Совершенствование методики расчета параметров режима многопроходной сварки в защитных газах
Применение в современном сварочном производстве автоматических и роботизированных установок для сварки требует создания алгоритмов управления параметрами режима сварки, а именно назначения и адаптивной корректировки параметров в зависимости от условий. Кроме основных параметров режима сварки (сваро...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2014 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2014
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102420 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Совершенствование методики расчета параметров режима многопроходной сварки в защитных газах / Д.С. Бузорина, М.А. Шолохов, М.П. Шалимов // Автоматическая сварка. — 2014. — № 10 (736). — С. 28-31. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102420 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Бузорина, Д.С. Шолохов, М.А. Шалимов, М.П. 2016-06-11T20:58:37Z 2016-06-11T20:58:37Z 2014 Совершенствование методики расчета параметров режима многопроходной сварки в защитных газах / Д.С. Бузорина, М.А. Шолохов, М.П. Шалимов // Автоматическая сварка. — 2014. — № 10 (736). — С. 28-31. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102420 621.791.754 Применение в современном сварочном производстве автоматических и роботизированных установок для сварки требует создания алгоритмов управления параметрами режима сварки, а именно назначения и адаптивной корректировки параметров в зависимости от условий. Кроме основных параметров режима сварки (сварочный ток, напряжение, скорость сварки) и геометрии разделки на параметры, определяющие формирование сварного шва и эффективность использования тепловой энергии дуги для образования сварного соединения, оказывают влияние величина вылета электрода и состав защитного газа. Экспериментально установлены зависимости площади сечения валика и полного теплового КПД процесса сварки от вылета электрода и состава защитного газа. С учетом данных зависимостей усовершенствована ранее разработанная методика для расчета параметров режима сварки. Уравнения учитывают как технологические параметры (угол разделки, положение электрода в разделке, скорость сварки), так и состав защитного газа и величину вылета электрода. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Совершенствование методики расчета параметров режима многопроходной сварки в защитных газах Updating of methods of calculation of parameters of multipass shielded-gas welding mode Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Совершенствование методики расчета параметров режима многопроходной сварки в защитных газах |
| spellingShingle |
Совершенствование методики расчета параметров режима многопроходной сварки в защитных газах Бузорина, Д.С. Шолохов, М.А. Шалимов, М.П. Научно-технический раздел |
| title_short |
Совершенствование методики расчета параметров режима многопроходной сварки в защитных газах |
| title_full |
Совершенствование методики расчета параметров режима многопроходной сварки в защитных газах |
| title_fullStr |
Совершенствование методики расчета параметров режима многопроходной сварки в защитных газах |
| title_full_unstemmed |
Совершенствование методики расчета параметров режима многопроходной сварки в защитных газах |
| title_sort |
совершенствование методики расчета параметров режима многопроходной сварки в защитных газах |
| author |
Бузорина, Д.С. Шолохов, М.А. Шалимов, М.П. |
| author_facet |
Бузорина, Д.С. Шолохов, М.А. Шалимов, М.П. |
| topic |
Научно-технический раздел |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| publishDate |
2014 |
| language |
Russian |
| container_title |
Автоматическая сварка |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Updating of methods of calculation of parameters of multipass shielded-gas welding mode |
| description |
Применение в современном сварочном производстве автоматических и роботизированных установок для сварки требует
создания алгоритмов управления параметрами режима сварки, а именно назначения и адаптивной корректировки параметров в зависимости от условий. Кроме основных параметров режима сварки (сварочный ток, напряжение, скорость
сварки) и геометрии разделки на параметры, определяющие формирование сварного шва и эффективность использования тепловой энергии дуги для образования сварного соединения, оказывают влияние величина вылета электрода
и состав защитного газа. Экспериментально установлены зависимости площади сечения валика и полного теплового
КПД процесса сварки от вылета электрода и состава защитного газа. С учетом данных зависимостей усовершенствована ранее разработанная методика для расчета параметров режима сварки. Уравнения учитывают как технологические
параметры (угол разделки, положение электрода в разделке, скорость сварки), так и состав защитного газа и величину
вылета электрода.
|
| issn |
0005-111X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102420 |
| citation_txt |
Совершенствование методики расчета параметров режима многопроходной сварки в защитных газах / Д.С. Бузорина, М.А. Шолохов, М.П. Шалимов // Автоматическая сварка. — 2014. — № 10 (736). — С. 28-31. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT buzorinads soveršenstvovaniemetodikirasčetaparametrovrežimamnogoprohodnoisvarkivzaŝitnyhgazah AT šolohovma soveršenstvovaniemetodikirasčetaparametrovrežimamnogoprohodnoisvarkivzaŝitnyhgazah AT šalimovmp soveršenstvovaniemetodikirasčetaparametrovrežimamnogoprohodnoisvarkivzaŝitnyhgazah AT buzorinads updatingofmethodsofcalculationofparametersofmultipassshieldedgasweldingmode AT šolohovma updatingofmethodsofcalculationofparametersofmultipassshieldedgasweldingmode AT šalimovmp updatingofmethodsofcalculationofparametersofmultipassshieldedgasweldingmode |
| first_indexed |
2025-11-24T16:02:13Z |
| last_indexed |
2025-11-24T16:02:13Z |
| _version_ |
1850850429700669440 |
| fulltext |
28 10/2014
УДК 621.791.754
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ
РЕЖИМА МНОГОПРОХОДНОЙ СВАРКИ В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ
Д. С. БУЗОРИНА1,2, М. А. ШОЛОХОВ2, М. П. ШАЛИМОВ1
1 Уральский федеральный ун-т. 620002, РФ, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19.
2 ООО «ШТОРМ». РФ, г. Екатеринбург, ул. Народной Воли, 115. E-mail: ekb@shtorm-its.ru
Применение в современном сварочном производстве автоматических и роботизированных установок для сварки требует
создания алгоритмов управления параметрами режима сварки, а именно назначения и адаптивной корректировки пара-
метров в зависимости от условий. Кроме основных параметров режима сварки (сварочный ток, напряжение, скорость
сварки) и геометрии разделки на параметры, определяющие формирование сварного шва и эффективность использо-
вания тепловой энергии дуги для образования сварного соединения, оказывают влияние величина вылета электрода
и состав защитного газа. Экспериментально установлены зависимости площади сечения валика и полного теплового
КПД процесса сварки от вылета электрода и состава защитного газа. С учетом данных зависимостей усовершенствова-
на ранее разработанная методика для расчета параметров режима сварки. Уравнения учитывают как технологические
параметры (угол разделки, положение электрода в разделке, скорость сварки), так и состав защитного газа и величину
вылета электрода. Библиогр. 7, рис. 2.
К л ю ч е в ы е с л о в а : многопроходная дуговая сварка, плавящийся электрод, полный тепловой КПД, коэффициент
площадей, параметры режима сварки
При проектировании технологии сварки важным
моментом является определение параметров ре-
жима сварки, обеспечивающих получение сварных
соединений с заданными параметрами. Широкое
применение в современном сварочном производстве
автоматических и роботизированных установок для
сварки требует создания алгоритмов управления па-
раметрами режима сварки, а именно назначения и
адаптивной корректировки параметров в зависимо-
сти от условий. Адаптивная корректировка режимов
сварки должна основываться на точном определе-
нии влияния каждого из параметров процесса и их
сочетаний на качественные показатели сварного шва
[1]. В основу большинства математических моделей,
создаваемых для управления сварочными процесса-
ми, заложены статистические зависимости между
энергетическими параметрами режима сварки (сва-
рочный ток, напряжение на дуге, скорость сварки и
т. д.) и параметрами, характеризующими качество
сварного соединения (геометрические характери-
стики, механические свойства и т. д.) [2].
В работе [3] предложена методика расчета па-
раметров, основанная на результатах исследо-
вания влияния технологических факторов (угла
разделки α, положения электрода в разделке x,
скорости сварки vсв) на параметры, определяющие
формирование сварного шва и эффективность ис-
пользования тепловой энергии дуги на образова-
ние сварного соединения.
Анализ литературных данных показал, что кро-
ме основных параметров режима сварки (свароч-
ный ток, напряжение, скорость сварки) и геоме-
трии разделки, учитываемых в указанной выше
методике [3], на исследуемые параметры (пло-
щадь сечения валика и на тепловой КПД процесса
сварки) также оказывают влияние вылет электро-
да [4] и состав защитного газа [4, 5].
Известно, что состав защитного газа оказыва-
ет значительное влияние на технологические ха-
рактеристики и форму проплавления. При посто-
янном напряжении с ростом доли CO2 в смеси до
50 % дуга укорачивается, шов становится уже,
глубина проплавления и высота усиления увели-
чиваются, возрастает площадь проплавления [4].
Вылет электрода при сварке сплошными про-
волоками влияет на стабильность процесса свар-
ки. Обусловлено это изменением нагрева элект-
рода на вылете проходящим током. Допустимый
вылет электрода зависит от диаметра, удельного
электрического сопротивления электрода и силы
сварочного тока. При малых вылетах затрудняется
видимость зоны сварки и возможно подплавление
токоподвода, а при больших — возможно нару-
шение стабильности процесса. Увеличение выле-
та позволяет повысить коэффициент расплавле-
ния электрода и уменьшает глубину провара [4].
По данным работы [6] при увеличении вылета
электрода ширина шва и глубина проплавления
уменьшаются (при прочих равных условиях), а
выпуклость шва увеличивается. Механизм вли-
яния вылета электрода на глубину проплавления
заключается в том, что при повышенной величине
вылета возрастает количество наплавленного ме-
талла, усиливается подтекание жидкого металла
под дугу; возникает эффект экранирования нерас-© Д. С. Бузорина, М. А. Шолохов, М. П. Шалимов, 2014
2910/2014
плавленного основного металла прослойкой жид-
кого металла, что приводит к уменьшению глуби-
ны проплавления свариваемого металла [7].
Таким образом, для применения методики расче-
та параметров режима многопроходной сварки [3]
на практике, например, при создании алгоритмов
управления параметрами режима сварки, в урав-
нениях должны учитываться как основные техно-
логические параметры (угол разделки, положение
электрода в разделке, скорость сварки), так и состав
защитного газа и вылет электрода, оказывающие
влияние на формирование сварного шва.
Цель работы — установление зависимостей
между параметрами, характеризующими форми-
рование сварного шва, и технологическими пара-
метрами сварки, в том числе составом защитного
газа и вылетом электрода, а также определение на
основе полученных зависимостей параметров ре-
жима многопроходной сварки, обеспечивающих
отсутствие несплавлений.
В общем виде уравнения для определения пло-
щади сечения валика и полного теплового КПД
могут быть записаны в следующем виде:
% 2( , , ) ( ) (% ) ( ),
ø ñâ ñâ ý
ÑÎv F F F
l lF F x v I l= α θ θ θ
(1)
% 2( , , ) ( ) (% ) ( ),
ñ ñ ñâ ñâ ý
ÑÎv
l lx v I lη η ηη = η α θ θ θ
(2)
где ( , , ), ( , , )
ø ñâ ñ ñâ
v vF x v x vα η α — функции зависи-
мости площади сечения валика и теплового КПД
соответственно от угла разделки α, положения
электрода в разделке х, скорости сварки vсв. Опре-
деляются по формулам, приведенным в работе [3]:
Fш = (47,50 – 0,031α + 4,21x – 0,956vсв –
– 0,113αx + 0,003αvсв – 0,143xvсв +
+ 0,004αxvсв)(0,0134Iсв – 1,559) (3)
ηс = (0,125 – 0,006α + 0,018x +
+ 0,024vсв + 0,00006α2 + 0,0006x2 –
– 0,0005 2
ñâ
v – 0,0005αx + 0,00012αvсв –
– 0,00013xvсв) (0,0047Iсв + 0,084), (4)
где Fш — площадь сечения валика, мм2; ηc — пол-
ный тепловой КПД процесса сварки; α — угол раз-
делки, град; х — положение электрода в разделке,
мм; vсв — скорость сварки, м/ч; Iсв — сварочный
ток, А; % 2( ), (% ), ( )
ñâ ý
ÑÎF F F
I lI lθ θ θ — функции за-
висимости площади сечения валика от свароч-
ного тока Iсв, состава защитного газа (процент-
ного содержания углекислого газа %СО2 в смеси
Ar + CO2) и вылета электрода lэ соответственно;
% 2( ), (% ), ( )
ñâ ý
ÑÎI lI lη η ηθ θ θ — функции зависимости
полного теплового КПД процесса сварки от сва-
рочного тока Iсв, состава защитного газа (процентно-
го содержания углекислого газа в смеси Ar + CO2) и
вылета электрода lэ соответственно.
Для определения функций
% 2( ), (% ), ( )
ñâ ý
ÑÎF F F
I lI lθ θ θ ,
% 2( ), (% ), ( )
ñâ ý
ÑÎI lI lη η ηθ θ θ
провели ряд экспериментов.
При исследовании влияния вылета электрод-
ной проволоки и состава защитного газа приня-
ли два допущения: состав защитного газа и вылет
электродной проволоки оказывают независимое
от ранее исследованных параметров (I, Uд, vсв, x,
α) влияние на площадь сечения валика и полный
тепловой КПД процесса сварки; состав защитного
газа и вылет электродной проволоки не оказывают
взаимного влияния на площадь сечения валика и
полный тепловой КПД процесса сварки.
По полученным в ходе экспериментальных ра-
бот данным построены графики влияния вылета
электрода на площадь сечения валика и на полный
тепловой КПД процесса сварки (рис. 1).
Графики, приведенные на рис. 1, а показыва-
ют, что при увеличении сварочного тока в иссле-
дуемом диапазоне характер зависимости площади
сечения валика от вылета электрода фактически
не изменяется. Следовательно, при определении
площади сечения валика можно принять ранее
введенное допущение об отсутствии взаимного
влияния вылета электрода и сварочного тока на
площадь сечения валика. После обработки резуль-
татов экспериментов функция зависимости пло-
щади сечения валика от вылета электрода lэ может
быть записана в следующем виде:
( ) 0,001 0,956.
ý ý
F
l l lθ = + (5)
Иной характер зависимости наблюдается при
рассмотрении влияния вылета электрода на пол-
Рис. 1. Влияние вылета электрода на площадь сечения валика
(а) и на полный тепловой КПД процесса сварки (б) (1 — 180;
2 — 220; 3 — 260 А)
30 10/2014
ный тепловой КПД процесса сварки (рис. 1, б).
Анализ полученных результатов показывает, что
при увеличении сварочного тока изменяется ха-
рактер влияния вылета электрода на полный те-
пловой КПД, следовательно, можно сделать вывод
о взаимном влиянии вылета электрода и сварочно-
го тока на полный тепловой КПД процесса свар-
ки. Функция ( )
ýl lηθ может быть представлена в
виде полинома второй степени от двух аргумен-
тов (Iсв, lэ) и после обработки экспериментальных
данных с помощью регрессионного анализа запи-
сана в следующем виде:
2 4 2( ) 10 0,001
0,05 0,03 3,98.
ý ñâ ý
ñâ ý
l l I l
I l
η −θ = − ⋅ − +
+ + −
(6)
На рис. 2 представлена поверхность отклика
функции ( )
ýl lηθ в зависимости от сварочного тока
и вылета электрода.
Полученные результаты и данные, представ-
ленные на рис. 2, косвенно подтверждают ранее
сделанные выводы [3] о сложном взаимном влия-
нии параметров режима сварки на формирование
сварного шва. Существует сочетание факторов,
обеспечивающих максимально эффективное ис-
пользование энергии дуги.
При исследовании влияния состава защитного
газа установлено, что при увеличении доли СО2
в смеси защитных газов (от 0 до 30 %) площадь
сечения валика увеличивается. В данном случае
увеличение площади сечения валика обусловлено
возрастанием площади проплавления, что согла-
суется с известными литературными данными [5].
После обработки результатов экспериментов
получены функции зависимости площади сечения
валика и теплового КПД соответственно от про-
центного содержания СО2:
% 2 2(% ) 0,003 % 0,945.CO COFθ = ⋅ +
(7)
% 2 2(% ) 0,003 % 0,907.CO COηθ = ⋅ +
(8)
Тогда общие уравнения (3), (4) примут вид:
F = (47,50 – 0,03α + 4,21x – 0,96vсв – 0,113αx +
+ 0,003αvсв – 0,143xvсв + 0,004αxvсв)×
×(0,013Iсв – 1,56)(0,001lэ + 0,956)(0,003·%СО2 + 0,945),
ηсв = (0,125 – 0,006α + 0,018x + 0,024vсв +
+ 0,00006α2 + 0,0006x2 – 0,0005
2
ñâ
v – 0,0005αx +
+ 0,00012αvсв – 0,00013xvсв)(0,005Iсв + 0,084)×
×(–
2
ñâ
I ·10–4 – 0,001 2
ý
l + 0,05Iсв +
+ 0,03lэ – 3,98)(0,003·%СО2 + 0,907).
Учитывая зависимости, ранее предложенные
авторами в работе [3], и полученные в настоящей
работе зависимости площади сечения валика и те-
плового КПД от вылета электрода (5), (6) и про-
центного содержания СО2 (7), (8), уравнения для
определения параметров режима сварки могут
быть представлены в следующем виде:
Сварочный ток:
2 4 ,2ñâ
b b acI a
− + −=
A
(9)
Коэффициенты a, b, c определяются по
формулам:
2
0,015 .
í
da F
π= −
2
0,64 0,06 (3,34 0,35 0,01 ).
í
db x xF
π= + + + − α
2
2
74,05 0,05 6,56
(185,97 0,6 0,58 27,81 )
(1 )
(0,001 0,956)(0,003 % 0,945),
í
í
ý
CO
c x
d x xF
F
l
= − + α − −
π− − α − α + −
+ κ
− + ⋅ +
где d — диаметр электрода, мм; Fн — площадь на-
плавленного металла, мм2; κ — коэффициент пло-
щадей (при сварке плавящимся электродом при
используемых режимах κ = 0,18…4,0).
Напряжение:
,ýô ïï
ýô
ñâc
B v
U I= η
В
(10)
Значение коэффициента Bэф определяется по
формуле
2(1 ) .4ýô ì ïë
kB H d+= γ π
Значение теплового КПД процесса сварки
определяется по формуле
ηсв = (0,125 – 0,006α + 0,018x +
+ 0,024vсв + 0,00006α2 + 0,0006x2 – 0,0005 2
ñâ
v –
– 0,0005αx + 0,00012αvсв – 0,00013xvсв)×
×(0,0047Iсв + 0,084)(–
2
ñâ
I ·10–4 – 0,001 2
ý
l +
+ 0,05Iсв + 0,003lэ – 3,98)(0,003·%СО2 + 0,91),
где γм — удельная плотность металла, кг/м3; Нпл —
энтальпия при температуре плавления с учетом
скрытой теплоты плавления, Дж/кг; k — коэффи-
циент сплавления.
Рис. 2. Поверхность отклика функции ( )
ýl lηθ в зависимости
от значения сварочного тока и вылета электрода
3110/2014
Скорость сварки:
2 (0,078 8,32) 60
,4
ñâ
ñâ
í
d I
v F
π − ⋅
= м/ч
(11)
Выводы
1. Получены в аналитическом виде функции зави-
симости теплового КПД процесса сварки и пло-
щади сечения валика от вылета электрода и соста-
ва защитного газа.
2. Полученные уравнения для определения рас-
чета параметров режима многопроходной меха-
низированной сварки в защитных газах на осно-
ве определения полного теплового КПД процесса
сварки позволяют рассчитать режимы сварки (с
точностью около 12 %) при условии получения
гарантированного проплавления (при заданном
коэффициенте площадей κ). Данные уравнения
учитывают как технологические параметры (угол
разделки, положение электрода в разделке, ско-
рость сварки), так и состав защитного газа и вы-
лет электрода. Уравнения могут быть применены
при разработке технологии многопроходной свар-
ки углеродистых, низколегированных и среднеле-
гированных сталей в смесях защитных газов на
основе аргона.
1. Полосков С. И., Ерофеев В. А., Масленников А. В. Опре-
деление оптимальных параметров автоматической орби-
тальной сварки на основе компьютерного моделирова-
ния // Свароч. пр-во. – 2005. – №10. – С. 6–13.
2. Лебедев В. А. Управление проплавлением при механизи-
рованной сварке и наплавке // Там же. – 2011. – № 1. –
С. 3–11.
3. Шолохов М. А., Бузорина Д. С. Расчет параметров режи-
ма наплавки пристеночного валика при многопроходной
сварке в защитных газах // Автомат. сварка. – 2013. – № 7.
– С. 63–67.
4. Потапьевский А. Г. Сварка в защитных газах плавящим-
ся электродом. – М.: Машиностроение, 1974. – 240 с.
5. Лащенко Г. И. Способы дуговой сварки стали плавящим-
ся электродом. – Киев: Екотехнологія, 2006. – 384 с.
6. Жерносеков А. М. Влияние вылета электрода на параме-
тры шва при импульсно-дуговой сварке сталей // Авто-
мат. сварка. – 2004. – № 8. – С. 52–53.
7. Березовский Б. М. Математические модели дуговой свар-
ки: в 3 т. – Т. 2. Математическое моделирование и опти-
мизация формирования различных типов сварных швов.
– Челябинск: Изд-во ЮурГУ, 2003. – 601 с.
Поступила в редакцию 26.02.2014
Направления экспозиций
► Материалы для сварки, наплавки и пайки
► Оборудование и технологии сварки, резки, наплавки, пайки и термообработки
► Источники питания и системы управления сварочным оборудованием
► Оборудование для орбитальной сварки и обработки труб
► Электронно-лучевая, лазерная, плазменная сварка и резка
► Автоматизированные комплексные системы и агрегаты для сварки и резки
► Автоматизация сварочных производственных и технологических процессов,
программное обеспечение
► Приборы для неразрушающего контроля сварных соединений
► Научное и информационное обеспечение сварки
► Система подготовки, переподготовки и аттестации сварщиков
► Охрана труда и экологическая безопасность в сварочном производстве
► Сертификация сварочного оборудования.
Выставка проводится одновременно
с международными специализированными выставками «Металлообработка»,
«Порошковая металлургия» и международным специлизированным салоном
«Защита от коррозии. Покрытия».
Руководитель проекта: Федорова Елена Владимировна
тел.: +375 17 226 98 58, 226 90 83 факс: +375 17 226 98 58, 226 99 36; e-mail: e_fedorova@solo.by
7.04 – 10.04 2015 г.
Место проведения: Беларусь, Минск,
проспект Победителей, 20/2
Организатор: ЗАО «МинскЭкспо»
|