвященного 70-летию университета. – Мариуполь, 2000. – С. 32 – 34.

14. Носовский М.Б. Использование ЭВМ для записи и последующей обработки параметров сварочных процессов / Тез. докл. Междунар. научно-методич. конф. "Современные проблемы сварки и родственных технологий, совершенствование подготовки кадров", Мариуполь, 2001. – С. 122.

15. Носовский М.Б. Разработка механизма продольных колебаний скорости электрода для полуавтоматической сварки в среде защитных газов / VIII региональная научно-техническая конференция, посвященная 10-летию независимости Украины, том , с. 148-150, Мариуполь, сентябрь, 2001 г.

У приведених роботах автору належить наступне:

[1] Розроблене зварювальне джерело живлення з двома каналами енергії і регулюванням кута затримки вмикання силових тиристорів.

[2], [10] Проведений аналіз динаміки зростання краплі, сил поверхневого натягу і гравітації, завдяки якому показана можливість керованого переносу з частотою кратній частоті струму промислової мережі, визначені вимоги до механізму імпульсної подачі електрода.

[3], [5], [9] Визначене передатне відношення й оптимальні геометричні параметри механізму модуляції швидкості подачі електрода й умови підвищення його надійності.

[4] Розроблений новий засіб зварювання з примусовим переносом електродного металу.

[6] Проведені дослідження впливу кута нахилу ВАХ джерела живлення на якість широкошарового наплавлення.

[7] Досліджено вплив діаметра електрода на характер краплинного переносу. Визначено умови струминного переносу.

[8], [14] Розроблена методика запису параметрів процесу зварювання на ЕОМ для вивчення процесу зварювання з примусовим переносом електродного металу. Показано, що імпульсна подача зварювального дроту полегшує збудження дугового процесу.

[11], [12] Розроблена математична модель для визначення тривалості перехідного процесу саморегулювання довжини дуги. Визначені мінімально необхідні кути нахилу ВАХ джерела живлення, обумовлені краплинним переносом електродного металу.

[13], [15] Розроблений метод управління примусовим переносом електродного металу.

АННОТАЦИЯ

Носовский М.Б. Совершенствование технологии и оборудования для сварки в среде углекислого газа с принудительным переносом электродного металла – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.06 – сварка и родственные технологии. – Приазовский государственный технический университет Министерства образования и науки Украины, Мариуполь, 2002 г.

Диссертация посвящена исследованию процесса плавления и переноса электродного металла при сварке в среде углекислого газа с целью разработки оборудования и технологии, позволяющих снизить разбрызгивание, улучшить формирование шва и расширить область изменения параметров режима.

Разработана математическая модель процесса саморегулирования длины дуги, учитывающая качественные характеристики дуги, источника питания, характер переноса жидкого металла и характер возмущений. Это позволило сформулировать требования к углу наклона ВАХ источника питания, обусловленные допустимой технологией ошибкой по длине дуги при действии возмущений, вызванных колебаниями руки сварщика и ростом капли в процессе плавления электрода.

Установлено, что вероятность струйного переноса электродного металла увеличивается с ростом диаметра электрода, а при уменьшении диаметра перенос становится капельным. На основе анализа динамики роста капли показана возможность управляемого переноса электродного металла с частотой, кратной частоте сети (50, 100 Гц), что позволило осуществить управляемый перенос с применением однофазных выпрямителей, включаемых в промышленную сеть (50 Гц).

Разработан способ дуговой сварки в среде углекислого газа, включающий питание дуги пульсирующим током промышленной частоты и модуляцию скорости подачи электрода, синхронизированную с провалами напряжения.

Оптимизированы технологические параметры разработанного процесса сварки, обеспечивающие увеличение стабильности, расширение технологического диапазона изменения параметров режимов в сторону низких токов (до 20 А) и снижение разбрызгивания электродного металла (с 12 до 4 %):

·

· угла сдвига импульса подачи электрода относительно начала полупериода (0 ± 5 град);

· угла задержки включения тиристоров (40 ± 5град).

Анализ осциллограмм разработанного процесса сварки показал, что при сварке с модуляцией скорости подачи проволоки частота коротких замыканий в 2 – 3 раза выше, чем при сварке с постоянной скоростью подачи электрода. Модуляция скорости подачи проволоки ускоряет процесс возбуждения дуги и повышает его стабильность.

Разработанные технологический процесс и оборудование прошли промышленные испытания в условиях ЗАО "Пожзащита" и рекомендованы к использованию в машиностроении для сварки материалов малых толщин, для наплавки тел вращения малых диаметров. Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения разработанного оборудования в условиях ЗАО "Пожзащита" составляет 37421 грн. в ценах за октябрь 2001 г.

Ключевые слова: сварка в углекислом газе, разбрызгивание электродного металла, саморегулирование длины дуги, математическая модель, модуляция скорости подачи, принудительный мелкокапельный перенос, способ сварки.

АНОТАЦІЯ

Носовський Михайло Борисович. Удосконалення технології і обладнання для зварювання в середовищі вуглекислого газу з керованим переносом електродного металу – Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.03.06 – Зварювання і споріднені технології. – Приазовський державний технічний університет Міністерства освіти і науки України, Маріуполь, 2002 р.

Дисертація присвячена вивченню процесу плавлення і переносу електродного металу при зварюванні в середовищі вуглекислого газу з метою розробки обладнання і технології, що дозволяють знизити разбрискування, поліпшити формування шву та розширити область зміни параметрів режиму шляхом організації примусового дрібнокраплинного переносу розплавленого електродного металу.

Розроблено математичну модель процесу саморегулювання довжини дуги, яка враховує якісні характеристики дуги, джерела живлення, характер переносу рідкого металу і характер обурень. Це дозволило сформулювати вимоги до кута нахилу ВАХ джерела живлення, обумовлені припустимою технологією помилкою по довжині дуги при дії обурень, викликаних коливаннями руки зварювальника і ростом краплі в процесі плавлення електроду.

Розроблено спосіб дугового зварювання в середовищі вуглекислого газу, який включає живлення дуги пульсуючим током промислової частоти і модуляцію швидкості подавання електроду, синхронізовану з провалами напруги.

Ключові слова: зварювання у вуглекислому газі, розбрискування електродного металу, саморегулювання довжини дуги, математична модель, модуляція швидкості подавання, примусове дрібнокраплинне перенесення, спосіб зварювання.

SUMMARY

Mikchail Borisovich Nosovsky. The improvement of technology and equipment for CO2-shielded arc welding with forced electrode metal transfer. – The manuscript.

Dissertation for a scientific degree of the Candidate of engineering science on a specialty: 05.03.06 – Welding and related technologies. – Priasovsky State Technical University of Ministry of education and science of Ukraine, Mariupol, 2002.

The dissertation is devoted to the research of electrode metal melting and transfer using CO2-shielded arc welding process with the aim of working out equipment and technology that allow splashing decrease, better weld formation and parameters range increase by organizing forced atomized electrode metal transfer.

The mathematical model of welding arc length self regulation was worked out. It uses qualitative characteristics of the welding arc, the power source, metal transfer and disturbance. It allows to formulate requirements for static volt-ampere characteristic of power source caused by the arc length tolerance, operators hand and drop formation disturbance.

CO2-shielded arc welding process was worked out. It includes pulsed current supply of commercial frequency and feed speed modulation synchronized with voltage pulse valley.

Key words: CO2-shielded arc welding, electrode metal splashing, arc length self regulation, mathematical model, feed speed modulation, forced atomized metal transfer, welding process.