Preview

Frontier Materials & Technologies

Расширенный поиск

Исследование температур в вольфрамовом электроде при горении дуги обратной полярности

https://doi.org/10.18323/2782-4039-2021-4-69-79

Полный текст:

Аннотация

Рассмотрены особенности выделения энергии в вольфрамовом электроде при действии дуги в аргоне обратной полярности. Обосновано положение о том, что химический состав электрода не оказывает существенного влияния на передачу ему анодной мощности. Удельная эффективная мощность в электрод обоснована и принята 6 Вт/А. Анализировали особенности горения дуги на плоский торец электрода d=3 мм по кадрам скоростной видеосъемки. Установлено, что при предельных токах, обеспечивающих расплавление торца, его нагрев достаточно равномерен по сечению. В качестве расчетной схемы выбран непрерывно действующий плоский источник тепла на поверхности полубесконечного стержня с поверхностной теплоотдачей. Получены усредненные значения объемной теплоемкости сρ=3,2 Дж/(см3∙°С), коэффициента температуропроводности а=0,3 см2/с. За предельный ток был принят такой, при котором достигается температура плавления на торце. По значениям предельного тока и времени начала расплавления торца электрода рассчитано значение коэффициента температуроотдачи электрода b. Выполненная расчетная проверка глубины расплавления для режима с током выше предельного показала хорошее совпадение с экспериментом. Произведен пересчет b для диаметров электрода d=4, 5, 6 мм и расчет предельных токов для этих диаметров. Расчетные предельные токи для этих диаметров также хорошо совпадают с экспериментальными. Показано, что увеличение коэффициента а до 0,4 см2/с не приводит к изменению температур и предельных токов, если одновременно произвести корректировку сρ из условия постоянства теплофизического комплекса сρа0,5. Получены зависимости температур в электроде во времени и по длине. Зависимость нагрева торца электрода во времени позволяет рассчитать предельные токи при уменьшении времени горения дуги.

Об авторах

Владимир Петрович Сидоров
Тольяттинский государственный университет, Тольятти (Россия)
Россия

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Сварка, обработка материалов давлением и родственные процессы»



Дмитрий Эдуардович Советкин
Тольяттинский государственный университет, Тольятти (Россия)
Россия

старший преподаватель кафедры «Сварка, обработка материалов давлением и родственные процессы»



Список литературы

1. Дриц А.М., Овчинников В.В. Сварка алюминиевых сплавов. М.: Руда и металлы, 2017. 440 с.

2. Вологдин Е.А. Сравнительный анализ вольфрамовых электродов при сварке погруженной дугой // Молодежный вестник ИрГТУ. 2018. Т. 8. № 1. С. 36–41.

3. Пономарев К.Е., Стрельников И.В. К вопросу выбора марки вольфрамовых электродов для сварки (обзор) // Сварка и Диагностика. 2019. № 1. С. 32–36.

4. Щицын Ю.Д., Косолапов Ю.А., Струков Н.Н. Распределение энергии в сжатой дуге при работе плазмотрона на токе обратной полярности // Сварка и Диагностика. 2010. № 3. С. 13–16.

5. Ленивкин В.А., Дюргеров Н.Г., Сагиров Х.Н. Технологические свойства сварочной дуги в защитных газах. М.: БМП-ПР, 2011. 367 с.

6. Кархин В.А. Тепловые процессы при сварке. СПб.: Политехнический университет, 2015. 572 с.

7. Giedt W.H., Tallerico L.N., Fuerschbach P.W. GTA Welding Efficiency: Calorimetric and Temperature Field Measurements // Welding Journal. 1989. Vol. 68. № 1. P. S28–S32.

8. Сидоров В.П., Советкин Д.Э., Мельзитдинова А.В. Эффективная мощность дуги прямой полярности с неплавящимся электродом // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 2020. Т. 22. № 2. С. 5–11.

9. Савинов А.В., Лапин И.Е., Лысак В.И. Дуговая сварка неплавящимся электродом. М.: Машиностроение, 2011. 477 с.

10. Дороднов А.М., Козлов Н.П., Помелов Я.А. Об эффекте «электронного» охлаждения на термоэмиссионном дуговом катоде // Теплофизика высоких температур. 1973. Т. 11. № 4. С. 724–727. URL: mathnet.ru/links/004c037a168cdc3e179745c45ee5c78a/tvt9873.pdf.

11. Атрощенко В.В., Бычков В.М., Селиванов А.С. Экспериментальное определение предельных токовых нагрузок для лантанированных вольфрамовых электродов // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2009. Т. 13. № 1. С. 161–165.

12. Савинов А.В. Стойкость неплавящихся электродов при аргонодуговой сварке на переменном токе // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2013. №. 6. С. 142–147.

13. Pan J.J., Hu S.S., Yang L.J., Li H. Simulation and analysis of heat transfer and fluid flow characteristics of variable polarity GTAW process based on a tungsten-arc-specimen coupled model // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2016. Vol. 96. P. 346–352. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.01.014.

14. Тарасов Н.М., Горлов А.К., Лашко С.Н. Численное моделирование процесса формирования капли расплавленного металла на торце плавящегося электрода // Автоматическая сварка. 2002. № 6. С. 24–27. URL: patonpublishinghouse.com/as/pdf/2002/as200206all.pdf.

15. Суворов С.В., Вахрушев А.В. Численное моделирование каплеобразования электрода при сварке // Химическая физика и мезоскопия. 2018. Т. 20. № 3. С. 335–341.

16. Теория сварочных процессов / под ред. В.М. Неровного. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. 752 с.

17. Сидоров В.П., Мельзитдинова А.В. Расчет точности параметров аргонодуговой и контактной сварки. Тольятти: Анна, 2018. 252 с.

18. Зиновьев В.Е. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах. М.: Металлургия, 1989. 384 с.

19. Lassner E., Schubert W.D. Tungsten: properties, chemistry, technology of the element, alloys, and chemical compounds. Boston: Springer Science & Business Media, 2012. 422 p.

20. Tolias P. Analytical expressions for thermophysical properties of solid and liquid tungsten relevant for fusion applications // Nuclear materials and energy. 2017. Vol. 13. P. 42–57. DOI: 10.1016/j.nme.2017.08.002.

21. Драйпер Н.Р., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. 3-е изд. М.: Диалектика, 2017. 912 с.

22. Тарасик В.П. Математическое моделирование технических систем. М.: ИНФРА-М, 2020. 592 с.

23. Сидоров В.П., Советкин Д.Э., Короткова Г.М. О допустимых токах на вольфрамовый электрод дуги с разнополярными импульсами тока // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 2020. Т. 22. № 4. С. 5–12.

24. Сидоров В.П., Советкин Д.Э. Эффективная мощность разнополярной дуги в аргоне с вольфрамовым электродом при сварке алюминия // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 2021. Т. 23. № 1. С. 5–12.

25. Wang L.L., Wei J.H., Wang Z.M. Numerical and experimental investigations of variable polarity gas tungsten arc welding // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018. Vol. 95. № 5-8. Р. 2421–2428. DOI: 10.1007/s00170-017-1387-6.

26. Сидоров В.П., Мельзитдинова А.В., Советкин Д.Э. Требования к точности параметров дуговой сварки стыкового шва на алюминиевом сплаве тока // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 2021. Т. 23. № 3. С. 66–74.


Рецензия

Для цитирования:


Сидоров В.П., Советкин Д.Э. Исследование температур в вольфрамовом электроде при горении дуги обратной полярности. Frontier Materials & Technologies. 2021;(4):69-79. https://doi.org/10.18323/2782-4039-2021-4-69-79

For citation:


Sidorov V.P., Sovetkin D.E. The study of temperatures in a tungsten electrode at reverse polarity arcing. Frontier Materials & Technologies. 2021;(4):69-79. (In Russ.) https://doi.org/10.18323/2782-4039-2021-4-69-79

Просмотров: 141


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2782-4039 (Print)
ISSN 2782-6074 (Online)