ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ В ИЗДЕЛИИ ПРИ ДУГОВОЙ СВАРКЕ КОНУСНОЙ ОСЕСИММЕТРИЧНОЙ ДУГОЙ Рыбачук А.М.,Гу Ц.,Крысько Н.В.

МГТУ им. Н.Э. Баумана


Номер: 9-1
Год: 2015
Страницы: 69-73
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

Дуговая сварка, распределение температуры, распределение плотности тока, arc welding, temperature distribution, current density distribution

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

Предложена методика расчёта распределения плотности тока в пластине при дуговой сварке на примере односторонней сварки с полным проплавлением пластины источником тепла с нормально-круговым распределением теплового потока и электрического тока.

Текст научной статьи

При дуговой сварке широко применяются внешние магнитные поля, взаимодействующие со сварочным током в жидком металле сварочной ванны, для управления качеством металла и формы шва. Использование магнитных полей позволяет бесконтактно и оперативно управлять качеством сварочных процессов [1-4]. Для эффективного использования этих методов необходимо уметь рассчитывать электрическое поле в сварочной ванне и изделии. При дуговой сварке происходит деформация температурного поля при движении дуги [5,6]. В результате происходит деформация электрического поля в изделии [7,8]. Эта деформация связана с зависимостью удельной электропроводности металлов и сплавов от температуры, которая снижается с увеличением её, а при температуре плавления уменьшается скачком [9]. В работе [10] выведено уравнение , (1) где j - плотность тока; q - удельный тепловой поток; - коэффициент сосредоточенности тока, - коэффициент сосредоточенности теплового потока дуги, - эффективный КПД дуги, - напряжение на дуге. Оно показывает, что векторы плотности тока и теплового потока совпадают по направлению в каждой точке, линии тока совпадают с линиями теплового потока при определённых граничных условиях. Это выражение справедливо при аналогичных граничных условиях для электрического и температурного полей в случае, если не применяется ориентированный токоподвод к свариваемому изделию, расположенный вблизи сварочной ванны [8]. В этой работе поверхность контакта дуги с жидким металлом была принята эквипотенциальной и одновременно изотермической с температурой, равной температуре кипения жидкого металла, при пренебрежении влиянием теплоотвода через наружные поверхности свариваемого изделия. Целью данной работы является анализ распределения плотности сварочного тока по рассчитанному распределению температур в пластине. По полученному выражению (1) можно рассчитывать плотность сварочного тока в изделии по известному температурному полю при указанных граничных условиях. Для расчёта температурного поля использовали выражение для температурного поля предельного состояния от линейного источника постоянной мощности, движущегося прямолинейно с постоянной скоростью, в бесконечной пластине [5]: , (2) где: - температура, К; - длина радиус-вектора рассматриваемой точки в подвижной системе координат, см; - эффективная тепловая мощность дуги, Вт; - коэффициент теплопроводности, Вт/(см·град); - толщина пластины, см; - скорость сварки, см/с; - коэффициент температуропроводности, см2/с; - функция Бесселя от мнимого аргумента второго рода нулевого порядка; - коэффициент температуроотдачи, 1/с, где - коэффициент теплоотдачи, Вт/(см2·град); - удельная теплоемкость, Дж/(г·град); -плотность металла, г/см3. Расчёт был выполнен для случая сварки листов из стали Х18Н10Т толщиной дугой, перемещающейся со скоростью . Напряжение дуги ; сварочный ток ; эффективный КПД дуги . Коэффициент теплопроводности ; плотность стали ; коэффициент температуропроводности ; коэффициент температуроотдачи . Коэффициент сосредоточенности теплового потока дуги и коэффициент сосредоточенности тока приняты равными. В результате расчёта получили распределение температуры в изделии из стали Х18Н10Т при дуговой сварке (рис. 1). На рис. 2 показаны изотермы на поверхности пластины. Рис.1. Распределение температуры на поверхности пластины Рис.2. Изотермы на поверхности пластины Выражение (2) может быть записано более компактно: , (3) где , а . По выражению (3) можно рассчитывать градиент температуры: , (4) , (5) , (6) где - функция Бесселя от мнимого аргумента второго рода первого порядка. Подставив (5) и (6) в выражении (3), получим градиент температуры: . (7) Используя уравнения и (7), получим . (8) Подставив значение в выражение (1), найдем . Величина плотности тока на поверхности пластины равна: . (9) Используя выражение (9), получим распределение плотности тока в изделии из стали Х18Н10Т при дуговой сварке (рис.3). На рис. 4 показаны изолинии плотности тока на поверхности пластины. Рис.3. Распределение плотности тока на поверхности пластины Рис.4. Изолинии плотности тока на поверхности пластины Изолинии плотности тока сгущены перед дугой, что свидетельствует о том, что большая часть сварочного тока уходит через передний фронт сварочной ванны в более холодный металл по пути наименьшего электрического сопротивления. По этим данным были построены графики изменения плотности тока вдоль линии сварки (рис 5). Рис 5. Распределение плотности тока вдоль линии сварки Положительные значения координаты соответствуют значениям плотности тока перед дугой, а отрицательные значения - сзади дуги. Плотность сварочного тока перед дугой больше, чем сзади дуги. Эти результаты хорошо согласуются с экспериментальными данными по измерению растекания сварочного тока, выполненными Райчуком Ю.И. [7]. Выводы 1. Используя данную методику, можно рассчитывать распределение плотности тока в сварочной ванне. 2. Большая часть сварочного тока уходит через передний фронт сварочной ванны.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.