автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Система измерений характеристик плазменно-дуговых процессов при импульсном воздействии на сварочный контур

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработанная автоматизированная информационно-измерительная система позволяет осуществить количественную оценку параметров плазменно-дуговых процессов при импульсном воздействии на сварочный контур.

2. Традиционные методы анализа сварочных процессов базируются на исследовании статических вольтамперных характеристик его элементов. Использование быстродействующей информационно-измерительной системы позволяет получить информацию в частотных диапазонах, обеспечивающих исследование динамических'процессов в сварочном контуре.

3. Проведен метрологический анализ измерений напряжений автоматизированной информационно-измерительной системой. Определены значения абсолютной и относительной погрешности измерения и величина результирующей погрешности измеряемого напряжения.

4. На основе проведенного анализа предложена физическая модель электрического дугового разряда с наложением высокочастотного квазигармонического сигнала по напряжению описывающая его влияние на тепловые и электрические процессы в плазме дуги. Установлено, что возникающий SKIN - слой приводит к изменению теплового баланса и увеличению концентрации теплового воздействия сварочной дуги.

5. На основе обработки экспериментальных данных установлено существенное влияние высокочастотной компоненты питания сварочной дуги. Оценка скоростей изменения тока, напряжения и мощности, проведенная по сравнению соответствующими зависимостями: ICB=f(dICB/dt), Ufl=f(dUfl/dt), показала их многократное увеличение при наложении на дугу высокочастотного квазигармонического сигнала по напряжению.

119

6. Одним из перспективных показателей качества сварочных процессов является повышение устойчивости дугового разряда и его концентрации. Устойчивость дугового разряда может быть повышена за счет введения в контур питания высокочастотного квазигармонического сигнала по напряжению, воздействующего на распределение плотности тока по сечению дуги, что улучшает ее сварочно-технологические свойства.

7. На основе проведенных исследований с использованием разработанной автоматизированной информационно-измерительной системы получены рекомендации к разработке вспомогательного источника питания, обеспечивающего повышение устойчивости горения дуги и механических свойств на 25-30% механических свойств, измельчение структуры наплавленного металла.

1. Розавсков Ю.Н. Оборудование для сварки плавлением. - М.: Энергоатомиздат, 1981. - 270 с.

2. Трофимов Н.М. Повышение точности регуляторов напряжения на дуге при использовании электрода // Автоматическая сварка. -1979. № 6.- С. 55-60.

3. Алекин Л.Е. Инерционность расплавления электродной проволоки и проплавления металла изделия при автоматической сварке под флюсом//Автоматическая сварка. 1963. - № 10. - С. 1-7.

4. Фролов В.А., Чернов А.В. Исследование влияния неравномерности углов открытия тиристоров в сварочных источниках питания: Стабильность, качество и работоспособность сварных конструкций //Межвузовский сборник научных трудов. М., 1993. -С. 129-136.

5. Чернов А.В., Фролов В.А. и др. Влияние динамических свойств источников питания на стабильность процесса сварки плавящимся электродом //Современные проблемы сварочной науки и техники: Тез. докл. междунар. научн.-техн. конф. Ростов-н/Д, 1993. - С. 127.

6. Шитова В.М., Рабинович Н.Я. Вопросы динамики источников питания при автоматической сварки в защитных газах //Автоматическая сварка. 1959. - № 9. - С. 17-19.

7. Львов Н.С., Гладков Э.А. Автоматика и автоматизация сварочных процессов. М.: Машиностроение, 1982. - 304 с.

8. Уваров А.Ф. Транзисторный инверторный источник питания для импульсной дуговой сварки // Сварочное производство. 1988. - №10. — С. 25-26.

9. Оборудование для дуговой сварки: Справочное пособие /Под ред. В.В. Смирнова. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1986.

10. Сварка в машиностроении. Т. З/Под ред. Ю.Н.Зорина. М.: Машиностроение, 1979. - 512 с.

11. Lucas W. Computer in arc Welding te next industrial revolution Part 3: Innstrumentation and processanalysis //Metal Constraction. -1985.- № 7. - P. 431-436.

12. Михайлов И.В. Оценка априорной вероятности образования дефектов в сварном шве на основе определения исходной неупорядоченности процесса сварки //Сварочное производство. 1992. - № 5. - С. 25-26.

13. Чернов А.В. Обработка информации в системах контроля и управления сварочным производством: Монография / Новочерк. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: НГТУ, 1995. 180 с.

14. Патон Б.Е., Подола Н.В. Автоматизация сварочных процессов //Сварка и спецметаллургия. 1984. - С. 221 - 227.

15. Лесков Г.И. Электрическая сварочная дуга. М.: Машиностроение, 1970.-335 С.

16. Теория сварочных процессов: Учебник для вузов / Под ред. В.В. Фролова.- М.: Высшая школа, 1988. 559 с.

17. Оборудование для дуговой сварки: Справочное пособие / Под ред. В.В. Смирнова. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1986.

18. Пчельников Ю.Н., Свиридов В.Т. Электроника сверхвысоких частот. М.: Радио и связь, 1981. С. 55.

19. Дюргеров Н.Г. и др. Оборудование для импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 80 С.

20. Чвертко А.И., Патон Б.Е., Тимченко В.А. Оборудование для механизированной дуговой сварки. Машиностроение, 1985. - 264 с.

21. Микропроцессорное управление электросварочным оборудованием /Бортняков Ю.А., Шаверов В.Н., Куратов и др. //Сварочное производство. -1986. -№ 11. -С. 11-12.

22. Хренов К.К. Электрическая сварочная дуга. К.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1949.- 203 С.

23. Подгорный И.М. Лекции по диагностике плазмы. М.: Атомиздат, 1968. 217С.

24. Куликовский К.Л., Купер В.Я. Методы и средства измерений. М.: Энергоатомиздат, 1986. 447 С.

25. Цветков Э.И. Основы теории статических измерений Л.: Энергоатомиздат, 1986. - 255 С.

26. Цветков Э.И. Основы математической метрологии. Часть 1. — С-П.: АОЗТ «КопиСервис», 2001. 87 С.

27. Цветков Э.И. Основы математической метрологии. Часть 2.- С-П.: АОЗТ «КопиСервис», 2001. 103 С.

28. Цветков Э.И. Основы математической метрологии. Часть 3. С-П.: АОЗТ «КопиСервис», 2001. - 85 С.

29. Цветков Э.И. Основы математической метрологии. Часть 4. С-П.: АОЗТ «КопиСервис», 2001. - 104 с.

30. Алиев Т.А. Экспериментальный анализ. Часть 1. М.: «Машиностроение», 1991. - 268 С.

31. Шпунт Я., Беркенгейм А. Новейшее руководство по сканированию и цифровой фотографии. М.: «ДЕСС КОМ», 2002.-400 С.

32. Цветков Э.И. Процессорные измерительные средства. Л.: Энергоатомиздат, 1989. - 224 С.

33. Годенберг Л.М. и др. Цифровая обработка сигналов: Справочник. М.: Радио и Связь, 1985. - 312 С.

34. Бендат Д., Пирсо А. Измерение и анализ случайных процессов. М.: Мир, 1971.-408 С.

35. Ж.Макс. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях. В 2-х томах. М., "Мир", 1983.

36. Цветков Э.И. Измерительно-вычислительные средства и формальная метрология // Измерительная техника. 1983. - № 9. - С. 25-28.

37. Паспорт и инструкция по эксплуатации АЦП-ЦАП Е-330 // L-Card. 1997. — 145 С.

38. Мирский Г.Я. Микропроцессоры в измерительных приборах. М.: Радио и Связь, 1984.-160 с.

39. Долинский Е.Ф. Обработка результатов измерений. М.:^ Издательство стандартов, 1973. - 191 с.

40. Арцимович JI.A. Элементарная физика плазмы. М.: Госатомиздат, 1963. 100 С.

41. Франк-Каменецкий Д.А. Лекции по физике плазмы. М.: Атомиздат, 1968. 285 С.

42. Вопросы теории плазмы, нелинейная динамика / Под ред. М.А. Леонтовича. М.: Атомиздат, 1980. Вып. 10. 319 С.

43. Калашников С.Г. Эл<гкгрцче.сг$о. Наука, -/37?. S31С,

44. Тиходеев Г.М. Энергетические свойства электрической сварочной дуги. Л.: Ленинградское отделение Издательства Академии наук СССР, 1961. 254 С.

45. Бурдаков С.М., Чернов А.В., Полетаев Ю.В., Полежаев С.В. Физическая модель электрического дугового разряда с наложением высокочастотного напряжения // Сварочное производство. 2001. № 11. С. 13-16.

46. Походня И.К., Заруба И.И., Пономарев В.Е., и др. Критерии оценки стабильности процесса дуговой сварки на постоянном токе // Автоматическая сварка. 1989. №8. С. 1-4.

47. Букаров В.А., Ермаков С.С., Дорина Т.А. Оценка стабильности дуговой сварки по осциллограммам процесса с использованием статистических методов // Сварочное производство. 1990. №12. С. 30-32.

48. Чернов А.В., Полетаев Ю.В., Кавришвили З.О., Бурдаков С.М. Повышение устойчивости горения дуги при сварке покрытыми электродами // Сварочное производство. 2000. № 2. С. 7-9.

49. Чернышев Г.Г., Ковтун В.Л. Возможности повышения производительности при дуговой сварке //Труды МВТУ, 1985. № 434. -С. 31-41.

50. Кубарев В.Ф., Чернышев Г.Г. Методика экспериментального определения электродинамических сил, действующих на сварочную ванну // Известия вузов. Машиностроение. 1987. - № 7. - С. 147-151.

51. Чернышев Г.Г., Ковтун B.JI. Влияние теплового потока и давления дуги на предельную скорость сварки //Сварочное производство. 1985. - № 2. -С. 14-15.

52. Влияние гидродинамических явлений в сварочной ванне на формирование стыковых швов при сварке плавящимся электродом. /Акулов А.И, Чернышев Г .Г., Доронин Ю.В., Сас А.В., Чернов А.В. //Известия вузов. Машиностроение. № 2. - 1981. - С. 135-140.

53. Браткова С.А. Источники питания для сварки. М.: Высшая школа, 1986. 120 С.

54. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов. М.: Наука, 1986. 942 С.

55. Болдырев A.M. О механизме формирования структуры металла шва при введении низкочастотных колебаний в сварочную ванну // Сварочное производство. 1976. № 2. С. 52-54.

56. Самервил Дж.М. Электрическая дуга. М.: Государственное энергетическое издательство, 1962. 119 С.

57. Schmid G., Roll A. Die Wirkung intensiven Schall auf Metallschmelzen. -"Zeitschriff Elecktrochem", Bd. 45, №10.

58. Анисимов В., И., Капитонов М. В., Тищенко О. И. Периодическая компенсация дрейфа нуля операционных усилителей при помощи запоминающей С—R—С-цепи. — «Известия вузов СССР. Приборостроение», 1970, № 6, с. 63—68 с ил.

59. Балашов Е. П., Сидоров В. М., Смолов В. Б. Аналоговые ЗУ управляющих и вычислительных систем. — В кн.: Хранение информации в кибернетических устройствах. М., 1969, с. 223—235 с ил.

60. Венедиктов А. П., Попков О. И. Исследование МОП-транзисторов с различными каналами в переключательных схемах. — «Вопросы радиоэлектроники. Сер. Общетехническая», 1973, вып. 11, с. 85—93 с ил.

61. Венедиктов А. П., Попков О. И. Исследование МОП-транзисторов сразличными каналами в переключательных схемах. — «Вопросы радио*электроники. Сер. Общетехническая», 1973, вып. 11, с. 85—93 с ил.

62. Витер Ю. С. Анализ погрешности преобразователя «код — напряжение» с транзисторными ключами. — В кн.: Отбор и передача информации. Киев, 1972, №31, с. 87—91 сил.

63. Вопросы построения интегральных преобразователей напряжения в код. — В кн.: Вопросы преобразования информации. Таганрог, 1972, вып. 6, с. 3—9 с ил. Авт.: В. Б. Смолов, В. К. Шмидт, Н. Н. Варлинский, В. О. Молодцов, С. М. Павлов, В. А. Немнонов.

64. Вьюхин В. Н., Касперович А. Н. Использование полевых транзисторов с р— га-переходом в коммутаторах многоканальных измерительных систем. Новосибирск, «Наука», Сиб. отд-ние, 1970. 16 с. с ил.

65. Вьюхин В. Н. Наносекундный фиксатор уровня напряжения. — «Приборы и техника эксперимента», 1972, № 3, с. 107—110 с ил.

66. Гитис Э. И. Преобразователи информации для электронных' цифровых вычислительных устройств. М., «Энергия», 1970. 400 с. с ил.

67. Гозлинг В. И. Применение полевых транзисторов. М., «Энергия», 1970. 160 с. с ил.

68. Данилов В. А., Безрукавников С. С. Дифференциальный УПТ на полевых транзисторах с высокой степенью подавления синфазных помех. — «Информационно-справочный листок МЭП СССР», 1970, № 001184.

69. Джайлз И., Сила А. Точный быстродействующий компаратор. — «Электроника», 1973, № 21, с. 54—63 с ил.

70. Жовинский В. Н. Схемы запоминания напряжений и блоки запаздывания. М—JL, «Энергия», 1963. 80 с. с ил.

71. Зеликовский 3. И., Цетенс В. П. Входные и опорные делители напряжения из микропровода для цифровых измерительных приборов. — «Приборы и системы управления», 1973, № 3, с. 14—16 с ил.

72. Земельман М. А. Автоматическая коррекция погрешностей измерительных устройств. М., Изд-во стандартов, 1972. 199 с. с ил.

73. Карлинер М. М., Нифонтов В. И., Орешков А. Д. Прецизионный цифро-аналоговый преобразователь. — «Автометрия», 1972, № 2, с. 88—92 с ил.

74. Карцев М. А. Арифметика цифровых машин. М., «Наука», 1969.576 с. с ил.

75. Карпюк Б. В. Об алгоритмическом описании процессов измерения.— «Измерительная техника», 1962, № 1, с. 38—40 с ил.

76. Кирьянчиков В. А., Молодцов В. О., Шмидт В. К. Преобразователь напряжения в интервал времени. Авт. свид. № 394937. — «Открытия. Изобретения. Промышленные образцы. Товарные знаки», 1973, № 34.

77. Кондалев А. И., Овчарук М. Е., Сиверский М. П. Комбинированный аналого-цифровой преобразователь. — В кн.: Устройства и элементы систем автоматизации научного эксперимента. Новосибирск, 1970, с. 331— 335 с ил.

78. Корн Г., Корн Т. Электронные аналоговые и аналого-цифровые вычислительные машины. Т. 2. М., «Мир». 311 с. с ил.

79. Курдиков Б. А., Шалагинов А. В. Варианты построения аналоговых ключей для преобразователей «код — напряжение» в интегральном исполнении. — В кн.: Вычислительная техника. Под ред. В. Б. Смолова. Д., 1972, с. 201—212 с ил.

80. Мурсаев А. X. Аналоговый регистр сдвига. Авт. свид. № 394854, кл. G11C, 27/00.—«Открытия. Изобретения. Промышленные образцы. Товарные знаки», 1973, № 34.

81. Мурсаев А. X., Смолов В. Б., Угрюмов Е. П. Точные ключи, операционные усилители и устройства запоминания напряжений на канальных транзисторах. JL, ЛДНТП, 1972. 30 с. с ил.

82. Мурсаев А. X., Угрюмов Е. П., Игнатов С. Е. Схема динамического управления ключами на биполярных транзисторах. — В кн.:

83. Преобразование и представление информации в управляющих и информационно-вычислительных электронных машинах. Под ред. М. Н. Ладыженского. Л., 1970, с. 8—10 с ил.

84. Новицкий П. В. Основы информационной теории измерительных устройств. Л., «Энергия», 1968. 248 с. с ил.

85. Пасеков Л. П. Микроминиатюризация прецизионных резисторных схем для преобразователей «код—напряжение».—«Автометрия», 1971, №2, с, 35—45 с ил.

86. Персии С. М. О погрешности и новых методах цифровых измерений.— «Автометрия», 1971, № 4, с. 62—73 с ил.

87. Попков О. И. Многоступенчатый коммутатор на МОП-транзисторах. Авт. свид. № 389627, кл. НОЗк, 17/56. — «Открытия. Изобретения. Промышленные образцы. Товарные знаки», 1973, № 20.

88. Попков О. И., Угрюмов Е. П. К вопросу уменьшения ошибки многоканального коммутатора. — В кн.: Проектирование * многофункциональных и комбинированных устройств вычислительной техники. Л., 1971, с. 30— 33 с ил.

89. Попков О. И., Угрюмов Е. П. Аналоговый ключ на МОП-транзисторах. Авт. свид. № 356788, кл. НОЗк, 17/56. —«Открытия. Изобретения. Промышленные образцы. Товарные знаки», 1972, № 32.

90. Полупроводниковые кодирующие и декодирующие преобразователи. Под ред. В. Б. Смолова и Н. А. Смирнова. Л., «Энергия», 1967. 312 с. с ил.

91. Преобразование информации в аналого-цифровых вычислительных устройствах и системах. Под ред. Г. М. Петрова. М., «Машиностроение», 19.73. 360 с. с ил.

92. Проблемы создания преобразователей формы информации. (Материалы // Всесоюзного симпозиума.) Киев, «Наукова думка», 1973. 539с. с ил.

93. Пухов Г. Е. Методы анализа и синтеза квазианалоговых электронных цепей. Киев. «Наукова думка», 1967. 568 с. с ил.

94. Смолов В. Б. Вычислительные преобразователи с цифровыми управляемыми сопротивлениями. М., Госэнергоиздат, 1961. 135 с. с ил.

95. Смолов В. Б., Угрюмов Е. П. Время-импульсные вычислительные устройства. Л., «Энергия», 1967. 139 с. с ил.

96. Смолов В. Б., Полянская Т. И., Чернявский Е. А. Электронный транзисторный коммутатор. Авт. свид. №251622. Кл. 18—24. — «Открытия. Изобретения. Промышленные образцы. Товарные знаки», 1969, №28.

97. Способ высокоточного преобразования число-импульсного кода в напряжение. Авт. свид. № 185591. —«Бюлл. изобр.», 1966, № 17. Авт.: Р. И. Грушвицкий, Н. А. Смирнов, В. Б. Смолов, В. К. Шмидт.

98. Степаненко И. П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. М., «Энергия», 1973. 608 с. с ил.

99. Темников Ф. Е. Теория развертывающих систем. М.—Л., Госэнергоиздат, 1963. 168 с. с ил.

100. Универсальные электронные преобразователи информации. Под ред. В. Б. Смолова. Л., «Машиностроение», 1971. 312 с. с ил.

101. Фулагар Д. Полевые транзисторы с р—га-переходом в монолитных операционных усилителях. — «Электроника», 1972, № 23, с. 40—46 с ил.

102. Шеннон К. Работы по теории информации и кибернетике. М., Изд-во иностр. лит., 1963. 832 с. с нл.

103. Шляндин В. М. Цифровые измерительные преобразователи и приборы. М., «Высшая школа», 1973. 280 с. с ил.

104. Шмидт В. К. Систематические ошибки АЦ-преобразователей при воздействии случайных помех. — В кн.: Преобразование и129представление информации в управляющих и информационно-вычислительных электронных машинах. JL, 1970, с. 71—73 с ил.

105. Marshall W., Brown C. Sixteen-bit conversion gets a lift from IC-technology.—«Electronics», 1972, №20, p. 117—120 with il.

106. Prinz D. DC-amplifiers with automatic zero adjustment and input current compensation. — «Journal of Scientific Instruments», 1947, v. 24, 12, Dezember, p. 328—331 with il.

107. Sander W. «Rachet» circuits for electronic analog storage. — «Trans. IEEE», 1964, v. EC—13, 4, p. 474—475 with il.

108. Schmid H. Electronic analog switching. — «Electro-Technology», 1968, 6, p. 35—71 with il.

109. Schmid H. Pulse-time multiplier. — «Electronic Design», 1972, 20, 9, p. 58—61 with il.

110. Schmid H. DA- and AD-conversation techniques. NY, McGraw-Hill, 1968, 432 p. with il.

111. Лебедев И. В. Техника и приборы СВЧ. Ч. I.—М.: Высшая школа, 1970.