ВВЕДЕНИЕ 4
1 ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА
1.1 Преимущества и развитие двухдуговой сварки в защитных газах 7
1.2 Повышение эффективности двухдуговой сварки 12
1.3 Технологические возможности двухдуговой сварки 15
1.4 Общая постановка проблемы 23
1.5 Выводы по первой главе и задачи диссертационного исследования 25
2 СОВРЕМЕННЫЕ РАЗРАБОТКИ В ОБЛАСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА ДВУХДУГОВОЙ СВАРКИ
2.1 Преимущества и область применения 27
2.2 Сущность процесса 30
2.3 Источники питания сварочной дуги 35
2.4 Устройства подачи проволоки 39
2.5 Сварочная горелка 41
2.6 Программное обеспечение 43
2.7 Скорость сварки и производительность наплавки 44
2.8 Перспективы применения технологии TimeTwin 46
2.9 Заключение по второму разделу 50
3 ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДВУХДУГОВОЙ СВАРКИ
3.1 Описание технического решения 52
3.2 Методика определения химического состава металла шва 55
3.3 Методика экспериментальной сварки 56
3.4 Выводы по третьему разделу 60
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 62
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 64
Сварочное оборудование и сами способы сварки в настоящий момент продолжают непрерывно совершенствоваться в направлении повышения производительности и стабильности качества сварки. Достаточно широкое распространение получил зарекомендовавший себя способ сварки с использованием нескольких электродов, которые горят в одну сварочную ванну. Использование нескольких электродов предполагает, что они находятся в непосредственной близости друг от друга, это приводит к появлению такого отрицательного явления, как взаимодействие магнитных полей от каждого электрода, нарушению стабильности горения дуги и ухудшению качества сварки. В настоящее время существует два пути одновременного использования нескольких электродов при сварке - это сварка спаренными электродами и двухдуговая сварка.
При сварке спаренными электродами [1, 2] сварку производят двумя электродами, которые соединены между собой. Сначала сварочная дуга горит между свариваемым изделием и одним из электродов, далее этот электрод оплавляется и укорачивается, и дуга переходит на соседний электрод. Таким образом, дуга попеременно горит то на одном, то на другом электроде. Поскольку происходит подогрев соседнего электрода от горящей дуги, то повышается производительность сварки. Также следует учесть, что уменьшаются потери на смену электродов, что также повышает производительность сварки. При использовании спаренных электродов можно увеличить сварочный ток, что также повышает производительность сварки. Следует ожидать уменьшения зоны термического влияния за счёт снижения теплопередачи к сварочной ванне [3]. Использование спаренного электрода позволяет расширить возможности управления процессом сварки за счёт регулирования состава [17] и сечения сварочных электродов [4, 5]. В отличие от аппаратов для двухдуговой сварки, которые предусматривают наличие источников питания для каждого электрода, аппараты для сварки спаренными электродами менее громоздки и намного дешевле. Также следует отметить, что при сварке в ограниченном пространстве доступ к месту сварки проще при использовании спаренных электродов. Основной проблемой, которая возникает при сварке спаренными электродами, является необходимость устранения магнитного взаимодействия электродов и обеспечение стабильного и одинакового подвода сварочного тока к каждому электроду.
При двухдуговой сварке питание каждого электрода производят от отдельного источника. Это существенно расширяет возможности способа за счёт независимого управления горения дуги на каждом электроде. В частности, становится возможным производить сварку закаливающихся сталей без предварительного подогрева [6]. Взаимное влияние магнитных полей от двух горящих дуг может быть снижено путём соответствующего управления сварочным током на каждом электроде. Как показала практика, использование двухдуговой сварки позволяет существенно повысить производительность и качество выполняемых соединений и с успехом применяется при строительстве магистральных трубопроводов [7]. Независимое управление горением дуг позволяет успешно бороться с образованием трещин при сварке высокопрочных среднелегированных сталей [8, 9, 10]. Использование двухдуговой сварки позволяет добиваться стабильного качества сварных швов при узкой разделке кромок [11, 12]. При двухэлектродной сварке в защитных газах приходится бороться с повышенным разбрызгиванием металла, которое вызывается блужданием дуги и силами реактивного горения паров металла [13, 14].
Применение двухдуговой сварки делает возможным одновременное использование нескольких способов сварки, например, сочетание сварки плавящимся и неплавящимся электродом, когда одна дуга горит между неплавящимся электродом и изделием, а вторая дуга горит между плавящимся электродом и изделием [15, 16]. Для осуществления такой комбинированной сварки требуется формирование специфических импульсов напряжения, соблюдение высоких требований к поддержанию параметров режима сварки и, особенно, скорости подачи сварочной проволоки.
В настоящее время достигнут предел производительности механизированной сварки в углекислом газе, который составляет 3,5...4,0 кг/час [8]. Поэтому совершенствовать технологию сварки можно только за счёт внедрения новых перспективных решений, направленных на повышение производительности и стабильности качества сварки. Может представлять перспективным замена дуговых способов сварки такими наукоёмкими технологиями, как плазменная сварка, лазерная сварка, электронно-лучевая сварка. Однако применение таких высококонцентрированных источников энергии требует существенной перестройки всего производства - повышения культуры производства, замены основного и вспомогательного оборудования, переобучения персонала, повышения точности заготовительных и сборочных операций. Это приведёт к дополнительным затратам и снизит эффективность производства.
Повышение производительности и качества сварочных работ без значительных финансовых и интеллектуальных вливаний особенно актуально в условиях санкций и возможной экономической блокады Российской Федерации.
Таким образом, актуальна цель диссертационного исследования - повышение производительности и стабильности качества дуговой сварки за счёт научно обоснованных методов моделирования и управления процессом двухдуговой сварки.
Цель диссертационного исследования - повышение производительности и стабильности качества дуговой сварки за счёт научно обоснованных методов моделирования и управления процессом двухдуговой сварки.
Как показал анализ литературы по теме исследования, в настоящий момент отсутствуют подходы к назначению параметров режима двухдуговой сварки, их допустимых значений и требований к поддержанию точности.
На основании проведённых литературных исследований были сформулированы задачи диссертационного исследования:
1) проанализировать существующие способы поддержания стабильности качества при двухдуговой сварке;
2) предложить математическую модель формирования соединения при двухдуговой сварке и методику проверки её адекватности;
3) исследовать закономерности формирования температурного поля при двухдуговой сварке и предложить на их основе способ управления с пониженным вложением тепла в основной металл;
4) предложить способ сварки на основании проведённых исследований.
Особенности процессов импульсной двухдуговой сварки плавящимися электродами в инертных газах и смесях газов определяются независимым и поочередным питании дуг импульсами тока регулируемой амплитуды, длительности и частоты. Предусмотрена раздельная подача электродных проволок и горение дуг в общей сварочной ванне при продольном, наклонном либо поперечном расположении электродов.
Применительно к углеродистым и легированным сталям выявлены следующие технологические преимущества импульсной двухдуговой сварки: увеличение глубины проплавления основного металла; уменьшение ширины ЗТВ; улучшение формирования швов на больших скоростях; повышение механических свойств сварных соединений. Недостатком импульсной двухдуговой сварки в защитных газах является повышенная излучательная способность дуг, а также более высокая стоимость сварочного оборудования и значительные затраты на его эксплуатацию и ремонт.
Предложен способ сварки спаренным электродом, в котором за счёт введения нетоковедущей проволоки в сварочную ванну происходит охлаждение сварочной ванны. Уменьшение температуры сварочной ванны приводит к меньшему испарению легирующих добавок и уменьшению разбрызгивания. Также снижается вероятность образования горячих трещин за счёт оптимизации термического цикла металла шва и околошовной зоны. Кроме того, подача нетоковедущей проволоки в сварочную ванну приводит к увеличению производительности приблизительно на 20 %.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
