Расчет индукции управляющего продольного магнитного поля с учетом магнитных свойств сердечника, проволоки и изделия применительно к дуговой наплавке
Расчетным и экспериментальным путем определено влияние магнитных свойств электродной проволоки, сердечника соленоида и изделия при дуговой наплавке в продольном магнитном поле на характер распределения и значение индукции магнитного поля в области между торцом электрода и изделием, а также внутри...
Saved in:
| Published in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Date: | 2006 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2006
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102761 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Расчет индукции управляющего продольного магнитного поля с учетом магнитных свойств сердечника, проволоки и изделия применительно к дуговой наплавке / А.Д. Размышляев, А.А. Дели, М.В. Миронова // Автоматическая сварка. — 2006. — № 8 (640). — С. 12-15. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859909832901918720 |
|---|---|
| author | Размышляев, А.Д. Дели, А.А. Миронова, М.В. |
| author_facet | Размышляев, А.Д. Дели, А.А. Миронова, М.В. |
| citation_txt | Расчет индукции управляющего продольного магнитного поля с учетом магнитных свойств сердечника, проволоки и изделия применительно к дуговой наплавке / А.Д. Размышляев, А.А. Дели, М.В. Миронова // Автоматическая сварка. — 2006. — № 8 (640). — С. 12-15. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Расчетным и экспериментальным путем определено влияние магнитных свойств электродной проволоки, сердечника
соленоида и изделия при дуговой наплавке в продольном магнитном поле на характер распределения и значение
индукции магнитного поля в области между торцом электрода и изделием, а также внутри изделия и электродной
проволоки. Эти данные позволяют наметить методы повышения эффективности использования продольного
магнитного поля при дуговой наплавке.
Design and experimental procedures have been used to determine the influence of magnetic properties of the electrode
wire, solenoid core and workpiece in arc surfacing in a longitudinal magnetic field on the nature of distribution and magnitude
of magnetic field induction in the region between the electrode tip and workpiece, as well as inside the workpiece and
electrode wire. These data allow outlining the methods to improve the efficiency of an alternating magnetic field application
in arc surfacing.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:02:29Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.927.5
РАСЧЕТ ИНДУКЦИИ УПРАВЛЯЮЩЕГО ПРОДОЛЬНОГО
МАГНИТНОГО ПОЛЯ С УЧЕТОМ МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ
СЕРДЕЧНИКА, ПРОВОЛОКИ И ИЗДЕЛИЯ
ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ДУГОВОЙ НАПЛАВКЕ
А. Д. РАЗМЫШЛЯЕВ, д-р техн. наук, А. А. ДЕЛИ, М. В. МИРОНОВА, аспиранты (Приазов. гос. техн. ун-т, г. Мариуполь)
Расчетным и экспериментальным путем определено влияние магнитных свойств электродной проволоки, сердечника
соленоида и изделия при дуговой наплавке в продольном магнитном поле на характер распределения и значение
индукции магнитного поля в области между торцом электрода и изделием, а также внутри изделия и электродной
проволоки. Эти данные позволяют наметить методы повышения эффективности использования продольного
магнитного поля при дуговой наплавке.
К л ю ч е в ы е с л о в а : дуговая наплавка, продольное маг-
нитное поле, соленоид с сердечником, ферромагнетики, маг-
нитные свойства, расчет магнитного поля, продольная
компонента магнитной индукции
Использование управляющего продольного маг-
нитного поля (ПРМП) при электродуговой нап-
лавке под флюсом позволяет уменьшить долю
участия основного металла в наплавленном, по-
высить производительность процесса, улучшить
формирование наплавленного валика [1, 2]. Од-
нако сложность физических процессов в свароч-
ной дуге и жидком металле сварочной ванны, про-
исходящих при воздействии ПРМП, и недос-
таточная их изученность сдерживают практичес-
кое использование этого способа наплавки. Кроме
того, в настоящее время отсутствует надежное ус-
тройство ввода магнитных полей применительно
к производственным условиям наплавки изделий.
При наплавке с воздействием ПРМП изделие
и электродная проволока в большинстве случаев
являются ферромагнетиками так же, как и сер-
дечник соленоида. Конструкция последнего и его
размеры должны быть такими, чтобы в зоне сва-
рочной дуги продольная компонента индукции
была максимальной.
Система ферромагнитных тел (сердечник со-
леноида, сварочная проволока и изделие (плас-
тина)) при наличии неферромагнитного (воздуш-
ного) зазора между торцом сварочной проволоки
и изделием обусловливает сложное распределение
магнитного поля в пространстве. Продольная ком-
понента индукции Bz в указанном зазоре опре-
деляется не только геометрическими размерами
ферромагнитных тел и их взаимным расположе-
нием, но и их магнитными свойствами (магнитной
проницаемостью µ). Известно, что µ существенно
зависит от химического состава сплавов на основе
железа, микроструктуры, размера зерна и нели-
нейно зависит от напряженности поля H.
При определении значений индукции в зазоре
между торцом электрода и изделием (плоской
пластиной) расчетным либо экспериментальным
путем [2, 3] обычно не учитывали состояние на-
магниченности этих тел, определяемое намагни-
чивающей силой обмотки соленоида (уровнем Н)
и значением µ материала, а также зависимостью
µ от Н.
Целью настоящей работы явилось установ-
ление распределения индукции магнитного поля
в ферромагнитных участках магнитной цепи от
обмотки с током до наплавляемого изделия для
достижения максимальных значений продольной
компоненты индукции Bz магнитного поля в зоне
сварочной дуги (зазоре между торцом электрода
и изделием).
Значения индукции Bz получали расчетным пу-
тем по методике работы [3], суть которой зак-
лючается в следующем. В качестве исходного ис-
пользовано уравнение распределения векторного
магнитного потенциала в стационарных плоско-
меридианных магнитных полях поcле ввода фун-
кции потока ψ = r⋅А:
∂
∂r
⎛
⎜
⎝
va
r ∂ψ
∂r
⎞
⎟
⎠
+ ∂
∂z
⎛
⎜
⎝
va
r ∂ψ
∂z
⎞
⎟
⎠
= –J,
(1)
где J — плотность тока в точке с координатами
(r, z); va — обратное значение абсолютной маг-
нитной проницаемости среды.
Расчет составляющих магнитной индукции с
использованием функции потока ψ проводят по
формулам
Br = – 1r ∂ψ
∂z
; (2)
© А. Д. Размышляев, А. А. Дели, М. В. Миронова, 2006
12 8/2006
Bz = 1r ∂ψ
∂r
; (3)
|B| = √⎯⎯⎯⎯⎯⎯Br
2 + Bz
2. (4)
На границах расчетной области, рассматрива-
емой в виде цилиндра, задаются следующие гра-
ничные условия:
на верхней и нижней границах
∂A
∂z
= ∂ψ
∂z
= 0; (5)
на внешней границе (максимальные значения r)
∂ψ
∂n
|S = 0; (6)
(поверхность S принимается параллельной оси
системы);
на оси системы
ψ = 0. (7)
Уравнение (1) решали методом конечных раз-
ностей. Решение разностного уравнения осущес-
твляли итерационным методом, приведенным в
работе [4].
На рис. 1 приведена схема системы тел на пути
магнитного потока, созданного протекающим в
обмотке постоянным током (сварочная проволока
диаметром 5 мм; пластина толщиной 20 мм; зазор
между торцом электрода и пластиной ∆ = 5 мм).
При расчетах приняты также следующие размеры
соленоида: внутренний диаметр ферромагнитного
сердечника dвн = 12; наружный dн = 50 мм; высота
сердечника h = 50 мм; вылет электродной про-
волоки Hпр = 40 мм.
Для оценки влияния магнитной проницаемости
µ на величину и характер распределения продоль-
ной компоненты индукции магнитного поля Bz в
указанных участках системы тел µ задавали сту-
пенчато (µ = 1; 250; 500). Намагничивающую силу
катушки соленоида IW ограничили значением 400
ампер-витков. Такие ограничения (µ = 500 и IW =
= 400 ампер-витков) необходимы для того, чтобы
в указанных ферромагнитных телах не наступало
насыщение. В таблице приведены значения маг-
нитной проницаемости µ, принятые в расчетах.
Распределение индукции Bz вдоль оси системы
(при r = 0) в пластине (рис. 2, а), воздушном
зазоре между торцом электрода и пластиной
(рис. 2, б) и в сварочной проволоке (рис. 2, в)
не претерпевает изменений на границе этих тел,
что соответствует теоретическим положениям. На
участке сварочной проволоки, расположенной в
центральной области ее длины (внутри ферромаг-
нитного сердечника), уровень индукции Bz мак-
симален и зависит от уровня принятых в расчете
значений магнитной проницаемости µ всех сос-
тавляющих магнитной системы — изделия (плас-
тины), сварочной проволоки (электрода) и фер-
ромагнитного сердечника.
Если сварочная проволока является ферромаг-
нетиком, то значение Bz существенно зависит от
принятых в расчетах значений µ для проволоки
(рис. 2, в, кривые 1, 2, 7). При этом значение µ,
принятое в расчетах для ферромагнитного сер-
дечника (µ = 1; 250; 500), не влияет на уровень
индукции Bz на этом участке проволоки (при не-
изменном значении µ = 250) (рис. 2, в, кривые
1, 3). Для немагнитной проволоки (µ = 1) уровень
значений Bz в ней близок к нулю (кривые 7, 8).
Сравнение кривых 1 и 5 показывает, что при от-
сутствии ферромагнитного сердечника сварочная
проволока µ = 250 намагничивается на этом учас-
тке больше, чем при его наличии. Наличие или
отсутствие ферромагнитной пластины (изделия)
практически не повлияло на процесс намагничи-
вания проволоки на этом участке (рис. 2, в, кривые
4, 6). Отсюда следует, что наличие ферромагнит-
ной проволоки внутри соленоида и значение ее
магнитной проницаемости являются основным
фактором, определяющим значение индукции в
зазоре между торцом сварочной проволоки и из-
делием (в зоне сварочной дуги). Об этом свиде-
тельствуют данные, приведенные на рис. 2, б, а
также распределение Bz вдоль радиуса r у повер-
хности изделия (рис. 3). Отсюда следует, что при
расчете индукции Bz в зоне сварочной дуги не-
обходимо учитывать реальные значения магнит-
ной проницаемости для сварочной проволоки, что
свидетельствует также о необходимости получения
реальных данных о зависимостях B = f(H) и µ =
Рис. 1. Схема системы тел для изучения распределения индукции
магнитного поля: 1 — электродная проволока; 2 — обмотка; 3 —
сердечник соленоида; 4 — изделие (пластина)
8/2006 13
f(H) для сварочных проволок, которые в настоящее
время отсутствуют.
Следует отметить, что изложенные выше ре-
зультаты получены при намагничивающей силе
катушки соленоида 400 ампер-витков, однако, для
получения уровня Bz в зоне сварочной дуги, не-
обходимого для управления геометрическими раз-
мерами валика при дуговой наплавке, намагни-
чивающая сила должна составлять порядка 2000
ампер-витков [2]. При этом возможно насыщение
ферромагнетиков рассмотренной системы тел
(прежде всего сварочной проволоки).
С учетом зависимостей B = f(H) и µ = f(H),
принятых по данным работы [5], выполнили рас-
чет для низкоуглеродистой стали с содержанием
углерода 0,1 %. Расчетные данные (рис. 4) пока-
зали, что при малой намагничивающей силе со-
леноида (400 ампер-витков) учет зависимостей
B = f(H) и µ = f(H) для материала сварочной про-
волоки не привел к изменению индукции вдоль
проволоки (рис. 4, кривые 1, 2). Для значительной
намагничивающей силы соленоида (2000 ампер-
витков), если учесть реальные данные о зависи-
Значения магнитной проницаемости µ, принятые в расчетах
№ кривых
Значения µ для
сердечника пластины сварочной про-
волоки
1 250 250 250
2 250 250 500
3 500 250 250
4 250 500 250
5 1 250 250
6 250 1 250
7 250 250 1
8 250 1 1
Рис. 2. Распределение продольной компоненты индукции Bz по
оси Oz в пластине (а), зазоре между пластиной и торцом элек-
трода (б) и электродной проволоке (в): 1–8 — магнитная про-
ницаемость элементов системы, см. в таблице
Рис. 3. Радиальное распределение компоненты индукции Br при z =
= 2,5 мм (1–8 см. в таблице)
14 8/2006
мостях B = f(H) и µ = f(H), расчетные значения
Bz в проволоке значительно меньше, чем при ис-
пользовании в расчетах постоянного значения µ =
= 500 (рис. 4, кривые 3, 4).
Следует отметить, что радиальная составляю-
щая индукции магнитного поля Br, как показали
расчеты, для сечений z = 35, 60 и 90 мм на два
порядка меньше, чем продольная компонента Bz.
И только на конце электрода (z ≈ 10 мм) на раcсто-
янии r = 0,1…2,5 мм значение Br сопоставимо с
Bz (достигает половины значений компоненты ин-
дукции Bz.
Данные о распределении Bz вдоль радиуса у
поверхности ферромагнитной пластины (рис. 5,
кривые 1, 3) показывают, что при намагничива-
ющей силе соленоида 400 ампер-витков расчетные
данные хорошо совпадают с экспериментальными
как при постоянном значении µ = 500, так и при
учете в расчетах зависимости B = f(H) для ма-
териала проволоки. При намагничивающей силе
соленоида 2000 ампер-витков, в связи с насыще-
нием ферромагнитного материала, из которого из-
готовлена сварочная проволока, совпадение
расчетых данных с экспериментальными дости-
гается в том случае, если в расчетах учесть за-
висимость B = f(H) для материала проволоки
(рис. 5, кривые 4–6).
Выводы
1. При дуговой наплавке в ПРМП основное влияние
на значение и характер распределения продольной
компоненты индукции поля у поверхности ферро-
магнитного изделия оказывают ферромагнитные
свойства электродной проволоки.
2. При значительной намагничивающей силе со-
леноида расчетные значения продольной компонен-
ты индукции ПРМП у поверхности ферромаг-
нитного изделия (пластины) удовлетворительно
совпадают с экспериментальными данными, если
в расчетах учитывать зависимость B = f(H) мате-
риала электродной проволоки.
1. Сварка с электромагнитным перемешиванием / В. П.
Черныш, В. Д. Кузнецов, А. Н. Брискман, Г. М. Шелен-
ков. — Киев: Техніка, 1983. — 127 с.
2. Размышляев А. Д. Магнитное управление формировани-
ем швов при дуговой сварке. — Мариуполь: ПГТУ,
2000. — 246 с.
3. Лазаренко М. А., Размышляев А. Д., Чичкарев Е. А. Рас-
чет на ЭВМ управляющих магнитных полей для процес-
сов сварки и наплавки // Вест. Приазов. гос. техн. ун-та.
— 1999. — Вып. 8. — С. 147–150.
4. Демирчян К. С., Чечурин В. Л. Машинные расчеты элект-
ромагнитных полей. — М.: Высш. шк., 1986. — 240 с.
5. Преображенский А. А., Бишард Е. Г. Магнитные матери-
алы и элементы. — М.: Высш. шк., 1986. — 352 с.
Design and experimental procedures have been used to determine the influence of magnetic properties of the electrode
wire, solenoid core and workpiece in arc surfacing in a longitudinal magnetic field on the nature of distribution and magnitude
of magnetic field induction in the region between the electrode tip and workpiece, as well as inside the workpiece and
electrode wire. These data allow outlining the methods to improve the efficiency of an alternating magnetic field application
in arc surfacing.
Поступила в редакцию 24.06.2006
Рис. 4. Распределение продольной компоненты индукции Bz в прово-
локе по оси Oz: 1, 2 — IW = 400; 3, 4 — 2000 ампер-витков; 1, 3 —
при постоянных значениях µ = 500 для ферромагнитных составляю-
щих системы; 2, 4 — с учетом зависимости µ = f(H) для указанных
составляющих системы
Рис. 5. Радиальное распределение компоненты индукции Br при z =
= 2,5 мм: 1–3 — при IW = 400; 4–6 — 2000 ампер-витков; 1, 4 —
расчетные данные при постоянных значениях µ = 500 для ферромаг-
нитных составляющих системы; 2, 5 — с учетом зависимости µ = f(H)
для указанных составляющих системы; 3, 6 — экспериментальные
данные
8/2006 15
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102761 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:02:29Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Размышляев, А.Д. Дели, А.А. Миронова, М.В. 2016-06-12T13:47:10Z 2016-06-12T13:47:10Z 2006 Расчет индукции управляющего продольного магнитного поля с учетом магнитных свойств сердечника, проволоки и изделия применительно к дуговой наплавке / А.Д. Размышляев, А.А. Дели, М.В. Миронова // Автоматическая сварка. — 2006. — № 8 (640). — С. 12-15. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102761 621.791.927.5 Расчетным и экспериментальным путем определено влияние магнитных свойств электродной проволоки, сердечника соленоида и изделия при дуговой наплавке в продольном магнитном поле на характер распределения и значение индукции магнитного поля в области между торцом электрода и изделием, а также внутри изделия и электродной проволоки. Эти данные позволяют наметить методы повышения эффективности использования продольного магнитного поля при дуговой наплавке. Design and experimental procedures have been used to determine the influence of magnetic properties of the electrode wire, solenoid core and workpiece in arc surfacing in a longitudinal magnetic field on the nature of distribution and magnitude of magnetic field induction in the region between the electrode tip and workpiece, as well as inside the workpiece and electrode wire. These data allow outlining the methods to improve the efficiency of an alternating magnetic field application in arc surfacing. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Сварочному факультету ПГТУ - 35 лет Расчет индукции управляющего продольного магнитного поля с учетом магнитных свойств сердечника, проволоки и изделия применительно к дуговой наплавке Calculation of induction of controlling longitudinal magnetic field with account for magnetic properties of the core, wire and workpiece as regards to arc surfacing Article published earlier |
| spellingShingle | Расчет индукции управляющего продольного магнитного поля с учетом магнитных свойств сердечника, проволоки и изделия применительно к дуговой наплавке Размышляев, А.Д. Дели, А.А. Миронова, М.В. Сварочному факультету ПГТУ - 35 лет |
| title | Расчет индукции управляющего продольного магнитного поля с учетом магнитных свойств сердечника, проволоки и изделия применительно к дуговой наплавке |
| title_alt | Calculation of induction of controlling longitudinal magnetic field with account for magnetic properties of the core, wire and workpiece as regards to arc surfacing |
| title_full | Расчет индукции управляющего продольного магнитного поля с учетом магнитных свойств сердечника, проволоки и изделия применительно к дуговой наплавке |
| title_fullStr | Расчет индукции управляющего продольного магнитного поля с учетом магнитных свойств сердечника, проволоки и изделия применительно к дуговой наплавке |
| title_full_unstemmed | Расчет индукции управляющего продольного магнитного поля с учетом магнитных свойств сердечника, проволоки и изделия применительно к дуговой наплавке |
| title_short | Расчет индукции управляющего продольного магнитного поля с учетом магнитных свойств сердечника, проволоки и изделия применительно к дуговой наплавке |
| title_sort | расчет индукции управляющего продольного магнитного поля с учетом магнитных свойств сердечника, проволоки и изделия применительно к дуговой наплавке |
| topic | Сварочному факультету ПГТУ - 35 лет |
| topic_facet | Сварочному факультету ПГТУ - 35 лет |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102761 |
| work_keys_str_mv | AT razmyšlâevad rasčetindukciiupravlâûŝegoprodolʹnogomagnitnogopolâsučetommagnitnyhsvoistvserdečnikaprovolokiiizdeliâprimenitelʹnokdugovoinaplavke AT deliaa rasčetindukciiupravlâûŝegoprodolʹnogomagnitnogopolâsučetommagnitnyhsvoistvserdečnikaprovolokiiizdeliâprimenitelʹnokdugovoinaplavke AT mironovamv rasčetindukciiupravlâûŝegoprodolʹnogomagnitnogopolâsučetommagnitnyhsvoistvserdečnikaprovolokiiizdeliâprimenitelʹnokdugovoinaplavke AT razmyšlâevad calculationofinductionofcontrollinglongitudinalmagneticfieldwithaccountformagneticpropertiesofthecorewireandworkpieceasregardstoarcsurfacing AT deliaa calculationofinductionofcontrollinglongitudinalmagneticfieldwithaccountformagneticpropertiesofthecorewireandworkpieceasregardstoarcsurfacing AT mironovamv calculationofinductionofcontrollinglongitudinalmagneticfieldwithaccountformagneticpropertiesofthecorewireandworkpieceasregardstoarcsurfacing |