Использование управляемых параметров подачи электродной проволоки и колебаний ванны как динамических систем для совершенствования дуговых процессов сварки и наплавки

Анотація

Актуальность темы исследования. Дуговая сварка и наплавка с применением импульсной подачи электродной проволоки и механических колебаний сварочной ванны являются эффективным средствами существенного повышения качества результатов проведения технологических процессов, выполняемых механизированным или автоматическим оборудованием. Для рационального выбора параметров импульсной подачи и колебаний сварочной ванны необходима разработка математического описания результатов применения этих технологий сварки и наплавки.
Постановка проблемы. Для создания методик выбора параметров импульсной подачи электродной проволоки и колебаний сварочной ванны необходимо провести выбор наиболее характерных и применимых форм воздействий, изыскать способы их математического описания и методы решения уравнений, описывающих результаты их действий на технологический процесс.
Анализ последних исследований и публикаций. Наиболее используемыми технико-технологическими приёмами влияния на показатели качества сварного шва и наплавленного слоя, в том числе прочности, является механическое и/или тепловое влияние на сварочную ванну. В последнее время широко применимы такие методы, как периодическое воздействие магнитного поля на расплав сварочной ванны, импульсные режимы сварки и наплавки на базе заданных алгоритмов управления работой оборудования (источники сварочного тока, механизмы подачи электродной проволоки), применение дополнительного легирования наплавляемого металла, а также комбинированные методы.
Выделение неисследованных частей общей проблемы. Несмотря на значительный прогресс в создании новых
типов оборудования для сварки и наплавки с импульсными алгоритмами функционирования, в частности, механизмов
подачи с управляемыми параметрами движения до настоящего времени мало исследований, посвящённых матема-
тическому описанию действия импульсов различной формы на процессы сварки и наплавки.
Постановка задачи. Провести анализ факторов, влияющих на структуру металла шва и наплавленного слоя с целью повышения качества результатов процессов сварки и наплавки, выявить применяемые формы импульсных воздействий, определить математические описания импульсов, описания динамических процессов при сварке с учётом движений сварочной ванны. Найти способы решения полученных дифференциальных уравнений.
Изложение основного материала. Показаны результаты импульсных воздействий на структуру металла шва, обеспечивающие существенное улучшение механических свойств сварного соединения и наплавленного слоя. Выбраны и описаны в математической форме импульсы управляемого движения электродной проволоки. Найдены описания процессов при дуговом воздействии, а также движений сварочной ванны. Получены дифференциальные уравнения
импульсных воздействий на результаты сварочного процесса. Решения полученных уравнений основываются на применении операционного исчисления.
Выводы в соответствии со статьёй. Импульсная подача электродной проволоки с управляемыми характеристиками даёт возможность существенно улучшить структуру металла шва, что в значительной степени повышает прочность сварного соединения и наплавленного слоя, а также снижают энергетические затраты и ресурсопотребление. Технология сварки и наплавки с применением импульсной подачи электродной проволоки наиболее эффективна при рационально выбранных параметрах импульсного движения проволоки, что невозможно без математического описания этого процесса. Математическое описание в доступном для практического применения виде практически исключает этап достаточно длительных и затратных экспериментальных исследований, а также позволяет прогнозировать ожидаемые результаты. Дифференциальные уравнения, описывающие импульсные воздей-
ствия, целесообразно реть методами теории автоматического регулирования, в частности с использованием операционного исчисления.