автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Научные основы проектирования технологических процессов и оборудования для обработки алюминиевых сплавов трехфазной сжатой дугой

На правах рукописи Для служебного пользования Экз № <2/

СИДОРОВ Владимир Петрович

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ОБРАБОТКИ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ ТРЁХФАЗНОЙ СЖАТОЙ ДУГОЙ

05.03.06. - Технология и машины сварочного производства

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

----— ДСП

гьЯ^^ ' ^ - - Д с п

£.< •сД^Ч'А' - —---

Тольятти 1999

Работа выполнена в Тольяттинском политехническом институте

Научный консультант: д-р техн. наук, профессор Столбов В. И.

Официальные оппоненты: д-р техн. наук, профессор Орешкин В.Д.

д-р техн. наук, профессор Атрощенко В.В. д-р техн. наук, профессор Леннвкнн В.А.

Ведущая организация: Государственный научно-производственный ракетно-космический Центр «ЦСКБ -Прогресс» (г. Самара)

00

Защита состоится «20» апреля_ 1999 г. в 13_часов на заседании диссертационного совета Д 063.76.02 в Волгоградском государственном техническом университете (ВолгГТУ) по адресу 400066, Волгоград-66, пр. Ленина, 28

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета

Автореферат разослан « » ^<£^/"¿¿-^1999 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 063.76.02

Г

Кузьмин С.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальпость темы. Алюминиевые сплавы благодаря малому удельному весу, высоким удельной прочности л коррозионной стойкости, хорошей обрабатываемости все шире применяются в качестве конструкционных материалов. Значительное место при производстве конструкций из алюминиевых сплавов занимают сварочные процессы. Среди них наиболее перспективными являются технологии с использованием сжатых дуг. Преимущества сжатой дуги определяются возможностями регулирования ее энергетических характеристик в более широких пределах, повышением стабильности горения и пространственной устойчивости, экономичностью.

Несмотря па интенсивное развитие технологических процессов, не все потенциальные возможности сжатых дуг в плане конкретных технологий можно считать освоенными. На практике основное применение находят сжатые дуги прямой полярности. Сжатые дуга обратной полярности и перемегагого тока пашли ограниченное применение и по ним объем проведённых исследований заметно уступает исследованиям дуг прямой полярности. Для дуги обратной полярности такое положение обусловлено низкой стойкостью неплавящегося электрода плазмотрона, более низкой проплавляющей способностью дуги, а в отношении дуги переменного тока главным затруднением является обеспечение повторных зажиганий прп смене полярности. Это привело к тому, что обработка алюминиевых сплавов производится преимущественно свободными дугами, а преимущества сжатых дуг используются недостаточно.

В отношении свободной дуги применительно к сварке алюминиевых сплавов неплавящим-ся электродом проблему устойчивости повторных зажиганий и повышепия эффективности процесса во многом удалось решить путём внедрения трёхфазной дуги с неплавящимися вольфрамовыми электродами. Поэтому в данной работе для получения устойчивой сжатой дуга перемепного тока в качестве основного объекта исследования была выбрана трёхфазпая сжатая дуга, которая ралее пе изучалась. С точки зрения физических и технологических особенностей и возможностей трехфазную сжатую дугу следует считать новом видом сжатых дуг.

Поскольку в евзрочной технике накоплен значительный материал по энергетическим и технологическим характеристикам различных видов сжатых дуг, исследования выполнялась на основе теоретического обобщения имеющихся достижений и новых экспериментальных и теоретических исследований трёхфазной сжатой дуги.

В работе выполнены комплексные исследования энергетических характеристик трёхфазной сжатой дуги с использоваисм аргона в качестве плазмобразующего газа в их взаимосвязи с характеристиками воздействия на обрабатываемое изделие. Это позволило получить в качестве одного из важных результатов подход к построению систем компьютерного проектирования и оптимизации технологических процессов с использованием сжатых дуг. Большинство результатов, полученных в ходе экспериментальных и теоретических исследований применимо, в той или иной степени, для различных видов сжатых дуг.

Исследования проводились на кафедре "Оборудование и технология сварочного производства" Тольяттинского политехнического института в соответствии с планом подготовки научных кадров по специальности 05.03.06 и смежным специальностям на 1990-1995 годы. Отдельные разделы работы включались в Сводный план наушо-исслсдовательских, проекгно-конструкторских и технологических работ по сварочной науке и технике с 1975 по 1990 гг..

одобренный Объединённой сессией Научного совета по проблеме "Новые процессы сварки и сварные конструкции" ГКНТ и Координационным Советом но сварке. В 1985-1990 гг. исследования проводились в соответствии с планами комплексной научно-технической программы «Ремонт» Министерства сельского хозяйства РФ и научно-технической программы «Сибирь» СО Академии Наук (блок 5.1. «Новые материалы и технологии», задание 03.02.02 «Исследование плазменной технологии и специализированного оборудования для оттаивания мерзлых грунтов»).Часть работы в 1991-1999 гг. выполнялась в рамках госбюджетного финансирования НИР по программам единого наряд- заказа Министерства общего и профессионального образования:

А) Тема «Разработка интенсивных плазменных технологий на основе сжатой трехфазной дуги переменного тока» - 1991 - 1995 гг.

Б) Тема «Исследование устойчивости дуги переменного тока в плазмотронах сварочной техники» -1996-1999 гг.

По межвузовской научно-технической программе «Сварка» в 1993-1994 гг. выполнялся раздел исследования «Исследование теплофизических и гидродинамических процессов в сварочной ванне» в теме 04532.

По программе «Конверсия» в 1993-1996 гг. выполнялась тема «Разработка комплекса оборудования для сварки объемных тонкостенных конструкций из сплавов железа и алюминия в монтажных условиях электрозаклепками с местной газовой защитой».

Цель работы. Расширение технологических возможностей сжатой дуги путем разработки научных основ проектирования технологических процессов и оборудования для плазменной обработки алюминиевых сплавов трёхфазной дугой в среде аргона.

Основные результаты, которые выносятся на защиту: • 1. Влияние основных параметров трёхфазной сжатой дуги в среде аргона на устойчивость се повторных зажиганий.

2. Методика расчёта энергетических характеристик сжатой дуги в среде аргона и обоснование преобладания охлаждающего действия плазмообразующего газа на столб дуги над сжимающим.

3. Количественный критерий устойчивости сжатой дуги в срсдс аргона по отношению к аварийному режиму двойного дугообразования и расчетно-экспериментальный метод определения безаварийных режимов.

4. Экспериментально-аналитический метод определения приэлектродных падений напряжения на основе анализа напряжений дуг и уравнений баланса приэлектродных областей на прямой и обратной полярности при одинаковых режимах.

5. Методики расчёта эффективной мощности и напряжения трехфазной сжатой дуги в среде аргона, установление причин разброса эффективного КПД сжатых дуг и методики экспериментально-аналитического определения параметров распределения теплового потока от сжатой дуги к изделию.

6. Общие закономерности саморегулирования сжатой дуги в технологических процессах и подход к автоматическому регулированию процессов обработки материалов сжатой дугой по математической модели.

Методы исследований.

В работе использовались методы теорий тепло- массопереноса, скоростная киносъемка и фотосъемка дуги, осциллографировапие линейных токов и фазных напряжении дуг трехфазного факела, калориметрирование тепловых характеристик дуга, измерение динамического напора плазменных струй с помощью методики стробирующего отверстия в изделии. Для определения параметров распределения теплового потока от дуги разрабатывалась специальная методика, основанная па совместном калориметрировании эффективной мощности и анализе температурного поля от неподвижного источника тепла. Для определения падения напряжения в столбе дуги на закрытом участке разработана методика, основанная на замере потенциала сопла относ-тиельно электродов на прямой и обратной полярности. Теоретические исследования дифференциальных уравнений в частных производных проводились аналитически и численными методами с применением разработанных автором программ для ЭВМ. Сложные математические модели приводились в удобный для инженерной практики вид с помощью теории планирования эксперимента.

Научная повгона работы заключается в том, что на основе нового вида сжатой сварочной дуги впервые предложена методология проведения и выполнения комплексных теоретических и экспериментальных исследований связи энергетических процессов, происходящих в сжатой дуге с ее технологическими характеристиками, на ее основе разработан комплекс математических моделей определения основных энергетических и технологических характеристик трехфазной сжатой дуги в зависимости от основных режимных параметров и предложены алгоритмы проектирования, оптимизации и автоматического регулирования технологических процессов обработки сжатой дугой.

В частности, решена проблема формирования и обеспечения устойчивости повторных зажиганий трехфазной сжатой дуги переменпого тока с высокой плотностью выделения энергии. На оспове исследования вентильного эффекта при горении зависимых дуг , обусловленного наличием в трехфазном факеле межэлектродной дуги, установлена ее ведущая роль в обеспечении повторных зажиганий. Обнаружен эффект повышения устойчивости повторных зажиганий зависимых дуг с увеличением расхода плазмообразующего аргона, вызваемый воздействием потока плазмообразующего газа на катодную область у изделия.

Предложен подход к решению нелинейного дифференциального уравнения баланса энергии столба дуги в канале плазмотрона, заключающийся в задании формы распределения плотности источников тепла, позволивший получить методики расчета основных энергетических характеристик сжатой дуги в аргоне. Установлено, что сечение изолирующей прослойки аргона составляет незначительную часть сечения канала сопла и получены зависимости толщины прослойки от режимов дуги. Показано, что преобладающую роль в повышении напряженности электрического поля с увеличением расхода плазмообразующего аргона играет снижение его среднемас-совой температуры. Толщина изолирующей прослойки является характеристикой электрической прочности но отношению к аварийному режиму двойного дугообразования.

Впервые показано, что количественным критерием опасности возникновения аварийного режима работы плазмотрона является средняя пробойная напряженность электрического поля в изолирующей прослойке, равная отношению падения напряжения в столбе дуга на закрытом участке к минимальной толщине изолирующей прослойки в конечном сечении сопла и уста-

новлены зависимости критерия от основных параметров сжатой дуги. На основе анализа аварийных режимов получены конкретные значения критерия, чгто позволило предложить экспериментально-расчетный метод определения безаварийных режимов.

На основе раздельного рассмотрения энергетических характеристик приэлектродных областей, закрытого и открытого участков столба сжатой дуги в среде аргона впервые разработаны методики расчёта эффективной мощности и напряжения дуги при обработке алюминиевых сплавов, а также определения параметров теплового потока от дуги к изделию в условиях, приближенных к условиям сварки. Также показано, что газокинетическое давление сжатой дуги преобладает по сравнению с другими составляющими ее силового воздействия и разработана методика расчета среднего газокинетического давления струи плазмообразующего аргона.

Обнаружено, что в ряде процессов с использованием сжатых дуг имеет место явление саморегулирования технологических характеристик в системе " дуга- источник питания- изделие", определены общие признаки возможности саморегулирования системы и получен критерий полного статического саморегулирования.

Предложен новый способ и механизм образования электрозаклепочного сварного соединения тонких алюминиевых пластин трёхфазной сжатой дугой, путем определения энергетических условий получения и устойчивого существования в ближнем свариваемом элементе сварочной ванны тороидальной формы и осуществления обратного перехода от тороидальной ванны к плоской на завершающей стадии процесса.

Обоснован подход к автоматическому регулированию процессов обработки сжатой дугой по математической модели обобщенного критерия регулирования, обусловленный ростом числа изменяющихся параметров режима, заключающийся в контроле за ними в ходе обработки, расчету регулируемого параметра и его установления.

Практическая ценность -установлено, что качестве дежурной дуги для зажигания сжатого трёхфазного факела следует использовать дугу между неплавящимися вольфрамовыми электродами плазмотрона, питаемую от рабочего источника питания и определены основные требования к источникам питания в зависимости от вида технологического процесса, разработана методика определения внешних характеристик трёхфазного источника питания и индуктивных сопротивлений в фазах электродов, обеспечивающих оптимальный коэффициент токов Кт~ 1,73;

- разработаны ряд конструкций двухэлектродных плазмотронов и методика определения их основных конструктивных элементов, инженерная методика определения тепловой мощности, отводимой в плазмотрон от столба дуга, позволяющая проектировать рациональную систему охлаждения плазмотрона;

- разработаны и применены в промышленности технология и установки для плазменной резки алюминиевых сплавов с катодной очисткой поверхности реза с использованием кромок под сварку после резки без дополнительной подготовки;

- разработан новый эффективный технологический процесс сварки электрозаклепками трёхфазной сжатой дугой тонкостенных алюминиевых конструкций с катодной очисткой поверхности нижнего сваривземого элемента;

- получена устойчивая в отношении повторных зажиганий малоамперная трёхфазная сжатая цуга, разработаны источники питапия и плазмотроны для сварки малоамперной дугой, изучены ее основные энергетические и технологические характеристики;

- на примере плазменной сварки электрозаклепками тонкостенных алюминиевых элементов разработаны алгоритмы и программы решения прямой и обратной задачи компьютерного про-гктирования и оптимизации режимов сварки с использованием разработанных математических чоделей дуги.

Использование результатов:

Технологии и оборудование, разработанные на основе выполненных исследований, исполь-юваны в производственном объединении "Куйбышевазот"для ремонта алюминиевых аппаратов то производству крепкой азотной кислоты, на Волжском автомобильном заводе для точечной жарки экспериментальных образцов алюминиевых кабин электромобилей, на ряде ремонтных тредприятий агропромышленного комплекса Ставропольского района Самарской области, в /фимском управлении Самарского треста "Теплоизоляция" для крепления алюминиевых кожу-:ов теплоизоляционных покрытий, пассажирском предприятии № 2 г. Тольятти, Дубненском ¿ашиностроительном заводе и ряде других предприятий, используются в учебном процессе фи подготовке студентов специальностей 12 05 00 и 12 Об 00 на кафедре "Оборудование и ехнология сварочного производства" Тольятпшского политехнического института. Акты вне-фения на общую сумму экономического эффекта в размере 1260 тыс. рублей ( в масштабе цен да 1992 г.) приведены в приложении к диссертации. Долевое участие автора в получении эко-юмического эффекта составило 75%.

Апробаппя паботы.

)сновные положения работы докладывались на Международных научно-технических конфе-1енциях: 1989 г. - Иваново; 1991 г. - Суздаль; 1993 г. -Ростов на Дону; С.-Петербург; 1995 г.->.мбов; 1996 г. - Мариуполь; Всесоюзных: 1982 г. - Ташкент; 1987 г. - Иваново; 1988 г. -1ермь; 1992 г. - Тольятти; Российских: 1995 г. - Пермь; 1996 г. — Рыбинск, Тула; 'егиональных конференциях: 1986г., 1990 г. - Свердловск; 1989 г., 1992 г. - Рыбинск; 1996 г. -"ольятти; 1997 г. - Ижевск; Тольятти.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 80 печатных работ, в том числе олучено 22 авторских свидетельства на изобретения.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, краткой характеристики аботы , восьми глав, списка литературы из 288 наименований. Содержит 399 страниц машино-исного текста, включая 37 таблиц, 200 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведён анализ литературных данных по изучению основных энергетичс-ких и технологических характеристик сжатых дуг постоянного и переменного тока. Прежний ериод развития техники сжатых дуг можно охарактеризовать, как носивший преимуществен-о интенсивный характер. Быстро развивались новые способы обработки, а теоретическое смысленис и обобщение свойств и возможностей сжатой душ не успевало за ходом её практн-еского использования. Многие из положений, установленных для свободных дуг, примени-ы к сжатой, но во многом она имеет существенную специфику. Сжатая дуга позволяет значн-гльно расширить возможности регулирования и управления сварочными процессами, ко для

этого требуются серьезные усилия по обобщению накопленного экспериментального и теоретического материала.

Большинство исследований проводились или только по изучению физических свойств дуги, или носили чисто прикладной характер. Исследований, посвягцёппых связи физических и технологических свойств дуги немного, и они не позволяют создать цельной теории технологического применения какого либо вида сжатой дуги. Недостаточно исследованы тепловые и особенно силовые характеристики дуги и их воздействие па формирование свойств обрабатываемого изделия. В некоторых случаях в сварочной литературе в обороте остались представления о сжатой дуге, возникшие в период её первоначального изучения и с тех пор не подвергавшиеся критическому переосмыслению. К ним относятся фундаментальные понятия о механизме и основных факторах, влияющих на сжатие дуги.

В литературе мало освещены вопросы особенностей сжатых дуг, как объекта регулирования в технологическом процессе. Между тем увеличение числа режимных параметров и их сильная взаимосвязь приводят к необходимости новых подходов к этой проблеме.

Для решения этой задачи требуется углублённое теоретическое изучение физических процессов, протекающих в дуге, и их влияния на её технологические свойства.

Отдельным вопросам энергетических и технологических свойств сжатой сварочной дуги посвящены исследования, выполненные в Институте электросварки им. Е.О. Патона (B.C. Гвоздецкий, Д.А. Дудко, И.И. Заруба, А.Н. Корниенко, В.К. Лебедев, Г.И. Лесков, B.C. Мечев, Б.Е. Патон, Г.С. Хурцидзе, Э.М. Эсибян), в МГТУ им. Н.Э. Баумана (А.И. Акулов, Э.А. Гладков, В.М. Ямпольский), в Институте металлургии им. Байкова (A.A. Ерохин, И.Д. Кулагин, A.B. Николаев, H.H. Рыкалин, Н.В.Самойленко), ВНИИАвтогенмаше (К.В. Васильев), в Российском Институте сварки (Т.Д. Быховский), Санкт-Петербургском техническом университете (В. П. Демянцевич, Н. А. Соснин), Челябинском техническом университете (В.А. Малаховский, И.Р. Пацкевич, В.А. Стихии), Пермском техническом университете (Ю.М. Тыткин, Ю.Д. Щицын), НИКИМТе (Б.Д. Бейдер, В.Е. Ионии, И.С. Шапиро) и других организациях, а также работы зарубежных исследователей.

Изучение энергетических характеристик сжатых сварочных дуг до сих пор носило преимущественно экспериментальный характер. В основном изучались напряженность электрического поля на открытом и закрытом участках столба сжатой дуги и ее интегральное тепловое воздействие на обрабатываемое изделие. Установлено существенное различие свойств дуги на закрытом и открытом участках. Напряженность электрического поля на закрытом участке в несколько раз превышает аналогичный показатель для свободной дуги и наиболее сильно зависит от диаметра формирующего столб дуги канала сопла плазмотрона и расхода плазмообразую-щего газа. Повышение выделения энергии в канале приводит к повышению вольтова эквивалента эффективной мощности дуги Uv Эффективный КПД сжатых дуг изменяется в значительно больших пределах, чем у аналогичных свободных дуг. Использованию КПД при проведении расчетов также препятствует сильная зависимость напряжения сжатой дуги от параметров режима, число которых возрастает. Поэтому определение эффективной мощности сжатой дуги целесообразно путем получения ее прямой зависимости от параметров режима. Важным отличием сжатой дуги от свободной, позволяющим решить такую задачу является то, что плазменный поток, направленный к изделию, становится регулируемым и управляемым.

Распределение температур в сжатых дугах исследовано недостаточно и в основном для открытого участка. Противоречивый характер носит информация о роли плазмообразующего газа в сжатии дуги и толщине изолирующего слоя между столбом дуги и стенкой капала сопла. Это во многом связано с недостаточной развитостью теоретических методов расчета сжатой дуга па закрытом участке. Этот участок с трудом подвержен экспериментальному изучению из-за его малых размеров и высокой плотности выделения энергии.

Были проанализированы известные в сварочной технике расчетные методики оценки энергетических характеристик сжатых дуг. Основой такой опенки является дифференциальное уравнение баланса энергии дуги. До сих пор рассматривались модели, учитывающие в качестве расходных членов уравнения в отдельности теплопроводность в радиальпом направлении (B.C. Гвоздецкий, В.А. Ионин) или излучение( Г.Л. Лесков), или только конвекцию в осевом направлении (В.В. Фролов и Л.М. Персии). Такие модели работоспособны в ограниченной области плотностей расхода плазмообразующего газа - в области самых малых или больших расходов. Поэтому актуально создание моделей, учитывающих совместное влияние теплопроводности, конвекции и излучения. Такие модели разрабатывались для других областей плазмепной техники, однако они не могут быть перенесены на сжатую сварочную дугу, так как рассчитаны на дуги с низкими плотностями тока и расхода газа, примерно на порядок меньшими, чем в сварочных дугах.

Для раскрытия физических причин явления двойного дугообразовапкя было много сделано такими исследователями, как Д. Г. Быховский, A.B. Николаев, И.С. Шапиро, В.А. Ионин, Ю. Н. Киселев. Наиболее полная и адекватная, физическая картина процесса предложена A.B. Николаевым. Из нее видна осповная роль изолирующей прослойки газа между столбом дуги и стенкой сопла и падения напряжения в канале. Однако отсутствие методик количественного определения этих величин не позволяло разработать корректные подходы к оценке опасности возникновения аварийного режима. Показано, что известные представления носят качественный характер и не позволяют расчетом определять область режимов устойчивой работы плазмотрона.

Проанализированы основные данные по сжатой однофазной дуге переменного тока и свободной трёхфазной дуге в среде аргона, в том числе по устойчивости повторных зажиганий. Зависимости энергетических характеристик сжатой однофазной дуги от параметров режима носят качественно одинаковый характер с дугами постоянного тока. Получить устойчивую однофазную сжатую дугу оказалось возможным только при достаточно больших напряжениях холостого хода источника питания (120 В) и небольших расходах плазмообразующего газа. Устойчивость повторных зажиганий однофазной сжатой дуги по сравнению со свободной дугой существенно понижается из-за деионизирующего воздействия на столб дуги плазмообразующего газа. В то же время динамические вольтамлерные характеристики однофазной сжатой дуги свидетельствуют о возможности повышения критических токов двойного дугообразования за счет нестационарного характера процесса. В целом сжатая однофазная дуга переменного тока не нашла широкого применения для дуговой обработки алюминиевых сплавов.

В работе рассмотрены известные случаи применения трёхфазной дуги для получения плазменных струй в других областях техники. Обоснован выбор конструктивной схемы сварочного плазмотрона, формирующего трёхфазную сжатую дуг)'. Установлено что препятствиями в пч-

лучении сжатой трехфазной дуги прямого действия могут быть смещение электродов относительно оси канала сопла, сложность обеспечения устойчивого горения дежурной дуги между электродами и соплом плазмотрона и существенная асимметрия напряжений независимой и зависимых дуг, приводящая к снижению роли независимой дуги в поддержании устойчивого горения всего трехфазного факела. В результате проведённого апализа были сформулированы основные задачи исследования, решение которых необходимо для достижения поставленной цели:

- изучить возможность получения трёхфазной сжатой дуги прямого действия с высокой плотностью энергии в канале сопла и исследовать основные условия устойчивости её повторных зажиганий;

- разработать физическую и математическую модели энерговыделения в трехфазной сжатой дуге, горящей в среде аргона, позволяющие с достаточной для инженерной практики точностью рассчитывать энергетические характеристики дуги;

- предложить критерий и определить основные условия безаварийных режимов работы плазмотронов;

- исследовать основные электрические, тепловые и силовые характеристики трёхфазной сжатой дуги, горящей в аргоне, для широкого диапазона режимов;

- разработать промышленные технологии и оборудование по применению трёхфазной сжатой дуги и методики их оптимизации

Во второй главе описана разработанная экспериментальная установка, особенности формирования сжатой дуги с помощью двухэлектродного плазмотрона, способы и условия зажи-1-аяия дежурной межэлектродной и зависимых дуг. Для проведения экспериментов были спроектированы и изготовлены несколько конструкций двухэлектродных плазмотронов но предложенной общей конструктивной схеме( рис. 1).

Конструкции позволяли изменять диаметр вольфрамовых электродов, расстояние между их торцами и формирующим столб зависимых дуг каналом сопла, зазор между торцами электродов, параметры формирующего сопла. В качестве плазмообразуклцего газа в основном использовался аргон, который вводился в камеру плазмотрона тангенциально или аксиально.

Эксперименты проводили с помощью специально разработанных трехфазных источников питания с напряжениями холостого хода Ц, от 60 В до 110 В. Для осциллографирования линейных токов и фазных напряжений дуг использовались электронно-лучевые и светолучевые осциллографы. Форма дуга определялась посредством скоростной киносъемки кинокамерой СКС-1М.

Для зажигания зависимых дуг в качестве дежурной исследовалась независимая дуга, горящая между неплавящимися электродами. Сопло в этом случае оставалось электрически нейтральным. Расстояние между торцами электродов должно составлять 2.. .3 мм, угол между осями электродов 20...25 градусов. При расходе аргона менее 0,2 г/с зажигание межэлектродной дуги успешно осуществляется при ио= 60 В. С увеличением ио до 110 В время зажигания межэлектродной дуги уменьшается, а предельный расход газа, при котором происходит устойчивое зажигание, возрастает. Важную роль в успешном зажигании межэлектродной дуга играет разогрев торцов электродов, о чем свидетельствует снижение длительности зажигания с увеличе-

нием установленного тока. Зажигание межзлектродной дуги рекомендовано проводить на пониженном, по сравнению с рабочим, расходе аргопа.

Зависимые дуги зажигаются при токе межзлектродной дуги свыше 50 А в полупериод подачи на дуговой промежуток зависимых дуг напряжешы прямой полярности. Дистанция от плазмотрона до детали, при которой происходит зажигание, увеличивается с ростом тока дежурной дуги и мало зависит от расхода плазмообразующего газа (рис. 2). При установке рабочих токов зависимых дуг свыше 70 А обеспечивается необходимый минималъпый ток межэ-лсктродпой дежурной дуги до начала рабочего процесса, что не требует специальной его установки и регулировки.

После зажигания зависимых дуг с помощью межэлектродной дуга на некоторых режимах наблюдалось их нестабильное горение, сопровождающееся значительными колебаниями показаний приборов и измене1шем звучания дуга. Осцнллографировагше токов и напряжений дуг и скоростная киносъемка показали, что зависимые дуги па таком режиме не горят в течение части, и даже всего полупериода обратной полярности. В тот же период времени горит межэлектродная дуга, что свидетельствует о недостаточности ее ионизирующего воздействия для возникновения катодной области у детали. При увеличении расхода плазмообразующего аргопа нестабильный процесс переходит в стабильный, что сопровождается уменьшением напряжения зажигания зависимых дуг обратной полярности и, о6р и изменением формы осциллограммы преддугового тока ¡„. (рис. 3). Ранее Д.А. Дудко и А.Н. Корниенко было установлено, что уменьшение и х „6р в небольших пределах имеет место и для однофазной сжатой дуги. Эксперименты, проведенные в настоящей работе, показали, что уже при весьма небольшом увеличении расхода плазмообразующего аргона однофазная дуга, в отличие от трехфазной, гаснет. В ней, при увеличении расхода газа, наряду с улучшением условий формирования катодной области у детали, имеет место ухудшение условий ее возникновения у электрода. В трехфазном факеле стабильное формирование катодной области у каждого из электродов плазмотрона обеспечивает межэлектродная дуга. Была разработана методика изучения условий возникновения катодного пятна на детали, заключающаяся в подключении к плазменному промежутку дежурпой межэлектродной дуги напряжения обратной полярности от источника постоянного тока. Изучение влияпия материала детали на устойчивость повторных зажиганий зависимых дуг показало, что наибольшее напряжение зажигания имеет место на стальной детали, а наименьшее на детали из меди.

Важным фактором устойчивости повторного возбуждения зависимых дуг обратной полярности является мгновенное значение тока межэлектродной дуги ¡„ в момент смены их полярности (рис.4). При резке алюминия ¡„ > 100 А. Напряжение зажигания и, зависимых дуг существенно уменьшается с приближением плазмотрона к детали. Это объясняется увеличением ионизирующего воздействия межэлектродной дуги на дуговой промежуток зависимых дуг и, как следствие, улучшением условий возникновения катодной области во время перемены полярности с прямой на обратную. Выполненные исследования позволили определить условия получения устойчивой трехфазной сжатой дуги.

Изучение степени слияния зависимых дуг в трехфазной сжатой дуге проводилось на основе изучения динамических вольтамперных характеристик (ВАХ) фазных дуг и кинограмм скоростной киносъемки столбов зависимых дуг. Мгновенные значения фазных токов определялись с

Рис.1. Принципиальная схема двухэлектрод-ного плазмотрона. 1 - вольфрамовые электроды; 2 - изолирующий корпус; 3 - элек-трододержатели; 4 - сопло; 5 - сменная вставка; б- трехфазный трансформатор; 7 -изделие

м £

&

"пр, Г1М

30 ¿5 2.0 ¿5

Ш 0,2. 43 0.4 0,5- Ь,г/с

Рис.2. Зависимость длины пробойного промежутка 1пр от тока межэлектродной дуги и расхода нлазмообразующего аргона:

1 -= Г(1о); 2,3 - 1пр =[(С});

2 - 1о =115 А; 3 - 10 =50 А

ОМ-

0,В Ц

Рис. 3. Кривые преддугового тока при обратной полярности (графитовая деталь, =■ 6 мм. ]л - 100 А, Кт= 1,6,1»„ - 3 мм, 1с = 5 мм) 1 - в,, =■ 0,36 г/с; 2 - 0„ - 0,36 г/с; 3 - Ол = 0,54 г/с.

¿50

М

50

V

к <

1

0.«

0,8

60

ВО

т

_С,г/с Те А

Рис. 4. Зависимость напряжения зажи-гания зависимых дуг: 1,2,3 - от расхода аргона, 4 от тока межэлектродной дуги ¡0; 1 - медная деталь, ]я - 5 мм. ],, = 5 мм, 1С = 3 мм, с!с -= 6 мм, ¡„ = 80 А, 1д = 200 А, Кт = 1,7; 2,3 -¡рафитовая деталь - 1л = 120 А, 1с = 3 мм, ~ 4 мм ( 2 - трехфазная дуга. К, = 2 прямая полярность; 3 - однофазная дуга); 4 - медная летать 1- - 5 мм. 0„ = 0,9 г/с. с!с - 6 мм, 1,„+10 5 мм.

3

помощью осциллограмм трех линейных токов на основе известного допущения о горении в трехфазном факеле в каждый момепт времени не более двух дуг. Аномальный вид динамической ВАХ одной из зависимых дуг, заключающийся в том, что ниспадающая ветвь характеристики располагалась над возрастающей ветвью, указывал на то, что дуги объединяются в единый осесимметричный столб с общими параметрами, что подтверждается фотографиями и ки-нщраммами столба зависимых дуг(рис.5). Анализ динамических характеристик зависимых дуг показал отставание во времени максимума напряжений от максимума тока. Это вызвало отставанием токоведущего сечения от соответствующего ему значения для стационарной дуга. Такое отставание способствует более устойчивому горению дуги в отношении аварийных режимов. Величина гистерезиса динамических ВАХ зависимых дуг па протяжении большей части полупериодов прямой и обратной полярности не превышает 5% от среднего значения мгновенных токов. Это позволяет вести расчета энергетических характеристик трехфазной сжатой дуги как для квазнстационаркой дуги по некоторому эквивалентному значению постоянного тока.

Теоретически, на основе анализа топографических диаграмм цепи, содержащей асимметричную трехфазную дугу с низкими значениями коэффициента напряжений К„ < 0,2 , было показано и экспериментально подтверждено, что асимметрия длин и напряжений независимой и зависимых дуг, а также смещение торцов электродов относительно оси канала сопла не являются препятствием для получе1шя максимального коэффициента токов в трехфазной сжатой дуге К, = 1,73, позволяющего уменьшить сечепие и расход неплавящихся электродов, габариты плазмотрона. Высокие значения К, обеспечиваются при регулировании токов в линиях электродов индуктивными сопротивлениями. Была разработана графоаналитическая методика расчёта внешних характеристик источника инталия трёхфазной сжатой дуга. Методика позволяет с достаточной для инженерной практики точностью рассчитать индуктивные сопротивления фаз источника питания при заданных токах в электродах и изделии. Симметричное значение токов в электродах достигается за счет асимметрии индуктивных регулировочных сопротивлений фаз (рис.6). Поэтому источники питания трехфазной сжатой дуги должны позволять независимо регулировать сопротивления в линиях электродов.

В третьей главе разрабатывалась математическая модель расчета энергетических параметров столба сжатой дуги в цилиндрическом канале. Рассматривалось уравнение баланса энергии стационарной цилиндрической дуга в виде

о Е,2 - рV2 Ср (5Т/Й7.) + 1 /г (3 /дг) \ т(д Т /дг) -U, = 0 (1)

где: ст- электропроводность; Е, - напряженность электрического поля; р - плотность; V, - осевая скорость; Ср - теплоемкость; Т - температура газа; гиг- осевая и радиатьная координаты; л - теплопроводность; ил - удельная энергия излучения.

Разность между первым и вторым членами в уравнении (1) можно представить, как некоторую функцию источников тепла W(r. z) в цилиндре. На основании анализа известных распределений температур и коэффициентов переноса плазмы в поперечном сечении канала сжатой сварочной дуги, в данной работе было принята допущение, что W (г ) = const (рис.7). В этом случае уравнение (1) можно заменить системой двух уравнений

стЕ/- pV7 Ср (ÖT/dz) = W(z); (2)

-1 /г (Э /ст) X г(д Т /дг) = W(z) . (3)

Для учета зависимости X от Т решение уравнения (3) производилось с помощью известной функции теплового потенциала 5

Т

Г

б= | х (Т) ат.

J

о

В результате профиль тепловых потенциалов в любом сечении описывается формулой

Б = (Я2 - г3 )/4, (4)

а связь между плотностью источников XV и средним тепловым потенциалом сечения 5

V/ = 8 Б / , (5)

где И, - радиус канала сопла, см.

Вследствие введения функции § уравнение (2) приводится к виду

а1/с12-31й2 Б"4/и 9 В ^(2 8-8п)м+8и 5"79Со = 0, (6)

где в,, - расход плазмообразующсго аргона, г/с; Э, В - коэффициенты, интегрально учитывающие зависимость коэффициентов переноса плазмы от температуры; Бп - тепловой потенциал, при котором аргон становится электропроводным. При Т = 6000 К, Б„ = 5,6 Вт/см.

Для определения папряжешгости электрического поля в сечении г канала было получено выражение

Е(2) = 31д 8/[лК,2В(2 5-{у«]. (7)

Граничное условие в начальном сечении капала принималось из условия наличия электрической проводимости на оси дута. Учитывая зависимость (4)

5 1^-8^2. (8)

После определения в из уравиепия (6) рассчитывается напряженность Е, по формуле (7), и падение напряжения в канапе сопла ис

1с

г

ис= |Е(7.)ё2. (9)

J

О

С помощью формулы (5) получили выражение для удельной мощности, отводимой в стенки сопла па единице длины канала

Яс= К,2 = 8 тт 1(г). (10)

Важное значение имеет общая тепловая мощность (}е. отводимая в сопло плазмотрона

'с

Г

дс-8л I Б (г)с^ (11)

J

О

Для решения уравнения (6) и вычисления Е„ и,. (¡)с была разработана компьютерная программа. Численное решение уравнения (б) производилось методом Рунге-Кутта, а интегрирование для получения ис и С>с - методом трапеций.

и±

ип

0,9

О,В

4?

0.8

**

0,1

ОМ

0.6

0.8

К»

Рис. 5 Влияние коэффициента К„ на величину падения напряжения в линиях электродов: 1-их.х/идз = 3. 2-их.х/и„ = 2.

Рис. 6. Кинограмма процесса горення трехфазной сжатой дуга: 1д *= 200 А, 1,-150 А, (1с =1С = 4 мм, 10 = 4 мм; скорость съемки 1200 кадров в секунду.

й, Вт

600

3ОС1

4 хч

ч\\ \\ V /-ч ! У п

0,05

О,{О

0,Г/С

Рис. 7. К методике расчета параметров сжатой дуги

Рис. 8. Зависимости мощности, отводимой в сопло, от расхода птазчообразующего аргона 1 - опытные данные ; 2 - расчёт по формуле (11 ); ? - расчет с учётом поправки (Оп ~ 0.06 г/с, с1с =:с = 4мм)

Проверка расчетной методики проводилась путем сравнения расчетных данных для Егс экспериментальными данными работ И.Р. Падкевича и В.А. Стихина, Д.Г. Быховского и для трехфазной сжатой дуги.

Совпадение расчетных и экспериментальных данных табл. 1 достаточно высокое. Среднее отклонение составляет около 11%. Расчетные напряженности выше экспериментальных и отклонение возрастает с увеличением плотности тока. Напряженность поля в свободной дуге составляет 0,5-1,0 В/мм. Следовательно, напряженность па закрытом участке сжатой дуги повышается в несколько раз по сравнению со свободной дугой. При удельных расходах аргона g в несколько г/см2с сходимость по напряженности уменьшается. Для утешения расчетной методики с целью применения ее для высоких удельных расходов g было предложено вносить поправку в граничные условия во входном сечении сопла. Энергия, необходимая для доведения газа до проводящего состояния в зависимости от параметров режима прибавлялась к электрической энергии, получаемой при граничном условии (8). В результате значения теплового потенциала и теплоотвода в сопло уменьшаются, а напряженности возрастают.

Таблица 1

Средние расчётные и опытные значения Еср в канале для дуги постоянного тока

<1с, мм 1,А О», г/с Еср, В/см опыт расчет Ео/Ер» 100% У**. А/см 1с/0„> см» с/г

4 100 5,93 «10"2 20,5 22,1 +7,0 500 6,75

4 150 5,93*10"2 24,0 24,6 +2,5 750 6,75

3 100 3,21-Ю"2 24,5 28,0 +14,3 667 12,5

3 150 3,21 • 10"2 29,0 32,3 +11,4 1000 12,5

2 100 1,48*10'2 35,0 42,0 +20,0 1000 27,0

Примечание 1с = 0,4 см, g = 0,5 г/см2 с.

Результаты сравнения расчетных и опытных значений для тепловой мощности, отводимой в сопло, также дают хорошую сходимость, приемлемую для инженерных расчетов (рис.8).

Для замеров падений напряжений в канале сопла трехфазной сжатой дуги была разработана специальная методика. Она заключается в измерении потенциала сопла относительно электродов в полупериоды прямой и обратной полярностей. Потенциалы фиксировались в момент прохождения тока в детали через максимум. По сравнению с методикой зондирования плазмы открытого участка столба сжатой дуги постоянного тока, данная методика позволяет устранить погрешность измерений, обуславливаемую «контактным» потенциалом, появление которого вызывало высокой разностью температур между плазмой и зондом. Падение напряжения в канале сопла определяется по формуле

— (и спр + И собр - ив - Ц,)/2 , (12)

где ис пр и и с „бр - соответственно потенциалы сопла относительно электрода на прямой и обратной полярностях; 11, и и, - соответственно катодное и анодное падения напряжения для электрода. Высокая точность методики обусловлена также тем, что сумма и. +и, для вольфрамового электрода известна достаточно точно. Помимо этого методика позволяет дополнительно контролировать результаты проведением аналогичных замеров потенциала сопла относительно

14

электрода- изделия. При этом сумма замеров дает напряжение дуги, которое контролируется точно.

Данные табл. 2 свидетельствуют о хорошей сходимости результатов расчётов и опытов при расходах газа, характерных для процесса плазменной сварки.

В четвёртой главе предлагается и обосновывается количественный критерий аварийного режима двойпого дугообразования.

Разработанная расчетная методика позволила определить вид зависимостей температуры, напряженности, падения напряжепия в канале сопла от длины и радиуса сопла, плотности тока и расхода плазмообразующего газа. С помощью формул (4) и (5) было получено выражение для толщины изолирующей прослойки между столбом душ и стенкой сопла

Л = ЯС{1 ад"2}, (13)

Таблица 2

Сравпепие расчетных и опытных данных по напряжениям 1_!с в канале сопла для трехфазной сжатой дуги

Ток дуги, и„,в и. „р. в и«-,, в и„в

1д, А опыт расчет

150 27,5 14,5 15,5 10,5 9,9

180 28,5 15,0 16,4 11,2 11,8

210 28,8 15,3 17,1 11,7 .10,7

240 29,5 15,8 17,8 12,3 13,0

Примечание: 0„ = 4 л/мин; с1с = 5 мм; 1, = 4 мм; 10 = 5 мм. Материал детали - вольфрам; ик +

и, = 9 В.

Величина Д уменьшается в направлении движения плазмообразующего газа. На выходе из сопла при условии, что длина сопла 1с равна его диаметру с!,, при ] - 10-20 А/ мм2 , значения Д изменяются в пределах 0,02...0.05 мм (рис.9). Полученные зависимости для толщины прослойки дополнительно проверены с помощью метода тепловых потоков и получены аналогичные результаты. Из рис. 9 следует, что сечение прослойки составляет весьма малую часть сечения канала, поэтому низка ее роль в конвективном переносе энергии. Основная часть конвективного переноса энергии приходится на зону проводимости. С увеличением расхода плазмообразующего газа толщина прослойки хотя и увеличивается, но ее доля в сечении канала остается незначительной. Ипаче говоря, преобладающую роль в увеличении напряжепия сжатой дуги с увеличением расхода газа играет снижение температуры столба дуги, а не увеличение сечения прослойки. Этот вывод имеет большое значение для ре1улирования энергетических характеристик дуги.

Было показано, что в связи с малой толщиной изолирующей прослойки среднемассовая температура газа в ней мало зависит от параметров режима дуги и поэтому толщина прослойки может характеризовать ее электрическую прочность по отношению к электрическому пробою. Явление пробоя и возникновение активных пятен аварийных дуг лимитируется на прямой полярности возникновением катодного пятна и выходном сечении сопла, в котором значение А минимально и приложено максимальное напряжение пробоя, равное падению напряжения в канале ис. На обратной поляркости, согласно модели А.13. Николаева, такое же надеине напряжения приложено уже к прослойке максимальной толщины в начальном сечении сопла. Следо-

15

вательно, критические токи аварийного режима иа обратной полярности должны быть выше, чем на прямой. Эксперименты по получению критических токов в трехфазной сжатой дуге подтвердили справедливость таких предположений. Двойная дуга возникает первоначально только на прямой полярности и лишь после достаточно значительного повышения тока стабильно присутствует и на обратной полярности .

Для определения области устойчивой работы сжатых дуг был предложен количественный критерий - средняя пробойная напряженность электрического поля в изолирующей прослойке

Еср°р =ис/Дт!в, (14)

где Ц. - падение напряжения в канале сопла, В; Д тк - минимальное значение толщины изолирующей прослойки в конечном сечении сопла, определяемое с помощью формулы (13).

Чем больше Еср°р, тем ближе данный режим дуги к критическому режиму. Для оценки величины Еср"р , как критерия аварийного режима, исследовались зависимости этой величины от параметров сжатой дуги, которые можно представить в виде формулы

— 4,9б»10"2I/3 т / с!с1Ш (15)

где т - множитель, зависящий от 1с и в,. Из формулы (15) следует, что Еср"р зависит от плотности тока почти в квадратичной зависимости.

Большое влияние на величину Еср"р оказывает также длина сопла 1, = (рис.10). Это обусловлено тем, что при изменении этой величины числитель и зпачепатель в формуле (15) изменяются противоположно.

Известно, что с увеличением расхода плазмообразующего газа критические токи двойного дугообразования повышаются. С увеличением расхода плазмообразующего аргона параметр Еср"1' уменьшается, что является качественным подтверждением корректности критерия Е(р"р , поскольку в этом случае числитель и знаменатель в формуле (15) изменяются подобно.

Для использования критерия Есрпр рассчитывались его значения для приводимых в литературе аварийных режимов. Обобщались данные четырех различных работ, охватывающие широкий диапазон режимов сжатой дуга. Критические значения Е[р"р1<р изменялись в пределах 2001100 В/мм. По порядку величин это согласуется с напряжешгастями пробоя газовых промежутков. Анализ показал, что разброс обусловлен наличием существенной зависимости пробойной напряженности от диаметра канала сопла, что также известно в электрической теории пробоя. Дтя сжатой дуги постоянного тока прямой полярности в аргоне зависимость имеет вид

Ес;рч> = 1060/(<1с),'и , (16.1)

а для трехфазной сжатой дуги в аргоне

Е1Р"ргр = 9бО/(с1с)'-12 (16.2)

Для использования предложенного критерия при проектировании плазмотронов л технологических процессов предложен расчетно-экспериментальный метод. Условие устойчивости дуги по отношению к аварийному режиму можно представить в виде

Ес;р - IV < [Еер"ркр] = Еср"ркр /п , (17)

гае [Еср"''«р ] - допускаемое значение расчетной критической напряженности пробоя; Еер"''К|, -критическое значение пробойной напряженности, определяемое расчетом по критическим режимам; п - коэффициент запаса по устойчивости, выбираемый в зависимости от ряда факторов.

Выбор п должен производиться на основе накопления экспериментальных данных по двойному дугообразованию и их математической обработки. Коэффициент запаса выбирается та-

ким, чтобы при изменении неучтенных в расчете факторов (форма камеры, система подачи газа, материал сопла и др.) на расчетных режимах, полученных в одних условиях опыта, не возникал аварийный режим в других условиях. Чем больше изменяются условия работы рассчитываемого плазмотрона но сравнению с плазмотроном, для которого получены зпачения Есрлр1ф, тем эольше должен приниматься коэффициент п. Наоборот, если значения Ес|)'1,11р рассчитываются непосредственно для условий данного технологического процесса, коэффициент п может быть выбран меньшим.

Величина Еср,,рК]1, в свою очередь, может служить важнейшей характеристикой технологических возможностей плазмотрона. Чем выше Ес пр1ф, полученные для данной конструкции плазмотрона тем выше его энергетические возможности. На плазмотроне с большим Еср"ркр можно повысить энтальпию и кинетическую энергию пиазмообразующего газа.

В пятой главе приводятся результаты исследований тепловых и силовых характеристик трехфазной сжатой дуги. Эксперименты по изучению зависимостей эффективной мощности от параметров трехфазной сжатой дуги на алюминиевой детали показали, что имеет место существенный рост мощности с увеличением длины открытого участка дуги. Это свидетельствует о том, что значительная часть мощности, выделяемой на открытом участке дуги, передается изделию. Причиной этого, по-видимому, является дополнительный подогрев газа в столбе дуги на открытом участке. Поэтому эффсктив!гую мощность трехфазной сжатой дуги предложено рассчитывать из трех слагаемых -

Ч. + (18)

где q> - мощность, передаваемая из приэлектродных областей ; с), - мощность, передаваемая плазмообразующим газом с закрытого участка дуга; - мощность, передаваемая с открытого участка душ.

Для расчета передачи энергии от приэлектродных областей дуга к изделию qa была разработана методика, основанная на известных уравнениях баланса энергии в них на прямой и обратной полярности при одинаковых режимах. В результате для катодного падения напряжения дуга на алюминиевой детали была получена следующая формула

ик.л, = [(и1.1)-ид.„) + (ик.3-иао) ¡(5кТ/е)+2Ф+ 10]/2, (19)

где и м - значение напряжения дуги на обратной полярности; и д_„ - напряжение дуги прямой полярности; 11 КО и и - соответственно эффективные падения напряжения для обратной и прямой полярности; к - постоянная Больцмана; Г - температура газа в столбе дуги; е - заряд электрона; ср - напряжение, численно равное работе выхода электрона из металла.

Из формулы (19) следует, что для определения и к Д| необходимо измерить напряжения на цугах и их эффективные мощности на прямой и обратной полярности (режимы сварки одинаковы).

Анодное падение напряжения определяется по формуле

и,.д, "и«.,-и., + А + В-и1И1|, (20)

Где А-5кТ/е, В = 2<р.

После анализа экспериментальных данных были получены следующие выражения для приэлектродных падений на алюминиевой детали

и„.4, - 1,12 М.146.10-% (21)

а для Ш

11,68 + 2,38*10-21д. (22)

Методика подтвердила указываемую в литературе зависимость роста приэлектродпых падений напряжения с увеличением тока.

Полусумма уравнений (21) и (22), дает эффективное падение напряжения Ц^, для дуги переменного тока без учета теплоты, передаваемой плазменным потоком

= ( и ^ + и ..^/2= 6,4 + 1,76 .Ю-21с. (23)

При расчетах по формуле (23) следует брать среднее значение тока за период 1С = 0,9 1д, где 1д - действующее (измеренное) значение тока, что связано с нелипейным характером приэлек-тродных падений напряжения.

Таблица 3

Эффективные падения напряжения в свободной дуге переменного тока на А1

Средний ток q»,BT и„,

1„А В В В

36 300 8,3 7,0 1,3

63 590 9,4 7,5 1,9

76 710 9,3 7,7 1,6

Из данных таблицы 3 следует сравнительно пизкая роль плазменных потоков в свободной дуге переменного тока и удовлетворительная сходимость расчетов по формуле (23). Таким образом, значение <},в уравнении (18) определяется

q,=u„ic.

Мощность q, в выражении (18) принималась равной мощности, поглощаемой плазмообра-зующим аргоном на закрытом участке

Pr = Pt-Qc

где Рс - полная электрическая мощность столба на закрытом участке, определяемая с помощью формулы (9); Qc — тепловая мощность, отводимая в сопло и определяемая по формуле (11). При расчете Рг при значительных расходах аргона методика предусматривала введение поправки ДРГ, равной по величине мощности, необходимой для подогрева газа в начальном сечеиии до проводящего состояния

APr=Gn(h„ -h,),

где h„ - энтальпия аргона при температуре начальной нроводимости, равная 3120 Дж/г; h„ -действительная начальная энтальпия аргона.

Анализ характера зависимости эффективной мощности от длины открытого участка дуги позволил представлять мощность, передаваемую в изделие с открытого участка в виде

ч. = (24>

где Ек - средняя напряженность электрического поля в канале сопла, В/мм; \ = 0,525 - эмпирический коэффициент; 1„ - эффективное значение тока, учитывающее форму зависимости напряжения в канале от тока, А; 1„ - длина открытого участка дуги, мм.

Для расчета всех слагаемых формулы (18) была разработана компьютерная программа для ПЭВМ на языке Бейсик и произведено сравнение расчетных и опытных данных для трехфазной и однофазной сжатых дуг. Отклонение расчетных данных от опытных не превышает 10%. Для более наглядного представления зависимостей эффективной мощности от параметров режима сжатой дуги был предложен подход х представлению сложных аналитических зависимостей в

18

виде уравнений регрессии, получаемых с помощью имитации на ЭВМ математического "эксперимента" 24 по математической модели.

Для определения параметров распределения теплового потока от сжатой дуги к изделию был предложен ряд методик, выполняемых непосредственно в условиях, прпблнжеппых к условиям сварки. Основой стандартизации определения с) ( г ) предложено рассматривать температурное поле от действия неподвижпого нормально-кругового источника (НКИ) тепла в плоском слое

I

2 „^ Г аг

ДТ =--------- £ I------------ехр{-(г - 2пя)2/(4 а О+г2 / 4а (X + Г), (25)

сР(4м)3'2"-" .кггв+о О

где ^ - постоянная времени НКИ, = 1\ 4ак.

При этом обязательным условием является измерение на исследуемом режиме паиболее достоверного параметра - эффективной мощности источника тепла. Второй параметр распределения - коэффициент сосредоточенности, определяется на основе замера температур от действия источника. Увеличение числа анализируемых точек позволяет учесть зависимость коэффициента температуропроводности от температуры металла Путем анализа формулы для НКИ в плоском слое были исследованы условия получения достаточной точности и чувствительности измерений, даны рекомендации по толщине образцов и расположению точек замера. Для определения параметров распределения разработана программа решения системы нелинейных уравпепий. Одним из вариантов методики является отыскание к и q0 по размерам зоны про-плавления топкой пластаны. Сравнение предложенной методики с известными показало повышение ее точности и упрощение проведения замеров.

Изучение параметров теплового потока трехфазной сжатой дуги показало, что о увеличением тока коэффициент сосредоточенности уменьшается , а максимальный осевой тепловой поток изменяется незначительно. Такое свойство вызвано релаксирующим влиянием расплавления металла в центральной зоне источника тепла.Значения осевого теплового потока для трехфазной сжатой дуги на изделиях из алюминиевых сплавов можно принять в среднем равным 3000 Вт/см2. При таком подходе значения коэффициента сосредоточенности могут оцениваться по эффективной мощности дуги, в частности, с помощью изложенной выше методики ее расчета. Расчетные коэффициенты сосредоточенности трехфазной сжатой дуги падают с увеличением расхода плазмообразующего аргона и уменьшением диаметра сопла. Такой вид зависимостей вызван ростом эффективной мощности за счет увеличения поглощения энергии газом в дуге. Коэффициент сосредоточенности сжатой дуги может быть как выше, так и 1шже, чем у свободной дуги. Преимуществом сжатых дуг в этом плане является возможность регулирования параметров распределения в более широких пределах.

Наряду с тепловым полем важную роль в процессах обработки сжатыми дугами играет силовое поле. В работе показано, что газокинетическое давление преобладает в сжатой дуге, как м1гнимум, на порядок превышая другие виды силового воздействия. На основе математической модели столба сжатой дуги в канале сопла была разработана методика расчета среднего газокинетического давления плазменной струи, реализуемая с помощью компьютерной программы.

Для проверки расчетной методики и оценки зависимости распределения давления по пятну давления была разработана экспериментальная установка. Сравнение расчетных и опытных данных для трехфазной сжатой дуга показало их удовлетворительную сходимость. Установлено, что давление плазменной струи трехфазной сжатой дуги распределено по пятну давления по закону близкому к закону нормального распределения. В этом случае максимальное осевое давление в 3 раза превышает среднее. Поэтому если известен диаметр пятна давления, то с помощью расчетной методики можно оценивать распределение давления при различных расстояниях плазмотрона от изделия.

В шестой главе приводятся результаты разработки и исследований технологических процессов, выполняемых трехфазной сжатой дугой. Приведены результаты изучения формирования кромок при резке алюминиевых пластан из сплава АДО толщиной 4...20 мм. После резки и зачистки кромок от натеков металла измерялась ширина реза в верхней плоскости листа В, и нижней плоскости В2. В процессе резки определялась величина напряжения зависимых дуг и^

При нестабильном трехфазном процессе качество реза получалось неудовлетворительным. Кромки имеют значительные неровности, на них велико количество натеков, зачастую наблюдались темный налет и окисленная поверхность. Переход к стабильному процессу резки приводил к существенному повышению качества реза. Уменьшается шероховатость кромок и количество натеков, повышается чистота поверхности кромок.

Вольтачперная характеристика (ВАХ) зависимых дуг при постоянной скорости резки возрастающая. В области малых токов производная Зия,/ 51д больше, чем в области больших токов. В области малых токов приращение напряжения происходит, в основном, за счет погружения активных пятен в полость реза. При дальнейшем увеличении тока погружение активных пятен затрудняется, так как увеличивается частота пробоев изолирующей прослойки между столбом дуги и стенкой реза. В этой области характеристики приращение напряжения обусловлено увеличением напряженности электрического поля в столбе дуги.

Ширина реза В, мало зависит от тока в детали, а величина В2 с ростом тока заметно увеличивается (рис. 11). Изменение скорости резки Ур при неизменном токе в детали влияет на величины и, ,в В, противоположно току. Величина В, на изменение Ур также реагирует незначительно. Поэтому при регулировании параметров реза и качества кромок ток и скорость резкн равнозначны.

Поскольку изменения напряжения и тока дуги связаны посредством внешней характеристики (ВХ) источника питания, то источники с различным наклоном ВХ будут давать различную реакцию на колебания V по разному изменяя геометрические параметры реза. Для плазменной резки, в том числе и ручной, обычно рекомендуют источники питания с крутопадающи.ми или вертикачьными ВХ. Этим обеспечивается минимальное отклонение тока при возмущающих воздействиях на дугу во избежание двойного духообразования. Однако и случае ручной резки это приводит к значительной нестабильности геометрии реза из-за нестабильности Ур. В то же время из-за ограничения Ур при ручной резке зачастую в ведении процесса на форсированных режимах нет необходимости. При резке от источника с пологопадающей ВХ изменение Ур вызывает изменение ид , и мощности дуги. Имеет место процесс саморегулирования количества выплавляемого металла и ширины реза В2.

На качество реза оказывает влияние и длина канала сонла 1с. Уменьшение 1с приводит к увеличению ширины реза В, и уменьшению В2. Скоростная киносъемка показала, что при малой длине сопла столб душ значительно расширяется по мере удаления от среза сопла к детали. Наиболее высокое качество реза достигается при соблюдении условия 1с = ёс.

Ширина реза при резке сжатой трехфазной дугой оказалась близкой к размерам резов, получаемых при резке сжатой дугой постоянного тока. Ширина же зоны термического влияния определяется, главным образом, шириной реза. Поэтому и размеры ЗТВ при плазмеипой резке трехфазной дугой близки к размерам ЗТВ при резке дугой постоянного тока.

Для расчета режимов резки была проанализирована зависимость е, = I/ Ур э от толщины металла б. Оказалось, что для различных плазмообразующих газов величина с, увеличивается пропорционально б. Коэффициент пропорциональности зависит от рода газа. Экспериментально определив Ур т„ для двух толщин данного металла, можно рассчитывать токи и скорости резки в широком диапазоне толщин. Остальные основные параметры процесса - 1с , , С„ -выбираются из условий отсутствия аварийного режима, оптимального расхода газа и экономичности процесса. Расход газа определяет как качество реза, так и экономичность процесса. Для расчета расхода использована методика расчета газокинетического давления плазмепной струи.

Важным направлением использования трехфазной сжатой дуги явилась разработка процесса точечной плазменной сварки алюминиевых сплавов. Известно, что контактная точечная сварка алюминиевых сплавов и различные способы сварки электрозаклепками сопряжены со значительными трудностями из-за натичия тугоплавкой окисной пленки между листами, преимущественного отвода тепла в ближний свариваемый элемент и теплофизических особенностей алюминия.

Были рассмотрены условия, позволяющие, используя повышенное давление трехфазной сжатой дуга, получить доступ к поверхности соединения между свариваемыми элементами. На основе совместного рассмотрения системы уравнений, описывающих поверхность сварочной ванны и ее объем до и после образования прожога в верхнем свариваемом элементе, было получено условие устойчивости существования отверстия (прожога) с жидкой ванной тороидальной формы.

При обеспечении достаточного давления дуги такая ванна существует устойчиво, если диаметр плоской сварочной ванны достигает 6 толщин расплавляемого элемента Определение условий формирования отверстия в ближнем свариваемом элементе позволило реализовать процесс точечной плазменной сварки, стадии которого представлены на рис. 12. При этом после образования отверстия в ближнем элементе происходит катодная очистка поверхности дальнего свариваемого элемента. При соприкосновении сварочных ванн ближнего и дальнего элементов условие устойчивости сварочной ванны изменяется, и она вновь переходит в более устойчивое плоское состояние, образуя сварную точку. Погружение дуга в металл в процессе сварки приводит к большей равномерности диаметра точки по высоте пластин. Было разработано несколько способов точечной плазменной сварки, позволяющих регулировать се диаметр в широких пределах, обеспечивая высокую стабильность качества соединения.

Для реализации возможности проектирования процесса точечной сварки изучались особенности распространения тепла в этом случае. Определение среднего диаметра электрозаклепки можно производить по формулам для линейного неподвижного источника тепла в пластине

q. = -8icA.8T,/Ei(P„2/16aU (26)

где Ei - интегральная показательная функция.

Анализ формулы (26) показал существование режимов, обеспечивающих минимальное расходование тепловой энергии на образование точки. Формула (26) также предполагает лилейную зависимость роста сечения соединения от времени в процессе сварки.

Изучение свойств точечных сварных соединений показало, что при внезапном отключении сварочного тока на поверхности сварной точки образуется кратер, и могут иметь место кристаллизационные трещины. Эти дефекты пе влияют па прочность сварной точки, но ухудшают ее внешний вид. Устранение дефектов возможно путем регулирования эффективной мощности в процессе формирования точки. С этой целью разрабатывалась методика расчета температурного поля при сварке при регулировании эффективной мощности по произвольному закону. Для моделирования процесса образования кратера при кристаллизации точки был использован механизм литейной усадки, предложенный В.П. Потсхтшым. При этом было получено хорошее совпадение расчетных и экспериментальных форм кратеров. Были определены зависимости спада эффективной мощности при отключении сжатой дуги, обеспечивающие минимальную глубину кратера, не превышающую 10% от толщины металла.

Было установлено, что процесс возникновения кристаллизационных трещин при осесим-метричном нагреве .можно оценивать по температурному режиму характерной точки, расположенной в центре между осью точки и ее границей. Количественным критерием, характеризующим деформационные процессы, является скорость изменения градиента температур в характерной точке. При определенной скорости изменения градиента температур возникновения кристаллизационных трещин в металле не наблюдается. Для проектирования зависимости действия эффективной мощности источника во времени была предложена методика решения обратной зада™ теплопроводности для характерной точки. Методика реализуется с помощью численного метода, обеспеченного соответствующим алгоритмом и программой для ЭВМ. Для устранения обоих видов дефектов был разработан специальный алгоритм, включающий вначале решение обратной задачи теплопроводности для характерной точки, а затем определение формы образующегося кратера. Вариация зависимостей эффективной мощности позволяет в большинстве случаев добиться устранения двух видов дефектов- кратера и трещин.

В седьмой главе рассмотрены вопросы автоматического проектирования и регулирования процессов обработки трёхфазной сжатой дугой на примере точечной сварки. Для выяснения преимуществ и повышения эффективности использования сжатых дуг предложено понятие гибкости технологического процесса (ГГП). При рассмотрении понятия гибкости следует ввести понятие определяющего фактора (ОФ). ОФ - это основной параметр, но которому ведется настройка технологического процесса. В качестве примера такого ОФ , например при наплавке, можно привести долю участия основного металла в металле шва. Ток и скорость наплавки аналогично влияют на количество наплавляемого и проплавляемого металла, поэтому этот ОФ с трудом поддается регулированию. Добавление параметров режима (диаметр электрода, подогрев проволоки или детали) и расширение диапазонов их варьирования позволяют в опреде-

ленной степени решить проблему. С увеличением числа ОФ гибкость технологического процесса снижается. В качестве примеров ОФ при дуговой точечной сварке для упрощения можно принять эффективную мощность дуга ця и силу давления дуги Р,, при которых обеспечивается описшпшй выше механизм образования соединения. При настройке по одному ОФ (эффективная мощность) имеем многомерное пространство параметров режима, обеспечивающих требуемый уровень эффективной мощности. При трех параметрах режима (ток, расход, диаметр сопла) получим поверхность равного влияния, на которой обеспечивается заданный уровень . Расширение диапазона режимов, приводящее к обеспечению заданного уровня ОФ, можпо трактовать как повышение гибкости технологического процесса. При настройке процесса по второму ОФ (сила давления) также будем иметь другую поверхность равного влияния параметров режима. Пересечение двух поверхностей (пространственная линия) дает режимы, позволяющих реализовать оба ОФ. Таким образом, количество ОФ, которые можпо реализовать в данном процессе, также служит характеристикой его гибкости. Увеличение ГТП ведет к повышению возможностей оптимизации процесса, например, по критерию минимальной себестоимости сварки, так как перемещаясь внутри области возможных режимов, всегда можно отыскать оптимальный режим. Следовательно, основным преимуществом сжатой дуги перед свободной является повышение ГТП, обусловленное увеличением диапазона регулирования силового воздействия душ на металл значительным числом параметров режима. Использование понятия ГТП позволило в данной работе получить несколько технических решений, повышающих эффективность обработки сжатой дугой (ЛС №№ 646521, 1683927,1693808).

Для реализации компьютерного алгоритма поиска оптимальпых режимов точечпой плазменной сварки предложен подход к расчёту энергетических характеристик открытого участка столба дуги, заключающийся в задании формы изменения сечения столба по его длине. Экспериментально путем фотографирования была определена форма столба дуги на открытом участке. После этого изложенная в главе 3 методика расчета энергетических характеристик применена к ог'крытому участку. Результаты расчета напряжённости электрического поля на открытом участке хорошо совпадают с опытными данными (рис.13). В итоге была получена методика расчёта напряжения трехфазной сжатой дуги, горящей в среде аргона, на деталях из алюминиевых сплавов. При расчете напряжения использовались формулы (21)-(23) для прн-олектродных падений напряжения на алюминии. Совместно с методикой расчета эффективной мощности это позволило рассчитывать эффективный КПД трехфазной сжатой дуги.

Расчеты показали, что причиной значительного разброса значений эффективного КПД сжатой дуги, приводимых в литературе, является существенное влияние на его величину диаметра сопла, расхода плазмообразующего аргона и тока дуги.

Разработка методики расчета напряжения сжатой трехфазной дуга позволяет вести поиск рабочей точки системы «сжатая дуга - источник питания» при известной внешней вольтампер-ной характеристике источника (ВХ) или решать обратную задачу определения требований к крутизне ВХ.

В результате были разработаны алгоритмы и программы проектирования на ЭВМ процесса точечной плазменной сварки трехфазной сжатой дугой. Исходными данными для проектирования являются толщина и теплофизические свойства сплава, диаметр сварной точки, время получения соединения. Математические модели включают процесс распространения тепла н

формирования точки под действием давления дуги. Данные по расчету эффективной мощности и давления служат основой для поиска соответствующих режимов дуги (ток, расход, диаметр и длина канала сопла). Полученный режим проверяется ва отсутствие аварийного режима двойного дугообразования. В процессе расчета выполняется подбор ВХ источника питания или, при заданном источнике, положение рабочей точки. Критерием оптимизации процесса может служить минимизация себестоимости сварки или времени сварки. Разработанные алгоритмы компьютерного проектирования процесса точечной сварки на ЭВМ, имеют достаточно универсальный характер и могут бьпъ перенесены на оптимизацию сварки протяженных швов, плазменной паплавки и резки.

Изучение полученных зависимостей по напряжению и эффективной мощности сжатой трехфазной дуги показало, что процесс саморегулирования дуги, установленный для ширины реза при плазменной резке, можегг иметь место и в некоторых других случаях. В результате анализа статических взаимодействий в системе «дуга-источник питания» был получен критерий саморегулирования системы

5Р/31Д аид

к,= -------' ----. (27)

ар/51. 31.

где ку > 0 - известный коэффициент устойчивости системы «дуга-источник питания»; Р - регулирующийся параметр процесса (например, эффективная мощность). Для наличия процесса саморегулирования правая часть выражения (27) должна быть больше нуля. Например, при изменении длииы открытого участка душ или расхода плазмообразующего аргона эффективная мощность подвержена саморегулированию, так как мощность и напряжение дуги изменяются подобным образом. Наоборот, силовое воздействие дуги на изделие не саморегулируется, так как производная давления по длине дуги отрицательна.

Б. Е. Патоном и В.К. Лебедевым указывалось па возможность регулирования сложных процессов сварки путём контроля нескольких основных параметров процесса и стабилизации шва одним из них путём использования математических моделей, связывающих регулируемый параметр с влияющими. Такой подход целесообразно применять в процессах обработки сжатой дугой, когда число параметров режима, подверженных возмущающим воздействиям, увеличивается. В частности при сварке протяженных швов, кроме тока и длины открытого участка дуги, может изменяться расход плазмообразующего газа. Аналогично может производиться регулирование процесса в отношении отсутствия аварийного режима двойного дугообразования. В этом случае должны контролироваться величины, влияющие на возникновение двойной дуги, а регулирование может осуществляться одним параметром. В процессе горения дуги должно непрерывно рассчитываться значение критерия аварийного режима, производиться его сравнение с критическим, вычисление безопасного значения регулирующего параметра и его установка. При этом возникает проблема одновременного поддержания параметра качества сварочного процесса Следует отметить, что в сварочной технике вопросу поддержания на заданном уровне одновременно двух и более результирующих параметров шва уделялось до сих нор мало внимания.

В большинстве случаев непосредственное слежение за параметром качества весьма затруднительно. По-видимому, параметры качества сварочного процесса (ширина шва. глубина при-

плавления и др.) могут с успехом стабилизироваться за счёт определения таких интегральных характеристик процесса, как тепловые характеристики сжатой дуги (эффективная мощность и сосредоточенность источника). Возникает достаточно сложная проблема одновременной стабилизации теплового и силового полей, обеспечения устойчивой безаварийной работы плазмотрона. В процессе регулирования для этой цели можно использовать полученные в данной работе математические модели и программы расчёта и оптимизации процесса сварки. Для этой цели также полезным оказалось понятие ГТП. В этом случае ОФ является регулируемым параметром, а область равного влияния параметров режима на ОФ представляет из себя область, перемещения внутри которой в процессе сварки не приводят к его изменению.

Предложенный подход к регулированию процесса был применен для точечпой сварки ( A.C. СССР № 1731518). Идея способа заключается в том, что стабилизацию диаметра электрозаклёпки осуществляют не стабилизацией изменяющихся параметров процесса, а корректировкой только одного параметра режима - времени сварки. Время сварки корректируется в зависимости от результатов сравнения измеренных параметров с заданными и с учётом зависимостей времени сварки от этих параметров при постоянном диаметре электрозаклёпки. Для этого вначале определяются зависимости диаметра электрозаклёпки от времени сварки при постоянных величинах параметров, влияющих па диаметр электрозаклёпки (тока, температуры деталей, расхода плазмообразующего аргона и других). С помощью полученных зависимостей строится кривая стабильного диаметра электрозаклёпки, (кривая равного влияния), например, в координатах "ток-время сварки". Для регулирования процесса сварки определяется производная к кривой в рабочей точке режима Ipi6. Аналогично получают регулировочные зависимости для других параметров, влияющих па диаметр электрозаклёпки. Контролируемые параметры можпо подразделить на два вида: изменяющиеся между сваркой отдельных точек (температура деталей) и изменяющихся в процессе сварки. Число контролируемых параметров может быть достаточно велико.

В процессе сварки измеряют подверженные изменениям параметры, сравнивают их с заданными величинами, определяют величину отклонений измереппых параметров от заданных, определяют среднюю величину отклонения каждого измеряемого параметра к данному моменту времени от заданного значения и длительность процесса сварки изменяют на величину, определяемую по формуле

и

At„= Е (dt/dP, ра6) ДР,, (28)

где Дг„ - изменение времени сварки; dt/dP, е - производная зависимости времени сварки от ¡-го параметра в рабочей точке; APi - измеренное среднее отклонение i-ro параметра к данному моменту времени от заданной величины н рабочей точке; п - число учитываемых параметров.

Аналогичный подход предложен для импульсной плазменной сварки (Л.С. СССР №1676765). Сущность способа заключается в том. чго стабилизацию проплава при импульсной сварке осуществляют не стабилизацией ряда изменяющихся параметров процесса, а корректировкой только одного параметра режима - времени импульса сварочного тока. Время импульса корректируется в зависимости от результатов сравнения измеренных параметров с заданными значениями и с учётом вида зависимостей времени импульса от этих параметров при

¿у, вт/си

60 60 40 10

щ в.1 ол г, си

Рис. 9. Распределение среднего теплового потенциала Б (1), абсолютной А и относительной 5 толщины прослойки (2) по длине сопла: с1с=1с=4 мм; 1д = 200 А; Оп = 0,15 г/с.

Иъв

й /

/ С^чГ

12)

я

«9

Рис 11. Влияние тока в детали на параметры резки: Ур = 2,8 мм/с; 5=10 мм; с!с =4 мм; 1С=1„ = 5 мм; вл = 1,2 г/с

В/(л

вд.

!/' /

Г / 2 А*

/ / / 1 / |

4

О 12 Д4 йб Ц8 1.см

Рис. 10. Расчетное распределение пробойной напряженности Епр по длине сопла: с^ = 4 мм; £ = 0,5 г/см2 с; 1 -1д = 315 А; 2-1д = 250 А; 3 — 1Д = 190 А; 4 - 1д = 65 А.

Рис. 12. Стадии образования сварной точки при сварке трехфазной сжатой дугой.

В,'см и, В

го

/

к

/ „ г' г4^

3. Вт/см

60

Рис. 13. Расчетные (сплошные линии) и экспериментальные зависимости напряжения зависимых дуг от длины открытого участка дуги: (1С = 4 мм; 1£ =138 А; С„=0,18 г/с; 1 -1с = 4мм; 2 — 1С =6 мм.

¡ВТ

Рис. 14. Сварной узел кабины электромобиля

2 6

4

постоянной ширине шва. Для регулирования процесса сварки определяются производные к технологическим зависимостям в рабочей точке режима. Во время импульса определяют среднюю величину отклонения каждого измеряемого параметра к данному моменту времени от заданного значения и длительность импульса изменяют на величину, определяемую по формуле, аналогачной формуле (28).

В восьмой главе приведено краткое описание разработшшых на основании результатов исследований способов резки и сварки, технологических процессов, плазмотронов и источников питания, приведены данпые по промышленному использованию технологий и оборудования.

Рассмотрены следующие примеры технолоптй и оборудовали» с использованием трехфазной сжатой дуга:

- разработка технологии плазменной резки алюминиевых сплавов с катодной очисткой получаемых кромок и непосредственного их использования для сварки без дополнительной обработки в условиях ремонта химической аппаратуры. При этом разработан универсальный источник питания, плазмотрон и сварочная горелка, обеспечивающие быстрый переход от процесса резки сжатой дугой к сварке свободной трехфазной дугой;

- разработка технологий и установок для плазменной резки и сварит алюминиевых узлов при ремонте сельскохозяйственной техники на предприятиях Росагропрома;

- разработка технологии, установки и оснастки для точечной плазменной сварки опытных образцов кабин электромобиля ВАЗ 2123 (рис.14), включающая специально сконструированный плазмотрон для ведения сварки у края листов;

разработка технологии, установки и оснастки для точечной плазменной сварки креплений кожухов теплоизоляционных покрытий из алюминиевых сплавов л условиях монтажа с обеспечением замкнутой системы охлаждения плазмотрона;

разработка технологий и установок для плазменной сварки алюминиевых сплавов мачо-амперной трехфазной сжатой дугой.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Несмотря на дополнительные технологические и энергетические возможности однофазная сжатая дута переменного тока используется в сварочной технике недостаточно, что обусловлено трудностью поддержания устойчивости повторных зажшапий. Наиболее перспективной, как по устойчивости, так и по технологическим и конструктивным возможностям является трёхфазная сжатая дуга переменного тока, генерируемая с помощью двухэлектродного плазмотрона.

2. Зажигание зависимых дуг сжатого трёхфазного факела следует производить с помощью межэлектродной дуги. Зависимые дуги объединяются в общий столб с высокой концентрацией энергии, чему способствуют нестационарный характер горения дуг и отсутствие активных пятен дежурной дуги на электрически нейтральном формирующем дугу сопле. Для получения высоких значений коэффициента токов К„ которому препятствует асимметрия по напряжениям зависимых и независимой дуг, в фазах электродов должны устанавливаться асимметричные индуктивные регулировочные сопротивления.

3. Устойчивость повторных зажиганий трехфазной сжатой дуги существенно выше, чем однофазной, благодаря иотшзирующему воздействию межэлектродной дуги. Устойчивость лимитируется процессами возникновения катодной области и пятна на изделии. Повышению устойчивости способствует повышение расхода плазмообразующего аргона. Устойчивость дуги без специальных стабилизаторов обеспечивается в широком диапазоне режимов, включая малоамперную сжатую дугу и плазмешгую резку при использовании источников питания с напряжениями холостого хода, пс превышающими стандартных требований, обусловленных безопасностью работы.

4. Расходными составляющими баланса энергии, которые необходимо учитывать при расчете энергетических характеристик в канале сопла, являются конвекция и теплопроводность. Уравнение баланса энергии столба дуги удобно исследовать путём задания формы плопюсти источников тепла в поперечном сечении столба, что позволяет перейти от уравнения в частных производных к обыкновенному дифференциальному уравнению и нолучить соотношения, связывающие режимные и конструктивные параметры дуги и плазмотрона с энергетическими характеристиками, причём имеет место удовлетворительное совпадение расчетных и экспериментальных данных в широком диапазоне режимов.

5. Сечение изолирующей прослойки составляет незначительную часть от сечения капала и определяется величиной теплового потока от столба в радиальном паправлении. Расход плазмообразующего газа через непроводящее сечение невелик. Изменение сечения изолирующей прослойки с изменением расхода газа обусловлено, главным образом, изменением средней температуры газа в проводящей области. Увеличение толщины прослойки с увеличением расхода газа опережает прирост напряжения в канале сопла, что является причиной повышения устойчивости дуга против двойного дугообразования.

В качестве количественного критерия, характеризующего возникновение аварийного режима дуги, следует использовать отношение падения напряжения в столбе внутри канала к толщине изолирующей прослойки в выходном сечении сопла. Для использования критерия Е 1,1 целесообразен расчетно-экспериментальный подход, основанный на расчетном определении критических значений ЕС11пркр для условий аварийного режима. Расчет безаварийных режимов по ЕсрП1,кр должен вестись с учетом коэффициента запаса, учитывающего влияние па двойное дугообразование недостаточно изученных факторов.

6. Вследствие значительной доли мощности, передаваемой изделию плазменным потоком сжатой дуги, использование понятий эффективного КПД и вольтова эквивалента и, для расчётов тепловых процессов непродуктивно, так как разброс этих параметров существенно выше, чем для свободных дуг. В сжатых сварочных дугах, в отличие от свободных, отсутствуют неуправляемые плазменные поюки, что позволяет разделить вольтов эквивалент эффективной мощности сжатой дуги па эквиватент мощности, выделяемой в активном пятне на изделии, слабо зависящий от параметров режима сжатой дуги, и вольтов эквивалент мощности управляемого плазменного потока. На основе этого предложена методика расчёта эффективной мощности зрехфазной сжатой дуги, обеспечивающая удовлетворительную сходимость расчётных и опытных данных. Разработанные методики измерения сосредоточенности теплового потока позволили установить основные зависимости коэффициента сосредоточенности трёхфазной сжатой дуги от сё параметров.

7. В сжатых дугах прямого действия преобладает газокинетическое давление. Для его определения может использоваться разработанная методика расчета энергетических характеристик дуга в канале плазмотрона. Наибольшее влияние на значение газокинетического давления оказывает диаметр сопла и расход плазмообразующего аргопа.

8. Разработанный процесс плазменной резки алюминиевых сплавов трёхфазной сжатой дугой обеспечивает очистку разрезаемых кромок от окисной плёнки ашомипия и защиту их от окисления, что создаёт предпосылки непосредственного использования деталей после резки под сварку без дополнительной обработки. Электрические и технологические зависимости для режущей трёхфазной дуга указывают на наличие явления саморегулирования ширхшы реза по скорости резки. Явлеппе саморегулирования в системе "изделие - сжатая дуга- источник питаппя" проявляется во многих процессах с использованием сжатых дуг. Степень саморегулирования зависит от крутизны внешней характеристики источника питания. Крутизна ВХ, обеспечивающей полное статическое саморегулирование, может быть определена с помощью предложенного критерия, учитывающею вид технологических зависимостей и их связь с электрическими характеристиками дуги.

9. Разработан новый эффективный процесс точечной плазменной сварки (сварки элсктроза-клепками) тонкостенных алюмшгаевых элементов, обеспечивающий, благодаря специфическим энергетическим и технологическим свойствам трёхфазной сжатой дуги, высокое качество сварного соединения. Механизм прожога б.чижнего свариваемого элемента заключается в преодолении давлением сжатой дуги сил поверхностного натяжения и гидростатического давления сварочпой ванны, после чего ванна приобретает новую устойчивую форму. Наиболее благоприятной формой вапны является тороидальная, обеспечивающая последующее формирование сварной точки.

10. Предложенная методика расчёта папряжепия сжатой дуги в аргоне позволяет получать статические характеристики с достаточной для инженерной практики точностью, что создаёт возможности математического анализа всей системы "дуга - изделие - источпик питания", разработки систем компьютерного проектирования и оптимизации процессов обработки на основе созданных математических моделей.

11. В связи с увеличением числа ротируемых параметров режима обработки сжатой дугой для автоматического регулирования процесса целесообразно использование подхода, заключающегося в регулировании по математической модели путём отслеживания ряда параметров и отработки управляемой величины одним из этих параметров. Разработанные способы автоматического ри-улирования точечной плазменной и импульсной сварки на основе созданных математических моделей энергетических характеристик дуги и формирования сварной точки показали перспективность и высокую эффективность такого направления в регулировании процессов обработки сжатой дугой.

12. На основе проведенных исследований разработаны технологические процессы и установки для плазменной резки атюминиевых сплавов, универсальные устаповки для плазмешюй резки сжатой и сварки свободной трехфазной дугой, точечной плазменной сварки, микроплаз-мешюй сварки трехфазной дугой, внедренные на ряде предприятий различных отраслей народного хозяйства, а также в учебном процессе при подготовке специалистов специачьностей 12 05 00 и 12 06 00 в Тольяттинском политехническом институте. Разработал ряд компьютерных про-

грамм, позволяющих проектировать и оптимизировать технологические процессы и оборудование с использованием сжатых дуг, горящих в аргоне.

Основпые положения диссертации опубликованы в работах:

1. Сидоров В.П., Столбов В.И. Сжатая трехфазная сварочная дуга //Электро-дуговые генераторы плазмы и технологии / Под ред. М.Ф. Жукова и Г.А. Задворнева.- Изд-во СО АН.- Новосибирск,] 997. С. 156-170.

2. Сидоров В.П., Худякова 0.10., Расчетно-экспериментальное исследование кратеров при точечной плазменной сварке алюминиевых сплавов // Теория и практика сварочного производства: Материалы конф. сварщиков Урала «Сварка Урала - 97» . - Ижевск, 1997. - С. 44-46.

3. Сидоров В.П., Худякова О. Ю. Расчетно-экспериментальные исследования влияния тепловою и силового потока на жидкую валпу// Пайка в создании изделий современной техники; Материалы конференции: М.: -МДНТП. -1997.- С. 24-26.

4. Сидоров В.П., Худякова О.Ю. Расчетно-экспериментатьпые исследования точечной плазменной сварки тонкостенных алюминиевых конструкций// Сб. науч. тр.: "Тепловые процессы в технологических системах".-1996,- Вып. 2. -Череповец.- С.31-35.

5. Сидоров В.П., Худякова О. Ю. Точечная плазменная сварка тонкостенных конструкций из алюминия и алюминиевых сплавов / Сб. «Повышение эффективности теплофизических исследований технологических процессов промышленного производства и их метрологического обеспечения //II Международная тенлофизическая школа, - Тамбов-1995. С. 280-285.

6. Сидоров В.П., Моторин К.В. Стабильность возбуждения трёхфазной плазменной дуги // Сварочное производство. - 1992. -№4. - С. 34-35.

7. Оборудование для плазменной точечной сварки тонколистовых ашоминиевых сплавов / В.И. Столбов, В.П. Сидоров, С.М. Абросимов, И.П. Куркин // Сварочное производство. -1991. -№1.-С.22.

8. Столбов В.И., Сидоров В.П., Абросимов С.М. Формирование соединений при точечной сварке сжатой трёхфазной дугой алюминиевых листов // Автоматическая сварка. - 1991. - № 9 - С. 40-42.

9. Сидоров В.П., Олейник ИА. Расчётный критерий технологической прочности // Прочность и диагностика сварных конструкций: Тез. докл. Всесоюзной науч. конф. :Тверь 18-21 ноября 1991 г.- Москва : МГТУ.- 1991,- С.48-49.

10. Сидоров В.П., Абросимов С.М., Куркин И.П. Расчёт параметров напряжения сжатой (плазменной) трёхфазной дуги // Сварочное производство. -1991. - № 11. - С. 35-37.

11. Сидоров В.П. Методика оценки приэ.тектродных падений напряжения на дуге, горящей в аргоне между вольфрамом и атюминием // Автоматическая сварка. - 1991. -№6. -С. 36-37.

12. Столбов В.И.. Сидоров В.П., Абросимов С.М. Установка для исследования газокинетического давления стационарных и импульсных сварочных дуг // Сварочное производство. -1991. -№ 9. -С. 19-20.

13. Столбов В. П., Сидоров В.П., Куркин И.П. Оптимизация режимов трёхфазной сжатой дуги при сварке алюминия электрозаклёпхами // Сварочное производство. - 1989. - № 10. - С.7-

9.

14. Столбов В.И., Сидоров В.П., Куркии И.П. Определеиис эффективной мощности источника нагрева при сварке плазменной трёхфазной дугой // Сварочное производство. - 1988. - № 5.-С. 30-32.

15. ПечёнкипаВ.А., Сидоров В.П., Куркин И.П. Сварка тонколистовых алюминиевых сплавов сжатой малоамперной трёхфазной дугой // Сварка цветных металлов. - Клев: Наук, думка. 1989. - С. 26-28.

16. Столбов В.И., Куркнл И.П., Сидоров В.П. Сварка алюминиевых покрытий теплоизоляции электрозаклёпками сжатой трёхфазной дугой // Достижения и перспективы развития сварочного производства : Матер, семинара М.: МДНТИ. - 1988. - С. 120-122

17. Сидоров В.П., Плюснина Н.П., Куркип И.П. Сравнение эффективности точечной контактной и плазменной сварки алюминиевых сплавов // Ресурсосберегающие прогрессивные технологии в сварочном производстве для машиностроительного комплекса: Матер, семинара. М.: МДНТП.- 1989. - С. 139-141.

18. Сидоров В.П., Соловьёв А.Ф. Расчётно-экспериментальное определение безаварийных режимов работы плазмотрона // Сварочное производство. - 1987. -№ 8. - С. 41-42.

19. Сидоров В.П. Расчёт теплоотвода в сопло плазмотрона от столба плазменной аргоновой дуги // Сварочное производство. - 1987. - № 2. - С. 36-37.

20. Сидоров В.П. Методика расчёта параметров, характеризующих возникновение аварийного режима работы плазмотрона // Сварочное производство. - 1984. - № 7. - С. 4-6.

21. Сидоров В.П. Приближённая двумерная модель дути в канале плазмотрона // Физ. и хим. обработки материалов - 1983. - № 3. - С. 10-11.

22. Столбов В.И., Сидоров В.П. Методика расчёта средней ширины реза при плазменной резке / Сб. науч. тр. Теплофизика технологических процессов». - Куйбышев,: КуАИ. - 1980. - С. 94-98.

23. Потехин В.П., Сидоров В.П. Разработка процесса резки металлов трёхфазной сжатой дугой / Физическая гидродинамика и тепловые процессы. - Новосибирск: И-нт техн. физ. СО АН СССР, 1980.-С. 107-111.

24. Столбов В. И., Сидоров В. П. Исследование устойчивости повторного возбуждения сжатой трёхфазной дуга // Автоматическая сварка. - 1979. - № 3. - С. 11-12, 18.

25. Столбов В. И., Сидоров В. Г1. Определение внешних характеристик источника питания для сжатой трёхфазной дуги // Автоматическая сварка. -1979. - № 4. - С. 23-24.

26. Сидоров В. П., Кузнецов Т.Д. Влияние некоторых параметров двухэлектродных плазмотронов на процесс горения сжатой трёхфазной дуги. - В сб.: Технологая производства сварных и паяных конструкций. Вып 4. Куйбышев: КуАИ, 1976. - С. 12-14.

27. Столбов В. И., Сидоров В. П., Кузнецов Т.Д. Некоторые особенности горения трёх-фашой плазменной дуги прямого действия // Физ. и хим. обработки материалов. - 1977. - № 3. -С. 10-13.

28. Столбов В.И., Сидоров В.П., Кузнецов Г.Д. Плазменная резка алюминиевых сплавов трёхфазной дугой//Сварочное производство. - 1977. - № 2. - С. 36-37.

29. Столбов В.И., Осянкин Г.В., Сидоров В.П. Термические циклы при сварке трёхфазной дугой тонколистовых алюминиевых сплавов// Сб. науч. тр.: Теплофизика технологических процессов, вып. 1. - Саратов: 1973.-С. 98-103.

30. Сварка алюминиевых сплавов после плазменной резки / В.И. Столбов, В.П. Сидоров, Г.Д. Кузнецов и др. // Сб. науч. тр. «Технология производства сварных и паяных конструкций». - Куйбышев, 1976. - С.51-58.

31. Технология плазменной резки алюминия трёхфазной дугой / В.П. Сидоров, А.В. Олей-ник // Сб. науч. тр. «Технология производства сварных и паяных конструкций». - Куйбышев, 1980. - С. 48-52.

32. Об использовании аналогии уравнений баланса энергии дуги в плазмотроне и нестационарного нагрева цилиндра для расчёта температуры газа / Сидоров В.П.; Ред. изд. отдел Тол-ПИ. - Тольятти, 1987. - 15 е.: ил. - Деп. в ВИНИТИ 22.05.87. -№ 4603 - В 87.

33. Расчёт толщины изолирующей прослойки по теплоотводу в сопло плазмотрона / Сидоров В.П.; Ред. изд. отдел ТолПИ. - Тольятти, 1985. - 12 с.: ил. - Деп. в ВИНИТИ 18.12.85. - № 2245 - В 86.

34. Методика расчёта газокипетического давления аргона при плазменной резке / Сидоров В.П.; Ред. изд. отд. ТолПИ. - Тольятти, 1989. - 14 е.- Деп. в ВИНИТИ 26.01. 89, № 1072 - В 89.

35. Сидоров В. П. Расчет напряжения и эффективного КПД сжатой аргоновой дуги переменного тока //Металлургия сварки и сварочные материалы: Тез. докл. Международной научн. техн. конф. 1-2 июня 1993. - С-Петербург, 1993. С. 244-245.

36. Определение параметров теплового потока в пятне нагрева / Сидоров В.П., Худякова О.Ю.// Теплофизика технологических процессов: Материалы VIII конференции. - Рыбинск: 1992. - С.77.

37. О возможности стабилизации параметров реза при плазменной резке / В.П. Сидоров,

B.И. Столбов // Пути ускорения технического прогресса и повышения эффективности сварочного производства в республике, ч.П, Вильнюс, 1977, С. 189-191.

38. Сидоров В.П., Худякова О. Ю., Оценка температуропроводности пластин при точечной сварке сжатой трехфазной дугой // Тез. докл. юбилейной научн. -техн. конф. 5-7 мая 1997.-Тольятти, 1997.- С. 97-98.

39. Сидоров В.П., Худякова О.Ю. Влияние параметров режима сжатой дуги на распределение теплового потока// Теплофизика технологических процессов: Материалы IX конференции.: ч. II - Рыбинск: 1996,- С.47-48.

40. Сидоров В.П., Худякова О. Ю. Термическое сопротивление алюминиевых пластин при точечной плазменной сварке // Межвузовский сборник научных трудов «Педагогические, экономические и социальные аспекты научной и производственной деятельпости.Тольятти, 1998.-

C.216-218.

41. Сидоров В.П., Худякова О. Ю. Моделирование процесса точечной сварки тонкостенных конструкций из алюминия и ашоминиевых сплавов // Компьютерные технологии в соединении материалов: Тез. докл. всеросс. науч.-техн. конф., Тула: ТулГТУ, 1995.- С. 68.

42. Построение САПР точечной плазменной сварки тонкостенных элементов / Столбов

B.И., Сидоров В.П., Худякова О.Ю. и др.// Тез. докл. Российской иауч.-техн. конф. "Современные проблемы сварочной науки и техники" - "Сварка-95", 23-25 мая 1995 г., Пермь.- 1995. -

C.83.

43. Сидоров В. П. Расчёт эффективной мощности и КПД сжатой аргоновой дуга при сварке алюминия/ Тез. докл. Республиканской науч.-техн. конф.-С-Петербург, 1994. - С.65.

44. Расчёт среднего газокинетического давления плазмообразуюпцего газа. / В.ГГ. Сидоров, В.А. Печёнкина // Тез. докл.16 научн. техн. конф. сварщиков Урала "Прогрессивная технология, механизация и автоматизация сварочного производства", Свердловск, 11-14 марта 1986 г.Свердловск, 1986. - С.32.

45. Абросимов С.М., Сидоров В.П. Давление плазменной аргоновой струи межэлектродной дуги //Сварка, пайка, нанесение покрытий и восстановление изношенных деталей: Материалы юбил. конф., поев. 25-летию ТолПИ, Тольятти 15-17 сентября 1992 г.- Тольятти, 1992. - С. 8.

46. Сидоров В.П. Расчёт оптимальных режимов точечной плазменной сварки на ПЭВМ // Тез. докл. Междунар-й научн.-техн. конф." Состояние и перспективы развития электротехнологии" (V Бенардосовские чтения), Иваново, 15-19 апреля 1991 г. - Иваново, 1991. - С. 3.

47. В. П. Сидоров, В.И. Столбов. Условия саморегулирования в системе "дуга- источник питания -сварочная ванна" // Современные проблемы сварочной науки и техники: - Тез. докл. межд-ой научн.-техн. конф., Ростов-на-Дону, 27-30 сентября 1993 г. — Ростов-на-Дону, 1993.-С. 143-144.

48. Стабилизация сечения электрозаклёпок при сварке алюминия сжатой трёхфазной дугой / В.П. Сидоров, И.П. Куркин, С.М. Абросимов // Тез. докл. научн.-техн. конф. сварщиков Урала и Казахстана" Автоматизация в сварочном производстве". Ижевск, 23-25 февраля 1989 г. ч. 1. -Ижевск: Ижевск, мех-ий ин-т, 1989.- С. 84-85.

49. Установка УПГИ-301УЗ для точечной сварки тонколистовых конструкций из алюминиевых сплавов сжатой трёхфазной дугой / В.П. Сидоров, С.М. Абросимов, И.П. Куркин,

B.А. Шаповалов // Тез. докл. паучи.-техн. конф. сварщиков Урала, Ижевск, февраль 1989 г. -Ижевск.-С. 59-61.

50. Энергетические характеристики сжатой малоамперной трёхфазной дуги / В.А. Печёнкина, В.П. Сидоров //Тез. докл. Всес. научн. техн. конф." Состояние и перспективы развития электротехнологии" Третьи Бенардосовские чтения. Иваново, 3-5 июня 1987 г.-Иваново.-т. 1.-

C.61.

51. А. С. № 613565 (СССР). МКИ2 В 23 К 9/06. Способ генерации трёхфазной сжатой дуги / В.И. Столбов, В.П.Сидоров, С.М. Абросимов. Открытая публикация запрещена.

52. А. С. № 646521 (СССР). МКИ2 В23 К 9/00,9/16. Способ импульсной обработки сжатой дугой / В.И.Столбов., В.П. Сидоров, С.М. Абросимов. Открытая публикация запрещена.

53. А. С. № 772763 (СССР). МКИ2 В 23 К 9/16. Способ генерации сжатой дуги переменного тока/В.П. Сидоров. - Опубл. 23.10.80, Бюл. № 39.

54. А. С. № 758638 (СССР). МКИ2 В23 К 9/16 Способ импульсной снарки трёхфазной дугой / В.П. Сидоров , С.М. Абросимов, В.И.Столбов. Открытая публикация запрещена.

55. А. С. № 758639 (СССР). МКИ2 В 23 К 9/16. Способ импульсной сварки трёхфазной дугой / В.П. Сидоров, A.B. Олейник, В.И. Столбов. Открытая публикация запрещена.

56. А. С. № 1683927 (СССР). МКИ2 В 23 К 10/00. Способ обработки плазменной импульсной дугой / В.П. Сидоров, С.М. Абросимов. - Опубл. 15.10.91, Бюл. № 38.

57. A.C. № 1693808 (СССР). МКИ2 В 23 К 9/16. Способ импульсной плазменной наплавки / В.П. Сидоров, С.М. Абросимов,- Зарег. 22.07.91. - ДСП.

58. А. С. № 1440641 (СССР)). МКИ2 В 23 К 9/16. Способ дуговой сварки электрозаклепками /В.П.Сидоров, И. Г1. Куркин, В.И. Столбов. - Опубл. 30.07.90. Бюл.№ 28.

59. А.С. № 158 1509 (СССР). МКЙг В 23 К 9/16. Способ дуговой сварки электрозаклепками И. П. Куркин, В.П. Сидоров. - Опубл. ЗОЛ 1.88. Бюл.№ 44.

60. А.С. № 1593830 (СССР). МКИ2 В 23 К 9/00. Способ дуговой сварки элекгрозаклёпка-ми/ В.П. Сидоров, И.П. Куркин. -Опубл.23.09.90,Бюл.№35.

61. А.С. № 1745460 (СССР). МКИ2 В 23 К 9/00. Способ дуговой сварки электрозаклёпками/ В.П. Сидоров, С.М. Абросимов, И.П. Куркин. Опубл. 07.07. 92, Бюл. № 25.

62. А. С. № 1731518 (СССР). МКИ2 В 23 К 9/16. Способ регулирования процесса сварки электрозаклёпкамн и устройство для его осуществления / В. П. Сидоров, С.М. Абросимов. -Опубл. 07.05.92, Бюл. № 17.

63. А. С. № 1676765 (СССР). МКИ2 В 23 К 9/09. Способ регулирования процесса импульсной сварки и устройство для его осуществления / В.П. Сидоров, С.М. Абросимов. - Опубл. 15.09.91, Бюл. № 34.

64. А. С. № 1816604 (СССР). МКИ2 В 23 К 11/24. Способ контроля и управления процессом контактной сварки / В.П. Сидоров, С.М. Абросимов - Опубл. 23.05.93. Бюл. № 19.

65. А. С. № 1669657 (СССР). МКИ2 В 23 К 9/10,9/16. Способ измерения падения напряжения на закрытом участке столба сжатой душ плазмотрона прямого действия / В.П. Сидоров, С.М. Абросимов.-Опубл. 15. 08. 91, Бюл. № 30.

66. А. С. № 1660909 (СССР). МКИ2 В 23 К 31/12. Способ определения распределенности теплового потока от источника нагрева / В.П.Сидоров. - Опубл. 07.07.91, Бюл. №25.

67. А. С. № 1761417 (СССР), МКИ2 В 23 К 31/12. Способ определения коэффициента сосредоточенности теплового потока от неподвижного источника тепла / В.П. Сидоров, С.М. Абросимов. Опубл. 15.09.92, Бюл. № 34.

68. А. С. № 569413 (СССР). МКИ2 В 23 К 9/16. Устройство для плазменной резки/В.И. Столбов, В.П. Сидоров, Г.Д. Кузнецов. - Опубл. 25.08.77, Бюл. № 31.

69. А.С. № 660797 (СССР), МКИ2 В 23 К 9/16. Двухэлекгродная горелка для дуговой сварки нсплавящимся электродом в защитных газах/ Г.В. Осянкин, В.П. Сидоров, В.И. Столбов и др. -Опубл. 13.05.79, Бюл. № 17.

70. А.С. № 721273 (СССР). МКИ2 В 23 К 9/16,31/10. Горелка для обработки металлов сжатой дугой / В.П. Потехин, В.П. Сидоров, В.И. Столбов - Опубл. 15.03.80, Бюл. К« 10.

71. А. С. № 1383627 (СССР).МКИ2В 23 К9/16, 31/10. Плазмотрон/В.И. Столбов, В.П. Сидоров, И.П. Куркин и др. - Зарег. 22.11.87. - ДСП.

72. А.С.№ 1731501 (СССР). МКИ1 В 23 К 9/00. Источник питания переменного тока I В.П. Сидоров, С.М. Абросимов. - Опубл. 07.05.92, Бюл. № 17.