автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Управление электрическими и механическими параметрами процесса зажигания дуги при механизированной сварке

На правах рукописи

МОРОЗКИН Игорь Сергеевич

Управление электрическими и механическими параметрами процесса зажигания дуги при механизированной

сварке

05.03.06 - Технологии и машины сварочного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Ростов-на-Дону - 2005 г.

>

Работа выполнена в Ростовском государственном университете путей сообщения.

Научный консультант - доктор технических наук, профессор Дюргеров Никита Георгиевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ленивкин Вячеслав Андреевич; доктор технических наук, профессор Башенко Всеволод Владимирович; доктор технических наук, профессор Чернов Александр Викторович.

Ведущее предприятие - институт сварки России (ВНИИЭСО).

Защита диссертации состоится "29" ноября 2005 г. в 1300 на заседании диссертационного совета Д 212.058.01 при Донском государственном техническом университете по адресу: пл. Гагарина, 1, ауд. 252.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Донского государственного технического университета.

Автореферат разослан "27" октября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета А.И. Шипулин

яре-*. HW5" 7TW?

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы Дуговая механизированная сварка плавящимся электродом в настоящее время является самым распространенным видом сварки плавлением во многих отраслях промышленности.

Ответственным этапом технологического процесса механизированной сварки в среде защитных газов и под флюсом является начало - зажигание сварочной дуги и установление процесса сварки, особенно при выполнении коротких швов, дуговой точечной сварке, сварке роботами и автоматами на поточно-механизированных линиях, а также при синхронизации работы многодуговых сварочных автоматов.

Зажигание дуги и установление процесса сварки в защитных газах и под флюсом основано, как правило, на разрыве сварочной цепи под током и носит неуправляемый циклический характер, что приводит к ухудшению качества начальных участков швов, существенному снижению производительности, непроизводительному расходу сварочных материалов и электроэнергии.

В отечественных и зарубежных источниках питания для улучшения начального зажигания дуги применяются «горячий старт» и /или/ изменение скорости подачи электродной проволоки, а также их комбинация. Проведенные исследования показали, что ни «горячий старт», ни программирование подачи электродной проволоки не решают задачу надежного и управляемого зажигания сварочной дуги.

Зажигание дуги под флюсом электродом большого диаметра (dj > 2 мм), на автоматах конструкции ИЭС им. Е.О. Патона, как показали опыты, происходит после одной предварительной установки электрода лишь в 65% случаев, более того, некоторые технологические процессы невозможны без решения вопроса гарантированного зажигания дуги без касания электрода детали - сварка электрозаклепками в СОг и под флюсом через отверстие в верхней детали.

Исследованиями в области начального зажигания сварочной дуги занимались Б.Е. Патон, Г.И. Лесков, А.Г. Потапьевский, Ю.А. Мошенский, В.В, Пац-кевич, В.Т. Золотых, К. Ligman, Н.Г. Дюргеров, Х.Н.Сагиров, В.А. Ленивкин, E.H. Варуха, С.К. Павлюк, Г.Г. Кленов.

В начале 90-х годов, при участии автора, разработан способ бесконтактного зажигания дуги для автоматической сварки в СОг при относительно низких напряжениях серийных сварочных источников питания (не превышающих 35 - 45 В).

Однако, эффективное использование этого способа при механизированных видах сварки в защитных газах, а также механизированной и автоматической сварке под флюсом и порошковой проволокой, не представляется возможным, в силу их особенностей, связанных с устройством шланговых полуавтоматов, с необходимостью подхода электрода на пробивное расстояние при сварке под флюсом, а также с субъективным фактором — техникой работы сварщика-оператора.

Немаловажной проблемой является разработка универсального способа и оборудования бесконтактного зажигания "у™ ппя пруги-^ пидпя механизиро-

ванной и автоматической сварки под флю< оОД&ОДШНМЯЛЭДВДфлокой.

БИБЛИОТЕКА

С. О»

БЛИОТЕКА I

Учитывая, что объем применения механизированной сварки более чем на порядок превосходит автоматическую сварку в С02, проблема повышения ее производительности является актуальной.

Целью работы является повышение стабильности зажигания дуги механизированной и автоматической сварки в защитных газах и под флюсом на постоянном токе путем разработки способов управления электрическими и механическими параметрами начала процесса, отвечающих условиям ресурсо и энергосбережения, а также регламентацией субъективных факторов, связанных с работой сварщика - оператора.

Для достижения поставленной цели необходимо вскрыть основные закономерности начала процесса механизированной и автоматической сварки в защитных газах и под флюсом на постоянном токе:

установить баланс скоростей развития и сокращения межэлектродного промежутка и роль скорости нарастания тока в начальный момент зажигания дуги и установить влияние таких факторов как индуктивность сварочной цепи, напряжение на электродах, диаметр электрода, скорость его подачи и шероховатость торцевой поверхности электродов;

определить механизм электрического пробоя и развития дугового разряда для различных видов механизированной сварки; разработать математическую модель для расчета скорости и величины «выбега» электродной проволоки в начальный момент зажигания дуги, учитывающую неравномерность ее движения в направляющем канале; определить влияние величины угла подхода сварочной проволоки к изделию на надежность зажигания дуги и переход к заданным параметрам режима сварки;

установить механизм прохождения электрода к изделию через флюс на расстояние, достаточное для электрического пробоя межэлектродного промежутка;

разработать требования к перемещению сварочной горелки к изделию в момент зажигания дуги при механизированной сварке, обеспечивающие минимум влияния «человеческого» фактора; разработать способ регулирования (торможения) подачи электродной проволоки при окончании процесса сварки в случае использования трехфазных асинхронных двигателей.

Методы исследования. В работе применялись методы анализа, основанные на теории электрического разряда в газах и сварке плавлением.

Для регистрации процессов, происходящих при зажигании дуги, применялись скоростная кинокамера СКС-1М и двухскоростная видеокамера «Panasonic» с синхронной записью электрических параметров на цифровой запоминающий осциллограф PCS500, запоминающий двухлучевой осциллограф С8-14 со скоростью записи луча 3000 км/с и разверткой до 0,01 • 10"6 с/дел, светолучевой шлейф-ный осциллограф HI 17.

Для обработки результатов исследований использовался регрессионный метод определения статистической связи между различными исследуемыми случайными величинами.

При проведении исследований бесконтактного зажигания дуги использовалась теория планирования эксперимента.

Для проведения исследований были разработаны экспериментальные установки, позволяющие обеспечить регистрацию параметров быстротекущих процессов зажигания дуги, определить особенности движения электродной проволоки в направляющем канале сварочного полуавтомата и через флюс и т.д.

Предложена специальная методика для определения усилий раздавливания гранул флюса при подходе электрода к изделию в момент зажигания дуги. Научная новизна

1. Решена крупная научная проблема, имеющая важное хозяйственное значение, заключающаяся в повышении стабильности зажигания дуги для всех видов механизированной и автоматической сварки на постоянном токе путем разработки способов управления электрическими и механическими параметрами начала процесса, отвечающих условиям ресурсе и энергосбережения, а также регламентацией субъективных факторов, связанных с работой сварщика - оператора.

2. Вскрыт и описан механизм начала процесса механизированной сварки, который осуществляется в два этапа:

- на первом - происходит электрический пробой межэлектродного промежутка с возникновением низковольтного импульсного разряда (НИР) с последующим переход к дуговому разряду;

- на втором - переход к стационарному (сварка длинной дугой) или квазистационарному (сварка короткой дугой) процессу сварки. Требования на каждом из этих этапов к параметрам источника

питания различны.

3. Исследован механизм возникновения НИР и определены зависимости его возникновения от величины напряжения источника питания: пробоем межэлектродного промежутка (более 30 В) и перегоранием микроперемычек (ниже 20 В).

4. Установлено, что величина межэлектродного промежутка в момент возникновения НИР составляет ~ 10"5 см при напряжении 14 - 22 В, которое зависит от материала электродов, шероховатости их торцевой поверхности и не зависит от состава газовой среды.

5. Установленные закономерности позволили определить, что для управления бесконтактным зажиганием дуги при различных напряжениях режима механизированной сварки необходимо:

выше ЗОВ программированием индуктивности сварочного источника питания (уменьшение ее до 40 • 10"6 Гн);

- ниже 30 В путем программирования: скорости нарастания тока в пределах 150 - 1000 кА/с, напряжения холостого хода источника питания в пределах 35-45 В , времени выдержки повышенного напряжения 3-35 мс и минимальной индуктивности источника питания -40-10"6 Гн.

6. Показано, что для прохождения электрода через флюс и предотвращения динамического соскальзывания электрода с гранулы флюса при

сближении электродов на расстояние электрического пробоя, необходимо обеспечить контроль величины усилия прижимного ролика в пределах 0,19 - 0,26 кН.

7. Выявлено негативное воздействие скорости «выбега» электродной проволоки в начальный момент ее движения на бесконтактное зажигание дуги и разработана математическая модель для расчета скорости «выбега» и определения мер, устраняющих это воздействие.

8. Установлено влияние «человеческого» фактора» на бесконтактное зажигание дуги и разработаны требования по рациональному перемещению сварочной горелки к изделию.

Практическая значимость.

1. Разработаны и внедрены в производство способы управляемого бесконтактного зажигания сварочной дуги при механизированной и автоматической сварке плавящимся электродом в среде защитных газов и под флюсом на постоянном токе, отвечающие условиям ресурсо- и энергосбережения, исключающие выброс участков вылета электрода, сокращающие время установления процесса сварки, улучшающие качество начальных участков швов, повышающие надежность и безопасность сварочного оборудования.

2. Разработана универсальная схема управления сварочным выпрямителем, позволяющая унифицировать сварочное оборудование и обеспечить надежное и управляемое установление процесса сварки.

3. Сформулированы требования к подающему механизму, обеспечивающие повышение стабильности зажигания дуги.

Разработанные способы и устройства защищены четырьмя авторскими свидетельствами и внедрены: ПО "Красный котельщик" г. Таганрог, ОАО "Ро-стсельмаш" г. Ростов/Дон, завод дробильных машин г. Выкса, Белгородский завод металлоконструкций, на восьми ремонтных предприятиях СКЖД.

На защиту выносятся:

- результаты теоретических и экспериментальных исследований по определению механизма инициации электрического пробоя и его перехода к НИР;

- результаты экспериментальных исследований факторов, влияющих на бесконтактное зажигание дуги и его переход к заданным параметрам режима сварки при механизированной сварке плавящимся электродом;

- алгоритмы управления бесконтактным зажиганием дуги при механизированной сварке, обеспечивающие высокую надежность и управляемость процесса;

- математическая модель движения сварочной проволоки в направляющем канале полуавтомата в начальный момент зажигания дуги;

- модель силового взаимодействия в системе "сварочная головка - электрод - изделие" при сварке под флюсом;

- схемное решение управления зажиганием дуги при механизированной сварке плавящимся электродом на постоянном токе как для модернизации

существующих тиристорные источников питания, так и для универсального сварочного источника питания.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на: Всесоюзном научно-техническом семинаре по применению импульсных процессов в сварке в г. Ростове-на-Дону в 1987 г., на семинаре «Научные достижения в сварке» в Ленинградском доме научно-технической пропаганды, г. Ленинград, 1988 г., на кафедре «Сварка» Ленинградского политехнического университета, 1988 г., на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава РГУПС с 1992. по 2002 г., на всероссийской научно-технической конференции с международным участием в МЭИ г. Москва, в ноябре 2000 года, на научно-технической конференции в МГТУ им. Баумана, 2002 г., на заседании кафедры МиАСП ДГТУ, 2002 г., на международном конгрессе «Триботранс 2003» РГУПС, семинаре кафедры «Технологии сварки и диагностики» МГТУ им. Баумана, 2005 г.

По теме диссертации опубликовано 34 научных труда, в том числе две монографии и четыре авторских свидетельства. В реферированных изданиях опубликовано 15 научных трудов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, практических рекомендаций, общих выводов по работе, списка литературы из 172 наименований. Объем составляет 334 страницы машинописного текста, включая 34 таблицы и 115 рисунков.

В первой главе обоснована актуальность проблемы, освещено современное состояние вопроса, рассмотрены способы зажигания дуги применяющиеся в отечественных и зарубежных источниках питания, предложена классификация способов зажигания дуги и способов, улучшающих установление процесса сварки, изложены основные результаты работы и сформулированы основные положения, выносящиеся на защиту.

Основные исследования в области механизированной сварки плавящимся электродом на постоянном токе с постоянной скоростью подачи велись по управлению собственно сварочным процессом. Однако на качество сварного соединения, кроме собственно сварочного процесса, значительное влияние оказывает начальная стадия - зажигание сварочной дуги.

Известно, что установление процесса при механизированной сварке в среде защитных газов носит циклический характер, то есть происходит после нескольких циклов соприкосновения электрода с изделием, горения и обрыва дуги и является неуправляемым процессом. Это ухудшает качество начальных участков швов, приводит к значительному увеличению вспомогательного времени и непроизводительному расходу сварочных материалов и электроэнергии.

Существуют различные способы зажигания дуги при сварке под флюсом. Наиболее распространенным является способ реверсирования электрода. При этом сварочный электрод предварительно закорачивается с изделием, и дуга зажигается при разрыве межэлектродного промежутка под напряжением сварки. Обрыв дуги с последующим коротким замыканием и выбросом перемычки в этом случае составляет 35-40%, что исключает ее надежное зажигание. Кроме

этого, даже при возбуждении дуги с первого раза не обеспечивается глубокое проплавление в начале шва из-за низкого тепловложения.

Применение выносных пластин на этапе зажигания дуги создает другие проблемы.

Другие способы предусматривают подготовку конца электрода (заточку) и непосредственную его подачу через флюс до соприкосновения с изделием, однако это не гарантирует надежного зажигания дуги и ведет к значительному увеличению подготовительного времени.

Известны попытки бесконтактного зажигания дуги под флюсом с использованием для пробоя межэлектродного промежутка высоковольтным, высокочастотным напряжением 2-4 кВ, 250-400 кГц от сварочного осциллятора. Однако в этом случае усложняется работа сварочного оборудования, возникают помехи по сети и эфиру.

Накопленный соискателем экспериментальный материал и анализ литературных данных позволили составить классификацию способов зажигания дуги, осуществляемых при сварке плавящимся электродом в среде защитных газов и под флюсом.

В большинстве отечественных и зарубежных источниках питания таких фирм, как ВНИИЭСО, Linkoln, KEMPPI, Cemont, Messer , ESAB и др. для улучшения зажигания сварочной дуги применяются «горячий старт» (Hot start) и изменение скорости подачи электродной проволоки или их комбинация.

Исследования показали, что ни «горячий старт», ни программированное изменение скорости подачи электродной проволоки не решают задачу надежного и управляемого зажигания сварочной дуги. «Горячий старт» подразумевает подход электрода к изделию с повышенным напряжением и полной индуктивностью источника питания. В момент зажигания дуги напряжение падает до величины определяемой режимом сварки, поэтому условие превышения скорости развития межэлектродного промежутка над скоростью его сокращения не выполняется и процесс переходит в короткое замыкание.

Таким образом, все перечисленные ранее способы зажигания сварочной дуги при механизированных видах сварки и под флюсом не обеспечивают надежного зажигания дуги, т.к. не являются полностью управляемыми, требуют значительного времени на подготовку и не отвечают требованиям ресурсо и энергосбережения, особенно это важно при сварке коротких швов,, дуговой точечной сварке, а также при синхронизации работы многодуговых сварочных автоматов.

Для разработки надежного, экономичного и управляемого способа зажигания дуги для механизированных видов сварки в защитных газах и под флюсом, определения факторов, влияющих на этот процесс, определена схема объекта исследований, а также цель и задачи работы.

Для разработки управляемого, надежного и универсального бесконтактного способа зажигания сварочной дуги необходимо было решение комплексной задачи:

1. Возникновения и развития НИР.

2. Перехода от НИР к заданным параметрам режима сварки.

3. Пружинного распрямления электродной проволоки, накопленной в направляющем канале, в момент зажигания сварочной дуги.

4. Изменения условий зажигания дуги при изменений угла подхода электрода к изделию.

5. Устранения препятствия подходу электродной проволоки к изделию на расстояние, достаточное для бесконтактного зажигания сварочной дуги при сварке под флюсом.

6. Взаимодействия электродной проволоки, частиц флюса и изделия в момент зажигания сварочной дуги.

7. Формирования капли минимально возможного диаметра на конце электрода при окончании процесса сварки.

8. Эффективного и надежного торможения двигателя подачи проволоки сварочного полуавтомата в момент окончания процесса сварки.

Во второй главе исследовался механизм возникновения и развития НИР при низких сварочных напряжениях как стадия, предшествующая зажиганию дуги, влияние различных факторов на начальную стадию сварочного процесса. Зажигание дуги происходит по схеме: подача напряжения на сближающиеся электроды - пробой межэлектродного промежутка - НИР - дуговой разряд.

Установлено, что критерием перехода НИР в дуговой, может служить достижение током разряда значений, превышающих пороговой ток возникновения дуги до момента замыкания электродов, а критерием развития дуги и перехода к заданным параметрам режима - превышение скорости развития межэлектродного промежутка над скоростью его сокращения (скорость подачи электрода).

Определено, что минимальный пороговый ток дуги, в зависимости от материала электродов, составляет 0,1-0,8 А. Под пороговым током понимают минимальный ток существования дуги. Установление процесса сварки включает собственно зажигание дуги, ее развитие и переход к заданным параметрам режима сварки с непрерывным горением дуги - в случае сварки длинной дугой или с прерывистым горением дуги и непрерывным током - в случае сварки короткой дугой. Необходимо отметить, что требование к источнику питания при зажигании дуги и непосредственно процесси сварки различны. Исследования показали, что в момент зажигания дуги и перехода к дуговому разряду источник питания должен иметь минимальную индуктивность, а во время процесса сварки -определенную индуктивность, зависящую от режима сварки для стабилизации процесса и уменьшения разбрызгивания.

Исследование механизма установления процесса сварки включало в себя изучение физических процессов, протекающих при зажигании дуги, условий и механизма ее развития и собственно установления процесса с учетом физических свойств дуги и других явлений.

Процесс бесконтактного зажигания дуги при сближении электродов проходит две стадии: возникновение НИР (рис. 1.) с развитием в дуговой разряд и переход к сварочной дуге с заданными параметрами режима сварки.

Установлено, что при сближении электродов под напряжением, не превышающим напряжение холостого хода источника питания, НИР имеет двойственный характер - возникает или с пробоя постоянно сокращающегося межэлек-

ю

тродного промежутка, если напряженности поля с учетом микрогеометрии электродов, достаточно для пробоя, либо со взрывообразного разрушения микроперемычки, если напряженности поля недостаточно для пробоя данного промежутка. Оба эти процесса условно объединены и названы бесконтактным зажиганием дуги. Напряжение холостого хода источника питания - это напряжение на выходных клеммах сварочного источника питания при токе нагрузки, равном нулю, либо равном току включения тиристоров (для тиристорных источников питания).

Рис. 1. Пробой с развитием низковольтного импульсного разряда, воздух; ¿,=1,6 мм; У„=254 м/ч; и„=40В; Ьу = 0,2 ■ Ю'Тн; развертка 0,1 • 10'6с/дел

Проведенные исследования показали следующую зависимость: НИР при напряжениях ниже 20 В всегда начинается с микрокасания электрода с изделием, а при напряжении выше ЗОВ практически всегда с электрического пробоя постоянно сокращающегося межэлектродного промежутка (рис. 2, рис. 3).

Были определены факторы, которые могут оказывать влияние как на первую стадию процесса, - электрический пробой, возникновение и развитие НИР, так и на вторую - переход к заданным параметрам режима сварки.

1Р

/

Рис. 2. Осциллограмма возникно- Рис. 3. Осциллограмма возникнове-

вения НИР при ихх= 14 В, ния НИР с пробоя, ихх = 40 В,

развертка 50 ■ 10"6 с/дел развертка 50 • 10"6 с/дел

К числу таких факторов относятся: индуктивность сварочной цепи; состояние торцевой поверхности электродов; напряжение на электродах; скорость

сближения электродов; материал электродов; диаметр электрода; защитная среда. Необходимо отметить, что степень влияния этих факторов в первой и во второй стадиях различны.

Исследования показали, что основное влияние на эти процессы оказывает индуктивность сварочного источника питания.

Рассмотрим первую стадию процесса бесконтактного зажигания дуги.

Влияние индуктивности на появление и развитие НИР определялось по минимальному напряжению на электродах, при следующих значениях индуктивности 0,Ьу = 40 10"6Гн - собственная индуктивность источника питания, Ьу = 175-Ю"6^ и Ьу = 675-10"6Гн - дополнительная индуктивность, соответствующая половине и полной индуктивности сварочного дросселя выпрямителя ВДУ-504 УЗ. Опыты проводились при различном состоянии поверхности электродов и изменении напряжения на электродах от 10 до 240 В.

Установлено, что минимальное напряжение развития НИР существенно зависит от индуктивности сварочной цепи (рис. 4). 2 1

а б

Рис. 4. Изменение напряжения гарантированного развития НИР

от индуктивности сварочной цепи и состояния торцевых поверхностей электродов.

Шероховатость торцевой поверхности электродов а - 3,2- Ю^см, 6- 0,8 ■ Ю^см

1 - наличие металлической пыли;

2 - отсутствие металлической пыли

При дополнительной индуктивности, близкой к нулю, (собственная индуктивность сварочного контура при отсутствии дополнительной индуктивности, равной 40 • 10-6 Гн) минимальное напряжение развития НИР колеблется в зависимости от состояния поверхностей электродов от 14 В до 40 В (рис. 4, а). При дополнительной индуктивности, равной 675 • 10"6Гн минимальное напряжение, в зависимости от состояния поверхности, составляет 110 В-240 В (рис. 4, б), что значительно превосходит напряжение холостого хода сварочного источника питания.

На рис. 5 показаны осциллограммы электрического пробоя с развитием НИР (а) и отсутствием электрического пробоя в постоянно сокращающемся межэлектродном промежутке (б) при различной индуктивности источникка питания.

Для обеспечения стабильного развития НИР при напряжении на электродах, не превышающем напряжение холостого хода сварочных источников питания, силовая сварочная цепь должна иметь индуктивность, близкую к ну-лю.Определено, что состояние торцевой поверхности электродов оказывает значительное влияние на возникновение и развитие НИР.

а б

Рис. 5. Осциллограммы процессов при сближении электродов под напряжением ихх = 40 В в воздухе при с13=1.б мм и \/„ =254м/ч; развертка 10 • 10"6 с/дел: а - пробой с возникновением низковольтного импульсного разряда при дополнительный индуктивности, равной нулю; б - короткое замыкание при дополнительной индуктивности, равной 675 • 10"6 Гн

Влияние шероховатости поверхности электродов на напряжение появления и развития НИР определялось по минимальному напряжению низковольтного импульсного разряда между электродами, (рис. 6).

Пунктирная линия показывает начало возникновения НИР, сплошная - гарантированное его возникновение. Между ними - область перехода от случайного возникновения разряда до его стабильного возникновения. Наличие переходной области и ее ширина объясняется невозможностью контроля поверхности электродов в зоне контакта.

Исследования показали, что уменьшение высоты микровыступов- увеличивает минимальное напряжение появления разряда, а наличие микрочастиц -уменьшает это напряжение. Так, при шероховатости поверхности электродов (0,8 - 3,2)-10~4см напряжение стабильного появления разряда составляет 20В, увеличивается до 40 В при уменьшении шероховатости поверхности электродов до (0,2 - 0,8) ■ 10~4см. Наличие микрочастиц на поверхности электродов снижает напряжение разряда до 14 В и 18 В соответственно.

Согласно теории автоэлектронной эмиссии Фаулера-Нордгейма, для заметной эмиссии электронов из металла необходима напряженность электрического поля Е ~ 107 В/см.

Рис. 6. Изменение минимального напряжения появления и развития НИР от состояния поверхности электродов, индуктивность Ьу =0,2-КГ'Тн, воздух;

1 - поверхность электродов чистая;

2 - наличие металлической пыли на торце электродов

Известно, что в случае плоских электродов большую роль в создании таких значений Е играет локальное усиление поля у вершин микроскопических неровностей поверхности катода. Их влияние на величину Е принято учитывать коэффициентом усиления поля Р, который определяется как отношение локальной напряженности поля на вершине микровыступа Е к напряженности Ео, зависящей от микро геометрии электродов и приложенной к ним разности потенциалов

р = Е / Е0.

При этом подразумевается, что величина р является только характеристикой микро геометрии электрода.

При сближении электродов коэффициент усиления поля возрастает, причем степень увеличения коэффициента в значительной мере определяется параметром выступа Ь /11, где Ь - половина ширины основания выступа, а Ь его высота. Однако это возрастание становится ощутимым (> 3%) только при малых зазорах <1/Ь < 3.

Механизм эмиссии электронов представляется следующим образом. Возрастание тока при взрыве острия, по-видимому, обусловлено резким увеличением эмитирующей поверхности. Это вызвано тем, что формируемая плотная плазма вследствие разделения зарядов создает вблизи катода большой, положительный пространственный заряд, значительно усиливающий напряженность электрического поля во всей той области, где существует плотная плазма. Выход электронов из катода происходит в результате автоэлектронной эмиссии в поле пространственного заряда. Уход электронов из плазмы немедленно компенсируется электронами, поступающими с поверхности катода. При взрыве острия и отборе электронного тока в процессе взрывной эмиссии происходит частичное

расходование материала катода. Плотность электронного тока составляет 3 = 107 А/см2, а напряженность поля у катода не менее, чем 5 • 107 В/см.

Таким образом, эмиссия электронов, возбуждаемая в начальных стадиях пробоя, не является чисто автоэлектронной, а связана с взаимодействием плотной плазмы, сформированной при взрыве микроострий на поверхности катода, с поверхностью твердого тела. Высокая плотность плазмы обеспечивается взрывным процессом формирования среды в результате концентрированного ввода в острие большой удельной энергии.

В случае, когда НИР начинается с микроконтакга, механизм появления НИР и развития разряда представляется следующим образом. При разрыве микроконтакта разрядный промежуток, в основном, образуется путем перегорания микроперемычки, мгновенно расплавленной проходящим током, а вдоль зазора между двумя горячими металлическими поверхностями наводится э.д.с., величина которой, зависит от постоянных электрической цепи.

Следовательно, эти условия благоприятны для термоэлектронной эмиссии, отвечают требованиям инициации и дальнейшего поддержания дугового разряда между сближающимися электродами.

При зазорах между электродами <1, близкими к высоте микро выступов Ь, где с1 > И, коэффициент усиления поля р зависит от отношения с1 / Ь и от отношения Ь / И. Чем меньше отношение <1 / Ь и Ь / Ь, т.е. чем меньше расстояние от вершины микровыступа до поверхности электрода и чем острее и выше микровыступ, тем сильнее увеличение напряженности поля на вершине микровыступа и создаются благоприятные условия для пробоя межэлектродного промежутка при низких сварочных напряжениях. Таким образом, инициатором возникновения НИР является пробой постоянно сокращающегося межэлектродного промежутка напряжением, не превышающим напряжение холостого хода сварочных источников питания, однако, при увеличении отношения <1 / Ь и Ь / Ь, т.е., чем острее и уже становится микровыступ, тем больше вероятность возникновении НИР с микроконтакта.

Установлено, что скорость подачи электрода практически не оказывает влияния на время возникновения разряда. Время возникновения разряда составляет около 10"7с, что соответствует при максимальной скорости подачи пути 8=210"6см, пройденному электродом к изделию. По сравнению с пробивным расстоянием для тех же условий эта величина от 4 до 25 раз меньше. Таким образом, скорость подачи электрода не влияет на время возникновения разряда, однако сильно влияет на НИР.

На основании теоретических и экспериментальных исследований определено, что заметное влияние на физические процессы, происходящие в дуговом промежутке при горении дуги, оказывает материал электродов. Процесс появления и развития НИР происходит на расстояниях порядка 10"5см, что соизмеримо с длиной катодной области дуги.

Определяющая роль материала катода в напряжении возникновения и существования НИР объясняется тем, что при столь малых межэлектродных промежутках разряд происходит в парах испарившегося с катода материала

и напряжение разряда определяется, в основном, потенциалом ионизации материала катода табл. 1.

В результате исследований определено, что диаметр электродов не оказывает влияние на минимальное напряжение возникновения и развития НИР, так как на расстояниях, при которых происходит электрический пробой межэлектродного промежутка, торцевые поверхности электродов, независимо от их конфигурации в месте пробоя, можно считать бесконечно больших размеров.

Установлено, что газовая среда не влияет на напряжение возникновения низковольтного импульсного разряда вследствие того, что расстояние между электродами соизмеримо с длиной свободного пробега электрона в газе при атмосферном давлении, прохождение электрона, вырванного полем автоэлектронной эмиссии из катода, с катода на анод, может осуществляться без

Таблица 1.

Напряжение появления и существования низковольтного импульсного разряда

Материал катода С С С С С С V/ Ъл Бе Бп А1

Материал анода С Ъп Ре Бп А1 С С С С С

Минимальное напряжение возникновения разряда, В 22 22 22 22 20 22 16 15 15 14 14

Напряжение существования разряда, В 20 20 20 20 18 20 14 14 14 13 12

ионизации молекул газа. Эмиссия электронов из катода происходит под действием поля, напряженность которого при напряжении на электродах и» = 40 В и шероховатости поверхности электродов (0,2 - 0,8) 10Л;м составляет в среднем Е = 0,6-107 В/см без учета её усиления на вершине микровыступа поверхности электродов. Если учесть, что средняя высота микровыступа составляет 0,5-Ю^см, то, как было указано ранее, коэффициент усиления поля на вершине микровыступа составляет р ~ 12. Таким образом, напряженность поля на вершине микровыступа будет Е = 7,2-107 В/см.

Рассмотрим вторую стадию процесса бесконтактного зажигания дуги - переход от НИР к дуговому и далее к заданным параметрам режима сварки.

Уменьшение индуктивности и повышение напряжения на электродах способствует развитию дуги и более быстрому установлению процесса сварки, а увеличение диаметра электрода, диаметра капли, и скорости подачи электрода затрудняют установление процесса.

Электроды под напряжением холостого хода ихх сближаются с постоянной скоростью У„ и на расстоянии с1п, между ними происходит пробой межэлектродного промежутка с возникновением низковольтного импульсного разряда. Длительность пробоя составляет ^ = 10"7 - 10'8 с.

Основное условие перехода низковольтного импульсного разряда в дуговой можно выразить следующим неравенством:

<и ^ ,

Л-*'*1". 0)

т.е. ток низковольтного импульсного разряда за время ^ должен достичь порогового тока горения дуги 1п д, если пороговый ток не будет достигнут, то процесс перейдет в короткое замыкание, (рис. 7).

и,1

и»

1пд

и„

Б (I)

и« 1р*(0

Рис. 7. Схема появления и развития НИР и условия его перехода в дуговой разряд: 1„л - пороговый ток дуги; 1Р(1) и 1р*(1) - соответственно изменение тока разряда, когда НИР переходит в дуговой разряд и когда наступает короткое замыкание межэлектродного промежутка (электродов) и дуговой разряд не развивается; 1„р - время возникновения НИР (пробоя);

- время от начала пробоя до замыкания электродов; 8(0- изменение расстояния межэлектродного промежутка 1Р - время существования разряда (НИР+^р), 1„р очень мало и им можно пренебречь

Определим скорость нарастания тока, необходимую для достижения порогового тока дуги до замыкания электродов

¿1

—

Кь 'К'Ецр и

Расчеты показали, чтобы при скорости подачи электрода V„ = 250 м/ч и напряжении холостого хода Uxx = 30 В ток достиг порогового тока дуги до замыкания электродов, необходимо обеспечить скорость нарастания его более 185 • 103 А/с.

Было установлено, что при напряжении холостого хода Uxx = 30 В только сварочная цепь с индуктивностью менее может обеспечить нарас-

тание тока до порогового тока дуги за время (tn) от момента пробоя до замыкания электродов.

Таким образом, в пределах напряжений холостого хода сварочного источника питания, равным и более U^ = 50 В сварочная цепь с индуктивностью не более Ly = 215 • 10"6 Гн обеспечит нарастание тока до порогового тока дуги за время tnjl от момента пробоя межэлектродного промежутка до замыкания электродов.

После пробоя и оплавления микро неровностей током развивающейся дуги процесс переходит в короткое замыкание, рис. 8. Таким образом, на

Рис. 8. Осциллограмма процесса зажигания дуги и перехода к короткому замыканию-

d,= 1,6 мм; 1с, = 250 A; U«=45 В; Uc, = 24 В; (!«= 3,6 мм; С02; электрод марки Св-08Г2С

данной осциллограмме время tnjl и является суммарным временем от момента пробоя, перехода к низковольтному импульсному разряду и от него - к дуговому разряду, до короткого замыкания с учетом оплавления микро неровностей на поверхности электродов, т.к. тока дуги (мощности) недостаточно для расплавления всего сечения электрода, подаваемого в зону сварки. Это время в зависимости от напряжения холостого хода, шероховатости поверхности электродов и скорости подачи электрода изменяется в пределах от 1,5- 10"3с до 2,5 • 10"3с. В дальнейших расчетах применялось время tMJI = 2,0 • 10'3с.

Для предотвращения замыкания электродов и обеспечения развития дугового разряда необходимо выполнение условия: чтобы скорость увеличения дугового промежутка (скорость плавления электрода с учетом роста капли), в на-

чальный момент времени превышала скорость его сокращения (скорость подачи электрода).

Тепловую мощность Wn, необходимую для плавления электродного металла, подающегося в зону сварки со скоростью У„, можно определить:

, (3)

где Рэ - площадь торца электрода;

р - плотность материала электрода;

Бпл - теплосодержание расплавленного электродного металла.

Электрическая мощность дуги, идущая на плавление электрода, определяется:

ттг с11

э=И1пл у71э- (4)

Для развития дуги необходимо выполнение условия > , или:

, (5)

где ^ - время от начала пробоя до замыкания электродов с учетом оплавления микро неровностей как током НИР, так и током дуги; - эффективный КПД нагрева электрода дугой.

Время ^ определялось опытным путем из Полученных осциллограмм.

Из формулы (5) определим необходимую скорость нарастания тока дуги, обеспечивающую развитие дугового промежутка: <11 т Р,-р-Уп-8т

Подставляя числовые значения в формулу (6), полупим:

¿¡г >~>

—— >\%\Л(?А!с

а

Таким образом, для обеспечения плавления электрода диаметром 1,6 мм, в начальный момент времени необходима скорость нарастания тока более 181- 103 А/с.

Таким образом, для обеспечения зажигания дуги и перехода к установившемуся процессу сварки требуется выполнение двух условий:

- за время подхода электрода к изделию необходимо, чтобы ток разряда достиг порогового тока дуги для данного материала электрода;

в начальный момент скорость развития дугового промежутка должна превышать скорость его сокращения.

На рис. 9 показана осциллограмма процесса, когда скорость нарастания тока достаточна как для перехода от НИР к дуговому разряду, так и для обеспечения развития дугового промежутка и перехода к заданным параметрам режима сварки.

Выполнение обоих условий перехода от пробоя к установившемуся процессу сварки можно обеспечить несколькими путями:

- уменьшением диаметра электрода;

- уменьшением скорости подачи электрода;

- увеличением напряжения холостого хода источника питания;

- уменьшением индуктивности сварочной цепи.

Первые два пути (уменьшение диаметра электрода и скорости его подачи) связаны с изменением режима сварки.

Нг

Рис. 9. Осциллограмма зажигания дуги и перехода к установившемуся процессу сварки в СО2: d3= 1,6 мм; 1с, = 250 A; Uxx= 45 В; UCB= 24 В; Св-08Г2С; Uxx = 40 В; индуктивность Ly = 40 • 10"6 Гн

Установлено, что наиболее эффективным способом управления скоростью нарастания тока является изменение индуктивности сварочной цепи. Так, изменение индуктивности сварочной цепи при Uxx - const, с Ly = 715 • 10"6 Гн до Ly = 40 -10"6 Гн приводит к увеличению скорости нарастания тока почти в 20 раз.

Управление скоростью нарастания тока изменением напряжения холостого хода сварочного источника питания неэффективно из-за сравнительно узкого, возможного диапазона изменения напряжения холостого хода серийных сварочных источников питания. Практически возможно повысить Uxx не более, чем в 2 - 2,5 раза. Без изменения индуктивности сварочного источника питания это не обеспечивает требуемой скорости нарастания тока.

Увеличение диаметра электрода ухудшает условия зажигания дуги и установления процесса, рис. 9.

Электрод диаметром d, = 1,6 мм подается с постоянной скоростью V„ = 250 м/ч, то для обеспечения условия W3 > Wn необходимо обеспечить ско-

dlm ,

рость нарастания тока более = 181-1 (УА/с t что обеспечивается напряжением холостого хода Uxx = 30 В, при индуктивности сварочной цепи

диаметр электрода Змм

и„,В 45

40 35 30 25 20

■

1

.шп 'у }

/ * „

прямая полярность

- обратная полярность

диаметр электрода 2мм

и„,в

45

40

35 30 25 < 20

зя.

• "-.ГС

■Ж-'у;

■■■-¿¡к' Г'-.'' V. г л,"'

-прямая полярность

-обратная полярность

400

600 У„,м/ч

Ш 400

У„,м/ч

^ Р диаметр электрода 1,6м*.

40 -

ШШ

Шш

'зЯ

- прямая полярность

- обратная полярность

диаметр эле)ф>ода 1,2мм

400 600 ^„,м/ч

-прямая полярность

- обратная полярность

400 600 У"1м/ч

Рис 9 Изменение минимального напряжения холостого хода источника питания, обеспечивающего развитие дуги и переход к ус1ановившемуся процессу сварки от скорости подачи электрода и полярности тока при ра ¡личных диаметрах элеюродов индуктивность сварочной цепи Ьу= 40 • 10"бГн, защшный газ СОг

Ьу = 40 • 10"6 Гн. С увеличением диаметра электрода до = 3,0 мм, при той же скорости подачи и том же напряжении холостого хода, условие \У, > выполняться не будет, т.к. согласно полученному выражению (6), необходимая скорость нарастания тока для обеспечения условия \УЭ > \¥„ -

—^- = 634-10ъ А!с, а сварочная цепь при указанных выше параметрах может

обеспечить скорость нарастания тока -—^- = 425-103А/с. Чтобы условие

\У3 > \¥п выполнялось, необходимо увеличить напряжение холостого хода до и„ = 40 В.

В реальных условиях сварки после ее окончания на конце электрода остается капля затвердевшего металла, и в начале следующего цикла сварки электрод с каплей на конце будет подаваться в зону сварки.

После сварки электродом с!э = 1,6 мм и Уп = 250 м/ч на конце электрода может образоваться капля с!к = 3,4 мм. Можно считать, что в начальный момент времени при последующем зажигании дуги подается электрод диаметром с1э = 3,4 мм с той же скоростью подачи и, как было показано, дуга перейдет в короткое замыкание.

Опытным путем была установлена следующая зависимость: для стабильного зажигания и развития дуги необходимо, чтобы йк ^ 2с1э при скорости подачи электрода до У„ = 300 м/ч и 1,5ёэ при скорости подачи электрода У„ > 350 м/ч.

Исследования показали, чтобы обеспечить зажигание и развитие дуги в реальных условиях сварки при различных скоростях подачи электрода и его диаметрах, напряжение холостого хода сварочного источника питания должно быть не менее 40 В.

Одним из требований качества сварных соединений является постоянство геометрических размеров сварного шва, гарантией которого является быстрое нарастание глубины проплавления в начале шва.

Основным фактором, определяющим как глубину проплавления, так и скорость ее нарастания, является скорость нарастания тока в начальный момент зажигания дуги. С увеличением скорости нарастания тока глубина проплавления увеличивается благодаря увеличению тепловложения в изделие.

Начало стабильного про-

Рис 10. Осциллограммы и макрошлифы начальных участков швов при контактном и бесконтактном зажигание дуги. Режим сварки: аэ= 1,6 мм, ис8 = 24 В, 1с, = 250 А, С02; а- Ьхх-27 В, Ьу = 715• 10"6Гн; б - и,х = 44 В, Ьу = 40 - 10"6Гн

Процесс бесконтактного зажигания дуги характеризуется большей скоростью нарастания тока дуги (dl/dt до 675 кА/с и пиковый ток до 2275 А), по сравнению с контактным способом зажигания (dl/dt до 35 кА/с и пиковый ток до 475 А), благодаря форсированию тока и напряжения в начальный момент зажигания дуги, что приводит к увеличению тепловложения и более быстрому нарастанию глубины проплавления основного металла, рис.10

Время установления процесса сварки при контактном зажигании дуги составляет 0,2 - 3,5 с. Под временем установления понимается время от начала протекания сварочного тока до начала стационарного или квазистационарного процесса. В этом случае при бесконтактном зажигании, без обрыва в горении дуги, время установления процесса сварки равно нулю.

Для стабильного бесконтактного зажигания дуги и его переход к заданным параметрам режима необходимо, чтобы, на первом этапе, ток разряда достиг порогового тока дуги до замыкания электродов, а на втором - чтобы скорость развития дугового разряда превышала скорость его сокращения.

Это обеспечивается в начальный момент зажигания дуги уменьшением индуктивности источника питания до величины не более Ly = 40- 1СГбГн и увеличением напряжения, с которым электрод подходит к изделию до 35 - 45 В, при этом диаметр капли на конце электрода не должен превышать 1,5 - 2х диаметров электрода.

В третьей главе исследовалось влияние механических параметров механизированной сварки на процесс бесконтактного зажигания дуги. На основании разработанной модели движения электродной проволоки в направляющем канале сварочного полуавтомата в начальный момент зажигания дуги определены начальные скорости и величины -ее «выбега», а также их влияние на бесконтактное зажигание дуги; определено влияние величины угла подхода сварочной проволоки к изделию на надежность зажигания дуги и переход к заданным параметрам режима сварки. *

При полуавтоматической сварке плавящимся электродом большое влияние на бесконтактное зажигание дуги оказывает характер движение электродной проволоки в направляющем канале шлангового механизма подачи.

В момент сматывания из кассеты электродная проволока имеет начальную кривизну радиуса R. Рассмотрено поведение этой проволоки в направляющем канале, считая проволоку упругой. В проволоке, принявшей форму винтовой линии, возникает изгибающий момент М„. Наряду с изгибающим моментом в проволоке возникает крутящий момент Мк.

На рис. 11 показаны силовые факторы, воздействующие на электродную проволоку в направляющем канале в момент начала движения.

Разработанная математическая модель движения электродной проволоки в начальный момент зажигания дуги позволила определить как величину «выбега» электродной проволоки, так и ее скорость.Установлено, что приращение длины электродной проволоки над длиной направляющего канала составляет от 2 до 28 мм в зависимости от диаметра электрода и сжимающей силы. При превышении силы подачи и силы упругих деформаций электродной проволоки в направляющем канале над силой трения Fc, электродная проволока выбрасыва-

ется из направляющего канала со скоростью, превышающую скорость ее подачи.

Скорость «выбега» электродной проволоки в начальный момент бесконтактного зажигания дуги была определена:

где ш - приведенная масса электродной проволоки в направляющем канале; в - модуль сдвига; 1Р - полярный момент инерции; Е - модуль упругости;

I - осевой момент инерции сечения проволоки, для круглого сечения

у - угол поворота сечения проволоки на отрезке длиной I; г - радиус образующего цилиндра винтовой линии.

Расчеты показали, что скорость «выбега» электродной проволоки в начальный момент составляет в зависимости от диаметра проволоки от 540 м/ч до 5040 м/ч и зависит от соотношения диаметров проволоки и направляющего канала, сопротивления в направляющем канале и начальной кривизны электродной проволоки.

Установлено, что скорость подачи электродной проволоки не влияет на скорость «выбега» электродной проволоки в начальный момент зажигания сварочной дуги. Основное влияние на скорость «выбега» оказывает диаметр электродной проволоки. Чем больше диаметр электродной проволоки, тем больше скорость «выбега» в начальный момент.

Для того, чтобы определить влияние скорости «выбега» электродной проволоки на бесконтактное зажигание дуги, необходимо было выяснить способность

Рис. 11. Силовые факторы, воздействующие на электродную проволоку в направляющем канале

(7)

Л=(лгэ 4/4);

источника питания обеспечить выполнение условия развития дугового промежутка при увеличенной скорости подачи в начальный момент бесконтактного зажигания сварочной дуги.

Определено, что скорость «выбега» электродной проволоки резко уменьшается во времени и к концу «выбега» сравнивается со скоростью подачи при постоянной длине шланга (3,5 м). Максимальный «выбег» для диаметра электрода Змм составляет 8 мм и, если начинать сварку при У„ = 91 м/ч, поднося электрод непосредственно к изделию, то скорость подачи в этот момент будет составлять 386м/ч. Если при скорости подачи 91 м/ч для развития дугового разряда необходимо напряжение холостого хода источника питания 40 В, то для скорости 386 м/ч необходимо обеспечить скорость нарастания тока не менее 1200 кА/с, что обеспечивается напряжением холостого хода источника питания не менее 60 В. Для того, чтобы обеспечить бесконтактное зажигание сварочной дуги при низких напряжениях необходимо, чтобы зазор между электродом и изделием был не менее величины выбега электродной проволоки. Особенно это необходимо для больших диаметров электродной проволоки.

Установлены величины превышения длины проволоки над длиной направляющего канала в зависимости от диаметра проволоки и нагрузки, табл. 2.

Таблица 2

Превышение длины проволоки над длиной направляющего канала в зависи-

Усилие подачи, Б , Н

мм 20 40 60 80 100

Превышение длины проволоки над длиной канала, Ы, мм

1,0 12 16 19 23 28

1,2 8 11 14 17 21

1,6 7 10 13 16 20

2,0 5 8 10 12 15

2,8 4 7 9 10 12

3,2 2 5 6 7 8

По расчетным и экспериментальным данным были построены зависимости превышения длины проволоки над длиной направляющего канала от радиуса кривизны проволоки в свободном состоянии, рис. 12.

Анализ приведенных в работе данных показывает, что для уменьшения превышения длины проволоки над длиной направляющего канала, а, следовательно, и величины выбега электродной проволоки в начальный момент зажигания дуги, необходимо править электродную проволоку непосредственно перед направляющим каналом.

В случае использования подающего механизма с включением подачи проволоки от датчика тока, то для бесконтактного зажигания сварочной дуги достаточно обеспечить собственную индуктивность источника питания Ц = 40- 10'6Гн, рис. 13. При программировании напряжения холостого хода источника питания наблюдается значительный обрыв дуги порядка 0,6 с (рис. 13 б), что приводит к увеличению времени установления процесса сварки.

Применение контактного способа зажигания дуги в этом случае не целесообразно из-за частых «утыканий» электрода с изделием и выбросов участков вылета электрода, связанных с «субъективным» фактором - скоростью подвода сварочной горелки сварщиком к изделию.

Рис 12. Зависимости превышения длины проволоки над длиной направляющего канала от радиуса кривизны проволоки в свободном состоянии

1 - = 1,0 мм; 2 - <1э = 1,2 мм; 3 - А, = 1,6 мм (расчет.); 4-А, =1,6 мм; 5 - ё3 = 2,8 мм; 6 — <3Э = 3,2 мм;

Результатами исследований установлено, что при использовании отечественных и зарубежных выпрямителей при скорости подачи сварочной горелки к

Ю I» 11|

Ш 1» 01.

и

а б

Рис 13. Бесконтактное зажигание сварочной дуги при полуавтоматической сварке при пуске двигателя подачи проволоки от датчика тока а - без повышения напряжения холостого хода источника питания; б - с программированием напряжения холостого хода

изделию, равной скорости подачи электродной проволоки всегда наблюдалось замыкание электрода с выбросом перемычки. При использовании источника питания с «горячим стартом», при скорости подачи горелки к изделию со скоро-

стью 280 - 400 м/ч наблюдалось стопроцентное «утыкание» электрода с выбросом перемычки. При использовании предложенного автором модернизированного тиристорного источника питания, бесконтактное зажигание сварочной дуги наблюдалось в большинстве случаев при скорости подачи горелки к изделию до 740 м/ч.

При сварке порошковой проволокой необходимо учитывать, что электрод представляет собой полую трубку, поэтому объем электродного металла подаваемой® зону сварки в единицу времени примерно имеет следующее соответствие диаметру сплошной электродной проволоки:

Диаметр порошковой проволоки, 4„ мм 2,0 2,3 3,2

Диаметр сплошной проволоки, ¿з, мм 1,4 1,6 2,0

Установлено, что при сварке порошковой проволокой на повышенных режимах (UCB= 28-32 В) для обеспечения бесконтактного зажигания дуги достаточно программировать индуктивность источника питания сварочной дуги, (рис.14) без повышения его холостого хода.

aw 19/ oit

Рис 14. Осциллограмма процесса бесконтактного зажигания дуги при сварке порошковой проволокой без повышения напряжения холостого хода источника питания с программированием индуктивности сварочной цепи: и„= 30 В, ия= 28 В; и = 450 А

При механизированной сварке напряжение холостого хода источника питания для обеспечения бесконтактного зажигания дуги (для обеспечения выполнения второго условия перехода НИР к заданным параметрам режима сварки, \Уэ>АУп) зависит от угла наклона сварочной горелки к изделию, в отличие от автоматической сварки, где электрод расположен вертикально.

Установлено, что при изменении угла между изделием и сварочной горелкой изменяется алгоритм бесконтактного зажигания дуги:

Й р

при угле наклона от источника питания и» = 44 В; при угле наклона от источника питания ихх= 38 В; при угле наклона от источника питания и» =34 В;

75° до 90° необходимо управление индуктивностью и повышение напряжения холостого хода до

60° до 65° необходимо управление индуктивностью и повышение напряжения холостого хода до

42° до 45° необходимо управление индуктивностью и повышение напряжения холостого хода до

и!

и I

Обрыв дуги

Рис. 15. Осциллограмма процесса бесконтактного зажигания дуги с обрывом дуги при различных углах наклона электрода: 1с, = 250 А, и« = 24 В, им = 45 В, 4 = 1,6 мм, 0-08Г2С, С02, Ьу = 4010 ^ Гн

а - угол наклона электрода 90°; б - угол наклона электрода 45°

- при угле наклона от 30° - 35° достаточно только управление индуктивностью источника питания;

- при угле наклона от 16° - 18° зажигание может осуществляться без схемы зажигания.

Это объясняется тем, что при постоянстве других параметров, с уменьшением угла наклона электрода к изделию будет увеличиваться энергия, идущая на плавление электрода, что приведет к обгоранию электрода и перерыву в горении дуги (рис. 15). Зависимость энергии, выделяющейся при бесконтактном зажигании дуги от угла наклона электрода к изделию, представлена на рис. 16.

Чтобы избежать длительного обрыва дуги, необходимо с уменьшением угла наклона электрода к изделию, уменьшать напряжение холостого хода источника питания. Зависимость напряжения холостого хода источника питания, необходимого и достаточного для развития дуги и перехода к заданным параметрам режима сварки, показана на рис. 17.

\V.kBT

Рис. 16. Изменение энергии, выделяющейся при бесконтактном зажигании дуги, от угла наклона электрода к изделию 1СВ = 250 А, ис, = 24 В, = 1,6 мм, Св-08Г2С, С02, V-40-10 ^Гн

40 60 угол наклона

градус

и, В

45 60 угол наклона

градус

Рис.17. Изменение минимального напряжения холостого хода источника питания, необходи -мое и достаточное для разви -тия дуги и перехода к заданным параметрам режима сварки, от угла наклона электрода 1„ =250 А,и„ = 24 В, 4,= 1,6 мм, Св-08Г2С, С02 V

Для определения условий работы подающего механизма и усилий, возникающих на вылете электрода в момент зажигания дуги при сварке под флюсом, была разработана математическая модель системы "сварочная головка - электрод - изделие".

Рассмотрим механическую систему подачи электрода, состоящую из ведомого вала (прижимной ролик) 1, ведущего вала (ведущий ролик подающего механизма) 2 и стержня (электрода), зажатого между ними (рис.18).

Рис.18. Механическая система подачи электрода

На основе математической модели условие начала движения электрода определяется неравенством

где Р - прижимное усилие, <3 - сила, препятствующая продвижению проволоки, определялась опытным путем, р - коэффициент трения скольжения, 5 - коэффициент сопротивления качению.

При (3 = 0,07 кН, (3 = 0,39, 5 = 0,01

Р > 0,19 кН.

Отсутствие проскальзывания ведущего ролика относительно электрода определяется неравенством

р>-^—„ (9)

где Ьк - крутящий момент.

При О = 0,07 кН, Р = 0,39, Ьк = 0,00117 кН-м.

Р> 0,053 кН.

Максимальное усилие, развиваемое подающим механизмом, равно

Р = ^ (Ю)

г/3

где г - радиус прижимного ролика.

При Ьк = 0,00117 кН м, Р = 0,39, г = 0,017 м

Р = 0,26 кН.

Для равномерной и надежной подачи электрода к изделию через флюс и исключению пружинного соскальзывания электрода с частицы флюса необходимо, чтобы усилие прижатия прижимного ролика было более 0,19 кН, но менее 0,26 кН.

В четвертой главе исследована возможность применения способа бесконтактного зажигания дуги при сварке под флюсом, а также влияние различных факторов на этот процесс.

Зажигание дуги при сварке под флюсом плавящимся электродом диаметром 1,6 - 5,0 мм относится к контактным способам и предусматривает непрерывную подачу электрода к изделию или реверсирование электрода с предварительным закорачиванием его с изделием. Этот способ часто вызывает обрыв Дуги, не гарантирует надежное начальное ее зажигание и требует значительных затрат подготовительного времени, вызывает дефекты в начале шва.

Для разработки способа бесконтактного зажигания дуги при сварке под флюсом были решены следующие задачи:

- определена возможность НИР при сварке под различными флюсами;

- исследованы факторы, влияющие на бесконтактное зажигание дуги под флюсом - скорость подачи электрода, диаметр электрода и диаметр капли на конце электрода;

- в связи с необходимым механическим воздействием электрода на частицы флюса определена устойчивость продольного изгиба электрода (жесткость системы "сварочная головка - электрод - изделие") с учетом характеристик привода;

- исследовано влияние прочности и грануляции сварочного флюса, а также его способность к истиранию, на стабильность бесконтактного зажигания дуги;

- разработано устройство для бесконтактного способа зажигания дуги под флюсом.

Для проведения исследований влияния различных факторов на процесс бесконтактного зажигания дуги под флюсом были разработаны несколько экспериментальных сварочных установок.

Исследования проводились на отдельных фракциях флюсов с остающейся флюсовой коркой на конце электрода и без нее, а также на различных режимах сварки, с включенной и выключенной схемой реализации процесса бесконтактного зажигания дуги.

Для бесконтактного зажигания дуги необходимо сближение электродов на расстояние порядка 10'3 - КГ4 см. При сварке под флюсом зерна флюса препятствуют такому сближению. В этом случае возможно либо раздвижение зерен флюса и подход электрода на расстояние электрического пробоя при низких сварочных напряжениях, либо раздавливание их. В связи с механическим воздействием электрода на флюс было определено усилие, которое не должно привести к потере устойчивости электрода при продольном изгибе на вылете.

Исследования показали, что возникающие силы в электродной проволоке на ее вылете при раздавливании торцом электрода гранул флюса, значительно ниже критических сил, приводящих его к потере устойчивости.

В случае сферического торца электрода (капля на конце электрода) в основном преобладает механизм раз движения гранул флюса.

Для обеспечения НИР при движении сварочной проволоки к изделию со скоростью подачи должен обеспечиваться эффект оттеснения зерен флюса из межэлектродного промежутка концом электрода, или должно обеспечиваться механическое раздавливание флюса и шлаковой корки на конце электрода.

Поэтому одним из важнейших факторов, влияющих на стабильность зажигания дуги, является механическая прочность флюса.

Экспериментально определялись усилия раздавливания гранул флюса и шлаковой корки.

Установлено, что керамические флюсы характеризуются значительно меньшей прочностью, чем плавленые флюсы (0,01-0,05)кН. При раздавливании гранул этих флюсов образуется пылевидная фракция, которая спрессовывается под торцом электрода и препятствует подходу электрода к изделию. Следует отметить, что эта картина наблюдается при неподвижной сварочной головке.

На основании проведенных исследований установлено:

- при прохождении электрода через слой флюса к изделию наблюдается раздавливание гранул флюса и оттеснение их при неподвижной сварочной головке;

- крупные фракции в большинстве случаев оттесняются, мелкие, попав под электрод, раздавливаются. С уменьшением диаметра электрода роль оттеснения увеличивается. Поэтому усилие, при прочих равных условиях, с уменьшением диаметра электрода - уменьшается;

- на мелких фракциях (0,315 ... 1,0 мм) зависимость усилия раздавливания от величины зерна можно считать линейной.

- на более крупных фракциях (0,63... 1,6 мм) величина усилий возрастает.

При исследовании механической прочности шлаковой корки на конце электрода, остающейся после предыдущего зажигания, было обнаружено ее легкое разрушение при минимальных нагрузках ( 0,002 кН).

Для реализации способа бесконтактного зажигания дуги при сварке под флюсом подход электрода к изделию на расстояние, при котором происходит электрический пробой (несколько микрон и менее) низкими напряжениями, предполагает отсутствие между электродами зерен флюса, хотя и не исключает наличия флюсовой пыли - микрочастиц, размеры которых не превышают этих расстояний.

Наблюдаются четыре случая подхода электрода к изделию:

1. Электрод утыкается в зерно флюса, раздавливает его и происходит зажигание дуги.

2. Электрод не раздавливает пленку, оставшуюся под торцом электрода после разрушения флюса; происходит процарапывание пленки до возникновения НИР.

3. В отдельных случаях электрод упирается в зерно флюса, не может его раздавить, изгибается и при его соскальзывании происходит короткое замыкание с выбросом перемычки.

4. Электрод раздвигает гранулы флюса и зажигается сварочная дуга.

Исследования показали, что при сварке под флюсом вероятность бесконтактного зажигания дуги для исследуемых флюсов на мелких фракциях составляет 100%, а на крупных фракциях составляет от 88% до 100%.

Уменьшение вероятности БЗД на 12% наблюдается только у плавленых флюсов на крупных фракциях и объясняется механизмом подхода электрода к изделию. Крупные гранулы в большинстве случаев раздвигаются (оттесняются) электродом и только в небольшом количестве случаев (сферический конец) электрод под действием механизма подачи упирается в зерно флюса и фиксируется на нем. При перемещении сварочной юловки электрод изгибается. В результате действия двух этих факторов электрод соскальзывает с зерна флюса и достигает расстояния, достаточного для возникновения электрического пробоя. Скорость подхода электрода к изделию в этом случае составляет сумму скорости подачи и скорости пружинного выпрямления электрода во время соскальзывания с зерна флюса. Увеличение скорости сокращения межэлектродного промежутка приводит к утыканию электрода в изделие, так как скорость сокращения межэлектродного промежутка превышает скорость развития дугового промежутка.

У керамических флюсов из-за более низкой механической прочности такая картина не наблюдается.

На мелких фракциях для керамических флюсов наблюдается задержка зажигания до 0,5 с, что связано с удалением пленки флюса из-под электрода (эффект "процарапывания"), для плавленых флюсов - до 0,2 с.

Для заводских поставок флюсов (смесь фракций) наблюдается ~ 100% бесконтактное зажигание дуги.

Опыты показали, что шлаковая корка на конце электрода, оставшаяся после сварки, не оказывает влияния на бесконтактное зажигание дуги, т.к. в процессе

прохождения электрода через флюс она соскальзывает с его гладкой поверхности и легко разрушается из-за низкой механической прочности.

Рис. 19. Осциллограмма бесконтактного зажигания дуги с переходом в установившийся процесс сварки под флюсом АН-348А: d,= 3 мм; 1„= 350 А; U„.= 30 В; Ux*= 37 В; U = 0,2-10^Гн; (ti+t2) - 12710"3 с

На рис.19 приведена осциллограмма процесса сварки под флюсом АН-348А с бесконтактным зажиганием дуги

Программа обеспечивает скорость нарастания тока (dl/dt) от 150 кА/с до 800 кА/с; пиковый ток (1п) от 1400 А до 2200 А; время выдержки повышенного напряжения (ti) от 25-10"3 с до 30-10'3 с; время перехода к установившемуся процессу сварки (t2) от 80 • 103 с до 100 • 10"3 с.

Рис. 20. Осциллограмма перехода БЗД в короткое замыкание:

d,= 3 мм; 1с.= 550 А; ии = 30 В; U«x= 37 В; L у= 0,2 • Ю^Гн; t= 10-10"'с

Увеличение скорости подачи и диаметра электрода при прочих равных условиях относится к факторам, препятствующим зажиганию дуги и установлению процесса сварки. С увеличением скорости подачи электрода время достижения расстояний, достаточных для электрического пробоя, значительно сокращается. При увеличении скорости подачи электрода для процесса бесконтактного зажигания дуги низковольтный импульсный разряд переходит в дуговой разряд, начи-

U

U

нается оплавление электрода, однако скорость сокращения дугового промежутка превышает скорость его увеличения, и процесс переходит в короткое замыкание (рис.20).

На рис.21 показано изменение минимального напряжения холостого хода, обеспечивающего развитие дуги, от скорости подачи электрода для различных диаметров электродов при сварке под флюсом АН-348А.

й -1,6мм —■—6 =2,Омм —Д— (1=3,0мм - -Х-— с! -4,0мм

Рис. 21. Изменение напряжения холостого хода источника питания,

обеспечивающего развитие дуги, от скорости подачи электрода при его различных диаметрах:

Ь = 40 ■ 1(Г6Гн; полярность тока обратная; флюс АН-348А

На рис.22 показан график зависимости требуемого минимального напряжения холостого хода от диаметра электрода при различных скоростях подачи.

и В

А,, мм

Рис. 22 График зависимости минимального напряжения холостого хода источника питания, обеспечивающего развитие дуги при сварке, от диаметра электрода при различной скорости подачи Уп;

Ьу= 40-10"6 Гн; флюс АН-348А

-Ул»2§0м/ч

Если напряжение сварки не превышает 28-30В при малых и средних режимах сварки, то необходимо программирование напряжения в момент зажигания сварочной дуги (11хх=42-45 В) с плавным снижением до напряжения режима сварки.

При больших режимах сварки, когда напряжение сварки соизмеримо с минимальным напряжением, обеспечивающим бесконтактное зажигание сварочной дуги (рис. 23), достаточно обеспечить минимальную индуктивность сварочной цепи, что достигается выключением сварочного дросселя в момент зажи-

Р ^ ^ РОС.ЯНАЦИОНАЛЬМАЯ |

БИБЛИОТЕКА С Петербург ОЭ 500 «т

U„

Момент включения индуктивности

Рис.23. Бесконтактное зажигание сварочной дуги под флюсом без программирования напряжения в момент зажигания дуги: d,= 4 мм; 1св = 550 А; U„ = 38 В; U«, = 42 В; L = 0,2 • 10"6 Гн, АН-348А

установившемуся процессу сварки с полной индуктивностью источника питания.

В пятой главе рассматривается создание систем управления сварочными источниками питания для механизированной и автоматической сварки плавящимся электродом на постоянном токе с использованием разработанного способа бесконтактного зажигания дуги.

Надежное бесконтактное зажигание сварочной дуги при механизированных видах сварки на постоянном токе обеспечивается подачей до начала сварки на межэлектродный промежуток повышенного до 40-45В напряжения холостого хода источника питания с жесткой внешней характеристикой, шунтированием дополнительной индуктивности сварочного источника питания на период установления процесса сварки и обеспечением минимального диаметра капли на конце электрода, (рис.24).

Формиро-

Про- —вание кап~ грамма

)_

Возврат к напряжению ии

Рис 24. Осциллограмма бесконтактного зажигания дуги при полуавтоматической сварке плавящимся электродом в СО2 от модернизированного источника питания ё, = 1 ,б мм, ис„= 23 В, 1с„ = 230 А, ихх = 45 В

Все многообразие сварочных источников питания с точки зрения реализации разработанного способа бесконтактного зажигания дуги можно разделить на две группы:

- неуправляемые сварочные выпрямители и преобразователи;

- управляемые тиристорные сварочные выпрямители. Указанным требованиям процесса бесконтактного зажигания сварочной дуги могут удовлетворить универсальные тиристорные сварочные выпрямители при модернизации схемы управления (рис. 25) и любые неуправляемые

Рис 25 Блок - схема модернизации сварочного тиристорного выпрямителя типа ВДУ для реализации бесконтактного зажигания дуги при механизированной сварке: БУ - блок управления сварочным п/автоматом; ДСТ - датчик сварочного тока; БЗН - блок задания напряжения; БУС - блок усиления сигнала;

ТБУИ - тиристорный блок управления индуктивностью

выпрямители с жесткой внешней характеристикой при условии замены диодов на тиристоры и установки разработанной универсальной схемы управления.

Рис 26. Алгоритм управления бесконтактным зажиганием дуги, процесс сварки и окончание процесса

ния напряжением источника питания в начале сварки; ^ - время выдержки повышенного напряжения; t2 - время перехода к установившемуся процессу сварки; 1С — время сварки; 13 - время программирования напряжения окончания сварки для подготовки конца электрода к зажиганию дуги; имз - минимальное напряжение, задаваемое блоком задания напряжения окончания сварки, для подготовки конца электрода.

Надежное бесконтактное зажигание сварочной дуги при механизированных видах сварки возможно только при значительном ограничении вылета электродной проволоки после окончания процесса сварки, что достигается надежной и простой системой торможения электродной проволоки. Существующие контактные и бесконтактные системы не отвечают этим требованиям. Проблема решена разработкой специальной системы динамического торможения трехфазных асинхронных двигателей переменного тока приводов сварочных автоматов и полуавтоматов, не имеющей контактных устройств и обеспечивающей надежность работы, уменьшение и стабилизацию «выбега» электродной проволоки.

Использование способа бесконтактного зажигания дуги, по сравнению с существующей технологией контактного и бесконтактного зажигания дуги, позволяет получить следующие технико-экономические преимущества:

- улучшить качество сварного соединения благодаря большему тепловло-жению в начальном участке шва путем форсирования режима сварки по току и напряжению;

- исключить неопределенность по времени начальной стадии зажигания сварочной дуги при механизированных видах сварки;

- обеспечить управляемость и стабильность зажигания сварочной дуги;

- повысить производительность процесса путем значительного уменьшения времени установления процесса сварки (более чем в 10 раз);

- снизить потери электродного металла ввиду отсутствия выбросов участков вылета электрода;

- уменьшить подготовительное время и упростить оборудование с повышением его надежности и безопасности;

- исключить механическое воздействие электрода на основной металл;

- уменьшить расход электроэнергии на зажигание дуги;

- исключить «ожоги» изделия выбросами участков вылета электрода;

- обеспечить экономию от 120 до 300 руб. на 1000 зажиганий.

Проблема начала и установления процесса механизированной и автоматической сварки плавящимся электродом на постоянном токе включает несколько обуславливающих ее аспектов:

- противоречие в требованиях к началу процесса и условиям его стабильного протекания;

- специфика механизированной сварки в отношении начала процесса, обусловленная конструкцией шланговых полуавтоматов и субъективными факторами, связанными с работой сварщика-оператора;

- особенности начала процесса под флюсом, связанные с необходимостью сближения электродов на расстояния электрического пробоя;

- унификацией технологий и оборудования начала процесса для различных способов дуговой сварки на постоянном токе.

Разработанные принципы управления электрическими и механическими параметрами процесса зажигания дуги решают эту проблему, имеющую важное научное и хозяйственное значение.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Решена крупная научная проблема, имеющая важное хозяйственное значение, заключающаяся в повышении стабильности зажигания дуги для всех видов механизированной и автоматической сварки на постоянном токе путем разработки способов управления электрическими и механическими параметрами начала процесса, отвечающих условиям ресурсо и энергосбережения, а также регламентацией субъективных факторов, связанных с работой сварщика - оператора.

2. Предложенный механизм возникновения и развития низковольтного импульсного разряда и его перехода в дуговой позволил разработать способ бесконтактного зажигания дуги для всех видов механизированной и автоматической сварки.

3. Напряжение возникновения низковольтного импульсного разряда зависит от материала электродов, шероховатости их торцевой поверхности и не зависит от состава газовой среды и составляет 14-22 В при величине межэлектродного промежутка ~ 10"5 см.

4. Выявлен механизм начала процесса зажигания дуги механизированной сварки, который осуществляется в два этапа: электрический пробой с возникновением низковольтного импульсного разряда и переход к параметрам режима сварки. Требования на каждом из этих этапов к источнику питания различны.

5. Разработаны алгоритмы управления бесконтактным зажиганием дуги при различных напряжениях режима механизированной сварки, когда диаметр капли на конце электрода не превышает полутора - двух диаметров электрода:

- выше 30 В программированием индуктивности сварочного источника питания (уменьшение ее до Ly = 40 • 10"6 Гн);

- ниже 30 В путем программирования: скорости нарастания тока в пределах 150 - 1000 кА/с, времени перехода к установившемуся процессу сварки - 80 - 600 мс, напряжения холостого хода источника питания в пределах 30 - 45 В, времени выдержки повышенного напряжения 3 - 35 мс и минимальной индуктивности источника питания- Ьу = 40-10"6Гн.

6. Разработана математическая модель силового взаимодействия в системе «сварочная головка - электрод - изделие», которая позволила определить, что для прохождения электрода через флюс и предотвращения динамического соскальзывания электрода с гранулы флюса при сближении электродов на расстояние электрического пробоя, необходимо обеспечить контроль величины усилия прижимного ролика в пределах 0,19 - 0,26 кН.

7. Разработанная математическая модель позволяет определить скорость и величину «выбега» электродной проволоки в начальный момент зажигания дуги, их влияние на этот процесс, а также меры по устранению их негативного влияния.

8. Стабильность бесконтактного зажигания дуги существенно зависит от угла подхода электрода к изделию: при углах менее 35° достаточно уменьшение индуктивности источника питания до Ц = 40-10 Гн, а в диапазоне 35° - 90° необходимо дополнительно программировать напряжение холостого хода в пределах 35- 45 В.

9. Разработаны и внедрены унифицированные технологии и оборудование начального зажигания дуги для всех видов механизированной и автоматической сварки на постоянном токе.

10. Сформулированы рекомендации по ручному перемещению сварочной горелки к изделию в момент зажигания дуги, обеспечивающее минимум влияния «человеческого» фактора - скорость подвода сварочной горелки к изделию не более 700 м/ч, минимальное расстояние от электрода до изделия не менее 3 - 5 мм и угол наклона электрода не более 60 градусов.

11 .Разработана и внедрена система динамического торможения трехфазного двигателя переменного тока привода сварочного автомата и полуавтомата, обеспечивающая значительное ограничение вылета электродной проволоки в конце сварки, что повышает надежность бесконтактного зажигания сварочной дуги.

12.Результаты работы обеспечивают управляемое время установления процесса сварки, снижают трудоемкость процесса сварки, упрощают сварочное оборудование и отвечают условиям ресурсо и энергосбережения. Бесконтактное зажигание дуги при механизированной сварке является безотходной технологией.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Начальное возбуждение сварочной дуги в сокращающемся межэлектродном промежутке. Х.Н. Сатаров, Н.Г. Дюргеров, И.С. Морозкин // Сварочное производство. -1986 г. № 1. - С 28-30.

2. Условия электрического пробоя межэлектродного промежутка при сближении электродов. Х.Н. Сатиров, Н.Г. Дюргеров, И.С. Морозкин П Сварочное производство. - 1988 г. № 6. - С 12-14.

3. Устройство для бесконтактного торможения трехфазных, асинхронных двигателей в сварочных полуавтоматах. Х.Н. Сатаров, И.С. Морозкин // Сварочное производство. -1989 г. № 8. - С 18-19.

4. Особенности бесконтактного зажигания сварочной дуги с плавящимся электродом. Х.Н. Сатаров, Н.Г. Дюргеров, И.С. Морозкин // Сварочное производство. - 1992 г. № 8. - С 17-18.

5. Управление зажиганием сварочной дуги. И.С. Морозкин // известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. Спец. выпуск.2001 г.

6. Оптимальные параметры бесконтактного зажигания сварочной дуги под флюсом. И.С. Морозкин // Сварочное производство. - 2005 г. № 3. -С 17-19.

7. Управление бесконтактным зажиганием сварочной дуги. И.С. Мороз-кин // известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. Спец. выпуск.2003 г.

8. О природе (контактного) зажигания сварочной дуги. Н.Г. Дюрге-ров,.И.С. Морозкин // Вестник РГУПС. - 1999 г. № 1. - С 18-21.

9. Определение условий бесконтактного зажигания дуги.. Н.Г. Дюрге-ров,.И.С. Морозкин // Вестник РГУПС. - 2000 г.№1.-С 34-36.

Ю.Влияние скорости подачи электрода на процесс бесконтактного зажигания дуги под флюсом. Т.К.Морозкина, И.С.Морозкин // Вестник РГУПС. - 2003г. № 2. - С 34-36.

11.Х.Н. Сагиров, Н.Г. Дюргеров, И.С. Морозкин. Зажигание сварочной дуги. Монография, Ростов-на-Дону, Гефест, 1999.-198 с.

12. И .С. Морозкин. Управление зажиганием сварочной дуги при механизированных видах сварки. Монография, Ростов-на-Дону, 2003,-

13.AZ2.d503180 СССР, МКИ В23К 9/16. Способ зажигания дуги при сварке плавящимся электродом / Сагиров Х.Н.,Морозкин И.С., Дюргеров

H.Г. №3625460/25-27. Заявл. 26.07.83.

14. A.c. 1561350 СССР, МКИ В23К 9/16. Способ зажигания дуги при сварке плавящимся электродом / Сагиров Х.Н.,Морозкин И.С., Дюргеров Н.Г. №3788851/25-27. Заявл. 12.07.84.

15.A.c. 1123083 СССР, МКИ Н02РЗ/24. Устройство для динамического торможения трехфазного асинхронного двигателя / Х.Н. Сагиров, Н.Г. Дюргеров, И.С. Морозкин. №3557530/24. Заявл. 28.02.83. Опубл. 07.11.84, Бюл. №41.

16.A.c. 1496132 СССР, МКИ В23К 9/06. Устройство для зажигания дуги при сварке плавящимся электродом от тиристорного сварочного выпрямителя / Х.Н. Сагиров, Н.Г. Дюргеров, И.С. Морозкин. №3833869/27. Заявл. 2.01.85.

17.Х.Н. Сагиров, Н.Г. Дюргеров, И.С. Морозкин. Бесконтактное зажигание дуги с плавящимся электродом. В сб.: Применение импульсных процессов в сварке. Ростов-на-Дону, НИИТМ, 1987. С 33-35.

18. Морозкин И.С. Нарастание глубины проплавления при начальном зажигании дуги // Межвуз. Сб., Ростов н/Д, РИИЖТ. -1991. -С. 35-37.

19. Optimum parameters of contaktless ignitions of the weld arc under a flux.

I.S.Morozkiin// Welding International, Cambridge England. 2005, Vol. 19 №8, ISSN 0950 7116.

20. Морозкин И.С. Бесконтактное зажигание сварочной дуги под флюсом // Тез. докл. н.- практ. конф. г. Москва. Ml ТУ им. Баумана, - 2002 г.

21. Морозкин И.С. синхронизация работы многоэлектродных сварочных автоматов // Тез. докл. международ, конгресс. Механиюса и трибология транспортных систем. Ростов-на-Дону, - 2003. г.

р20 7 44

РНБ Русский фонд

2006-4 18799

Морозкин Игорь Сергеевич

Управление электрическими и механическими параметрами процесса зажигания дуги при механизированной сварке

Специальность 05.03.06 - Технология и машины сварочного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Подписано к печати 25.10.05. Формат бумаги 60x84/16. Бумага офсетная. Ризография. Усл. печ. л. 1.8. Тираж 120. Заказ № 25 Щ.

Ростовский государственный университет путей сообщения.

Ризография УИ РГУПС._

Адрес университета: 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. Народного ополчения, 2.

Введение

1. Анализ состояния вопроса

1.1. Основные проблемы управления механизированной сваркой.

1.2. Анализ зажигания дуги и установления процесса сварки.

1.3. Классификация способов зажигания дуги.

1.4. Сравнительный анализ применимости теории электрического пробоя к условиям зажигания дуги при сварке.

1.2. Схема объекта исследований.

1.3. Методы исследований.

1.4. Цель и задачи работы.

2. Управление электрическими процессами при бесконтактном зажигании сварочной дуги

2.1. Электрический пробой в газах при больших межэлектродных расстояниях.

2.2. Низковольтный импульсный разряд между сближающимися электродами.

2.3. Определение условий электрического пробоя межэлектродного промежутка при механизированной сварке.

2.4. Механизм возникновения и развития низковольтного импульсного разряда как главное условие бесконтактного зажигания дуги.

2.5. Факторы, влияющие на напряжение возникновения и развития низковольтного импульсного разряда.

2.6. Факторы, влияющие на зажигание дуги и переход к установившемуся процессу сварки в защитных газах.

2.7. Выводы.

3. Динамические характеристики привода подачи электрода при механизированной сварке

3.1. Экспериментальные установки для проведения исследований.

3.2. Динамика системы «сварочная головка - электрод - изделие».

3.3. Экспериментальное исследование динамики системы «сварочная -головка - электрод - изделие» при сварке под флюсом.

3.3.1. Исследование силового воздействия электрода на изделие при сварке под флюсом.

3.3.2. Исследование движения электродной проволоки в направляющем канале сварочного полуавтомата в начальный момент зажигания дуги.

3.3.3. Влияние угла наклона электрода к изделию на зажигание дуги и переход к установившемуся процессу сварки.

3.3.4. Влияние способа включения подачи проволоки на зажигание дуги.

3.4. Программирование окончания процесса сварки.

3.5. Разработка системы торможения привода подачи электродной проволоки.

3.6. Выводы.

4. Особенности бесконтактного зажигания дуги и переход к установившемуся процессу при сварке под флюсом.

4.1. Исследование факторов, влияющих на бесконтактное зажигание дуги при сварке под флюсом.

4.2. Влияние гранулометрического состава флюса на бесконтактное зажигание дуги.

4.3. Влияние механических свойств флюсов на бесконтактное зажигание дуги.

4.4. Исследование влияние основных параметров сварочного процесса на бесконтактное зажигание дуги.

4.4.1. Скорости подачи электрода.

4.4.2. Диаметра электрода.

4.4.3. Напряжения холостого хода сварочного источника питания.

4.5. Нарастание глубины проплавления при зажигании дуги.

4.6. Выводы. 256 5. Практическая реализация основных положений работы.

5.1. Универсальный источник питания для механизированной сварки.

5.2. Устройства управления различными источниками питания для реализации способа бесконтактного зажигания дуги.

5.3. Разработка универсальной схемы управления тиристорным сварочным выпрямителем.

5.4. Разработка схемы универсального подающего механизма сварочного полуавтомата.

Дуговая сварка является одним из самых распространенных видов сварки, получивших широкое применение во многих отраслях народного хозяйства.

Широкое применение получила механизированная сварка в защитных газах диаметром электрода от 0,8 мм до 2,0 мм и под флюсом плавящимся электродом диаметром от 2,0 мм до 6.0 мм. Применяемые при этом полуавтоматы и автоматы содержат механизмы, обеспечивающие подачу электродной проволоки в зону сварки с постоянной скоростью [1,2].

Основные исследования в области механизированной сварки плавящимся электродом на постоянном токе с постоянной скоростью подачи велись по управлению собственно сварочным процессом. Однако на качество сварного соединения, кроме собственно сварочного процесса, значительное влияние оказывает начальная стадия - зажигание сварочной дуги.

Установление процесса при механизированной сварке в среде защитных газов носит циклический характер, то есть происходит после нескольких циклов соприкосновения электрода с изделием, горения и обрыва дуги и является неуправляемым процессом. Это ухудшает качество начальных участков швов, приводит к значительному увеличению подготовительного времени, непроизводительному расходу сварочных материалов и электроэнергии, особенно при выполнении коротких швов, обварке труб небольшого диаметра.

Существуют различные способы зажигания дуги при сварке под флюсом. Наиболее распространенным является способ реверсирования электрода. При этом сварочный электрод предварительно закорачивается с изделием, и дуга зажигается при разрыве межэлектродного промежутка под напряжением сварки. Этот способ часто вызывает обрыв дуги и не гарантирует надежное начальное ее зажигание. Поэтому в большинстве случаев сварка начинается на выносных пластинах, которые после окончания сварки удаляются, что ведет к значительным затратам времени, сварочных материалов и электроэнергии. Кроме этого, даже при зажигании дуги с первого раза, не обеспечивается глубокое проплавление в начале шва из-за низкого тепловложения.

Другие способы предусматривают подготовку конца электрода (заточку) и непосредственную его подачу через флюс до соприкосновения с изделием, однако это не гарантирует надежного зажигания дуги и ведет к значительному увеличению подготовительного времени.

При зажигании дуги подачей электрода непосредственно через флюс, без применения каких-либо схем управления процессом, было установлено, что вероятность зажигания составляет от 3% до 40%.

Известны попытки бесконтактного зажигания дуги под флюсом с использованием для пробоя межэлектродного промежутка высоковольтного, высокочастотного напряжением 2-4 кВ, 250 - 400 кГц от сварочного осциллятора. Однако в этом случае усложняется работа сварочного оборудования и возникают помехи по сети и эфиру.

Таким образом, все перечисленные ранее способы зажигания сварочной дуги под флюсом не гарантируют надежного зажигания дуги, т.к. не являются полностью управляемыми, требуют значительного времени на подготовку и не отвечают требованиям ресурсо и энергосбережения.

При сварке неплавящимся электродом зажигание дуги осуществляется бесконтактным способом при непрерывном сближении электродов путем ионизации и пробоя межэлектродного промежутка, как правило, осциллятором.

Осциллятор предназначен для создания искрового разряда в межэлектродном промежутке путем наложения импульсов высокого напряжения повышенной частоты [3].

Наряду с преимуществами осцилляторов, позволяющими быстро и надежно зажигать дугу, они обладают и рядом недостатков, ограничивающих их широкое применение.

Наиболее перспективным решением рассматриваемой проблемы - управляемости процесса зажигания сварочной дуги, является использование способа бесконтактного зажигания дуги при низких сварочных напряжениях.

Настоящая работа посвящена решению важной и актуальной задачи -решению проблемы управляемости процессом зажигания сварочной дуги при механизированных способах сварки плавящимся и неплавящимся электродом на постоянном токе, отвечающего условиям ресурсо и энергосбережения, надежности и современным требованиям техники безопасности.

В работе рассмотрены способы зажигания дуги и дана их классификация. Рассмотрена общая теория электрического пробоя между сближающимися сварочными электродами. Установлены факторы, влияющие на возможность электрического пробоя дугового промежутка при зажигании дуги напряжением, не превышающим напряжение холостого хода серийного сварочного источника питания при механизированной сварке плавящимся электродом и неплавящимся электродом. Определены условия возникновения низковольтного импульсного разряда и его перехода в дуговой разряд и далее к параметрам установившегося процесса сварки под флюсом. Разработано, изготовлено и внедрено оборудование для бесконтактного зажигания дуги.

Разработанный способ зажигания дуги позволяет осуществить процесс управления начальной стадией сварочного процесса от источника питания с напряжением, не превышающим напряжение холостого хода серийного сварочного оборудования [4,5]. Напряжение холостого хода источника питания - это напряжение на выходных клеммах сварочного источника питания при токе нагрузки, равном нулю, либо равном току включения тиристоров (для тиристорных источников питания).

На защиту выносятся:

- результаты теоретических и экспериментальных исследований по определению механизма инициации электрического пробоя и его перехода к низковольтному импульсному разряду (НИР);

- результаты экспериментальных исследований факторов, влияющих на бесконтактное зажигание дуги и его переход к заданным параметрам режима сварки при механизированной сварке плавящимся электродом;

- алгоритмы управления бесконтактным зажиганием дуги при механизированной сварке, обеспечивающие высокую надежность и управляемость процесса;

- математическая модель движения сварочной проволоки в направляющем канале полуавтомата в начальный момент зажигания дуги;

- модель силового взаимодействия в системе "сварочная головка - электрод - изделие" при сварке под флюсом;

- схемное решение управления зажиганием дуги при механизированной сварке плавящимся электродом на постоянном токе как для модерниX зации существующих тиристорные источников питания, так и для универсального сварочного источника питания.

Разработанные способы и устройства защищены четырьмя авторскими свидетельствами и внедрены: ПО "Красный котельщик" г. Таганрог, ОАО "Ростсельмаш" г. Ростов/Дон, завод дробильных машин г. Выкса, Белгородский завод металлоконструкций, на восьми ремонтных предприятиях СКЖД. Работа выполнялась в лабораториях кафедры "Технология металлов" Ростовского государственного университета путей сообщения.

По теме диссертации опубликовано 34 работ, в том числе две монографии и получено четыре авторских свидетельства.

Результаты исследований по теме диссертации были доложены на Всесоюзном научно-техническом семинаре по применению импульсных процессов в сварке в 1987 г., на семинаре «Научные достижения в сварке» в 1988 г., ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава РГУПС с 1989 г. по 2004г., на Международной конференции в г. Москве, в ноябре 2000 года, на научно-технической конференции в МГТУ им. Баумана, 2002 г., на заседании кафедры МиАСП ДГТУ, 2002 г., на международном конгрессе «Триботранс» в 2003 г., семинаре кафедры «Технологии сварки и диагностики» МГТУ им. Баумана, 2005 г.

12. Результаты работы обеспечивают управляемое время установления процесса сварки, снижают трудоемкость процесса сварки, упрощают сварочное оборудование и отвечают условиям ресурсо и энергосбережения. Бесконтактное зажигание дуги при механизированной сварке является безотходной технологией.

1. Потапьевский А.Г. Сварка в углекислом газе. М.: Машиностроение, 1984.-80с.

2. Кнейр Е., Нейлсон Ф. Эксперименты с толстыми взрывающимися проволочками. Сб. «Взрывающиеся проволочки» под ред. А.А. Рухадзе. М.: изд-во Иностранная литература, 1963.

3. Гуфан P.M., Золотых В.Т., Будник Н.М. и др. Универсальный сварочный осцилллятор ИСО // Автоматическая сварка.-1966. №8. -С.50-53.

4. А.с. 1503180 СССР, МКИ В23К 9/16. Способ зажигания дуги при сварке плавящимся электродом / Сагиров Х.Н.,Морозкин И.С., Дюргеров Н.Г. №3625460/25-27. Заявл. 26.07.83.

5. А.с. 1561350 СССР, МКИ В23К 9/16. Способ зажигания дуги при сварке плавящимся электродом / Сагиров Х.Н.,Морозкин И.С., Дюргеров Н.Г. №3788851/25-27. Заявл. 12.07.84.

6. Залесский A.M. Основы теории электрических аппаратов М.: "Высшая школа", 1974. -184с.

7. Самервилл Дж. М. Электрическая дуга. М.; JL: Госэнергоиздат, 1962.-120 с.

8. Сверхскоростная киносъемка установкой СФР-1 непрерывных процессов при дуговой сварке/ Н.Г. Дюргеров, А.А. Шевченко, Х.Н. Сагиров и др.// Автоматическая сварка.-1973. №2. С.19-21.

9. Лебедев В.К., Заруба И.И., Андреев В.В. Условия образования жидкой перемычки при капельном переносе металла с короткими замыканиями дугового промежутка // Автоматическая сварка.-1975. №9. С.1-3.

10. Кнейер Е., Нейлсон Ф. Эксперименты с толстыми взрывающимися проволочками. Сб. «Взрывающиеся проволочки» под ред. А.А. Рухадзе. М.: изд-во Иностранная литература, 1963.-178с.

11. Дюргеров Н.Г. О разрыве перемычки между электродом и сварочной ванной // Сварочное производство. 1972 г. № 2.- С4-6.

12. Дюргеров Н.Г., Изаксон В.Х. К определению устойчивости цилиндрической перемычки между электродом и сварочной ванной // Сварочное производство. 1978 г. № 7. - С54-55.

13. Замечания по статье «Определение устойчивости перемычки между плавящимся электродом и сварочной ванной» / И.В. Пинчук, В.Ф. Постушкин, Г.Д. Куликов и др. // Сварочное производство. 1974 г. № 2. - С49-50.

14. Заруба И.И. Об устойчивости перемычки между плавящимся электродом и ванной // Сварочное производство. 1975 г. № 10. -С 50-52.

15. Степанов В.В., Остров Д.Д., Белоусов В.Н. Устойчивость перемычки между плавящимся электродом и ванной при сварке в СОг // Сварочное производство. 1976 г. № 6. - С55-56.

16. А.С. 941065 СССР, МКИ В23К 9/16. Способ возбуждения дуги при сварке плавящимся электродом / Сагиров Х.Н., Кленов Г.Г., Дюргеров Н.Г. и др. (СССР). -2954782/25-27; Заявл. 09.07.80; Опубл. 1982, Бюл.№25.

17. Пат. 51-8106 Япон., МКИ В23К 9/00. Аппарат для импульсно-дуговой сварки / Яматэ Фуруо, Сиогамо Тацуо (Япон.). -№45101136; Заявл. 18.11.70; Опубл. 13.03.76.

18. Данкевич В.А., Проценко М.П. Повышение стабильности сварки электрозаклепками в среде углекислого газа. // В кн. Технология автомобилестроения. Тула, 1977.-С. 34-36.

19. Бригидин В .Я., Конотоп Д. А. Распределение тока в контактной паре электродная проволока наконечник сварочного автомата или полуавтомата // Автоматическая сварка. -1977. №6. -С. 24-27.

20. Чубуков А.А. Сопротивление в контакте наконечник сварочная проволока при сварке в углекислом газе // Автоматическая сварка. -1980. №12. -С. 31-33.

21. Вахалин В.А. К вопросу о токопередаче скользящим контактом // Сварочное производство. -1971 г. № 1. С 60-63.

22. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Физматгиз, 1963. -708 с.

23. Установление (возбуждение) процесса дуговой сварки плавящимся электродом. В.А. Ленивкин, Х.Н. Сагиров, Р.Я. Докторский и др. // Сварочное производство. 1982 г. № 8. - С 911.

24. Ленивкин В.А., Дюргеров Н.Г., Сагиров Х.Н. Техноллогические свойства сварочной дуги в защитных газах. М.: Машиностроение, 1989.-264с.

25. Математическая модель установления процесса сварки плавящимся электродом. В.А. Ленивкинд, Р.Я. Докторский, Г.Г. Кленов. Деп. в ВИНИТИ, 1982. №12. С84.

26. Улучшение стабилизации возбуждения дуги при выполнении коротких и прерывистых швов. В.А. Ленивкин, Г.Г. Кленов, Р.Я. Докторский и др. // Сварочное производство. 1988 г. № 11. - С 35-37.

27. Совершенствование контактных способов возбуждения дуги. В.А. Ленивкин, Г.Г. Кленов, Х.Н. Сагиров. / В кн.: Прогрессивные методы сварки в тяжелом машиностроении. Красноярск. 1985. С.137-139.

28. А.с. 1084119 СССР, МКИ В23К 9/00. Способ возбуждения дуги при сварке плавящимся электродом / Сагиров Х.Н., В.А. Ленивкин, Дюргеров Н.Г. №2954782. Заявл. 09.07.80. Опубл. В Б.И. 1982. №25.

29. Ленивкин В.А., Кленов Г.Г., Петров П.И. Сварка круговых швов тонкостенных конструкций из низкоуглеродистых сталей. В сб.: Применение импульсных процессов в сварке. Ростов-на-дону, РИИЖТ, 1987. С31-33.

30. Варуха Е.Н. Нагрев и плавление электрода при дуговой механизированной сварке. Автореферат докторской диссертации, Ростов-на-Дону, 1998.

31. Оптимизация процесса автоматической сварки в СО2 конвективных пучков труб. Х.Н. Сагиров, Н.Г. Дюргеров и др. // Сварочное производство. 1984 г. № 1. - С 30-31.

32. А.с. 251121 СССР, МКИ В23К 9/00. Устройство для импульсно-дуговой сварки / Будник Н.М., Сагиров Х.Н., Байдуганов Ю.А. и др. №1171768. Заявл. 10.07.67. Опубл. В Б.И. 1969. №27.

33. Л.с. 226751 СССР, МКИ Н05в. Источник питания для импульсно-дуговой сварки / Будник Н.М., Сагиров Х.Н. и др. №1068721 . Заявл. 11.04.66. Опубл. В Б.И. 1968. №29.

34. А.с. 226752 СССР, МКИ Н05в. Устройство для импульсно-дуговой сварки / Дюргеров Н.Г., Сагиров Х.Н. и др. №1019101 . Заявл. 5.07.65. Опубл. В Б.И. 1968. №29.

35. Патент РФ №1811455 МКИ В23К 9.00. Синерггитический сварочный дроссель Сагирова. Х.Н. Сагиров Д.Х. Б.И. №15, от 23.04.93.

36. А.с. 1496133 СССР, МКИ В23К 9/06. Устройство для стабилизации возбуждения дуги при сварке / Сагиров Х.Н., Дюргеров Н.Г., Гречаниченко Н.Н. №3891894/27. Заявл. 7.05.85. Опубл. В Б.И. 1987. №24.

37. Устройство для установления процесса сварки. В.А. Ленивкин, Х.Н. Сагиров, Г.Г. Кленов и др. В кн.: Совершенствование сварочного производства в с/х машиностроении. - Ростовн/Дону, РИСХМ,1984. С.79-81.

38. Сена JI.A. О механизме возникновения дуги при разрыве цепи // Журн. эксперим. и технич. физики. 1965. -№ 2. -С.4-6.

39. Золотых В.Т., Жак С.В., Гуфман P.M. и др. О механизме возбуждения сварочной дуги // Сварочное производство. 1965 г. № 2. - С23-25.

40. Броун М.Я., Погодин-Алексеев Г.И. Термическая теория электросварочной дуги. -М.: Машгиз, 1951. -124 с.

41. Мошенский Ю.А., Солнцев J1.A. Влияние параметров источников питания на возбуждение дуги при восстановлении наплавкой под флюсом. Сварочное производство, 1998, №6. -С.3-5.

42. Кесаев И.Г. Катодные процессы ртутной дуги и вопросы ее устойчивости. -М.; JL: Госэнергоиздат, 1961. -320 с.

43. Ленивкин В.А., Сагиров Х.Н., Докторский Р.Я. и др. Установление (возбуждение) процесса дуговой сварки плавящимся электродом // Сварочное производство. 1982. №8. -С. 9-11.

44. Кнейр Е., Нейлсон Ф. Эксперименты с толстыми взрывающимися проволочками. Сб. "Взрывающиеся проволочки" под ред. А.А. Рухадзе. М.: изд-во Иностранной литературы, 1963.

45. Ерохин А.А. Основы сварки плавлением. М.: Машиностроение, 1973.-448с.

46. Чейс У. Введение. Сб. "Электрический взрыв проводников" / Под ред. А.А. Рухадзе. М., Мир, 1965. -358с.

47. Кесаев И.Г. Катодные процессы ртутной дуги и вопросы ее устойчивости. -М.; Л.: Госэнергоиздат, 1961. -320 с.

48. Вайнбром Д.И. Автоматическая дуговая точечная сварка. М.Л.: Машиностроение, 1966.200 с.

49. Пасты, улучшающие возбуждение дуги при сварке штучными электродами / Л.Г. Шафранский, В.В. Коряжкин и др. // Сварочное производство, 1973, №5, С.23-25.

50. Мик Дж., Крэгс Дж. Электрический пробой в газах. -М.: Иностр. лит., 1960. -605 с.

51. Лесков Г.И. Электрическая дуга. М.: Машиностроение, 1970. -335 с.

52. Пат. 4950864 США, МКИ В23К 9/06. Dc arc weld starter Richard H.№ 311781; Заявл. 17.02.89; Опубл. 21.08.90.

53. Павлюк C.K., Белоконь В.М. Об устойчивости процесса зажигания дуги при сварке плавящимся электродом // Сварочное производство. -1974. № 4. -С.51-53.

54. Пат. 3934110 США, МКИ В23К 9/16. Arc starting device for long electrical arc Welding/Caldwel. (США). -Заявл. 20.10.69; Опубл. 16.11.72.

55. Пат. 31-746 (Япония), МКИ В23К 9/06. Материалы, облегчающие возбуждение дуги / Кимуро Иосио, Нуйсимо Акира (Япония).-Заявл. 20.04.67; Опубл. 14.06.71.

56. Данкевич В.А., Проценко М.П. Повышение стабильности сварки электрозаклепками в среде углекислого газа. // В кн. Технология автомобилестроения. Тула, 1977.-С. 34-36.

57. Заявка 52-85946, МКИ В23К 9/16. Метод возбуждения дуги при сварке в горизонтальном положении / Токахаси Капухиро, Томито Кодзо. (Япон.). -№ 51-2993; Заявл. 12.01.76; Опубл. 16.07.77.

58. Пат. 350422 Швеция, МКИ В23К 35/38. Satt vid manuell eller holvautomatisk ljusbagssevetsning med tjockbekladda electroder och tablet utforand an sattet/K.K. Madsen. (Швеция). -Заявл. 11.03.71; Опубл. 30.10.72.

59. Заявка 57-175079, МКИ В23К 9/06. Способ зажигания дуги с использованием плавящегося электрода / Окада Хироцигу (Япон.). -№56-60487; Заявл. 20.04.81; Опубл. 27.10.82.

60. Потапьевский А.Г. Сварка в защитных газах плавящимся электродом. М.: Машиностроение, 1983. -240 с.

61. Потапьевский А.Г. Сварка в защитных газах плавящимся электродом.-М.: Машиностроение, 1983. -240с.

62. Dorhofer F., Romaska H. Welche Anforderung muP eine Metall-Aritivgosschweipan lange erfullen //Schweiss und Schneid. 1978. №12. -P.491-496.

63. Потапьевский А.Г. Сварка в защитных газах плавящимся электродом. М.: Машиностроение, 1974. -239с.

64. Пат. 50-5140 Япон., МКИ В23К 9/00. Электродное устройство для управления током машины для дуговой сварки / Кацумата Мицуо, Икэда Михико, Хата Сигэтака (Япон.). Заявл. 12.04.68; Опубл. 28.02.75.

65. Пат. 3637973 США, МКИ В23К 9/10. ARC welding apparatus / Ukai Jun, Hiramatu Masaki (США). -№3637973; Заявл. 17.02.70; Опубл. 25.01.72.

66. Заявка 57-187175, МКИ В23К 9/09. Способ импульсно-дуговой сварки / Китани Мотои, Мидзуно Масаки, Комура Хородзи и др. (Япон.). -№56-72814; Заявл. 14.05.81; Опубл. 17.11.82.

67. Заявка 57-187178, МКИ В23К 9/09. Способ импульсно-дуговой сварки / Китани Мотои, Мидзуно Масаки, Комура Хородзи и др. (Япон.). -№56-73309; Заявл. 15.05.81; Опубл. 17.11.82.

68. А.С. 941065 СССР, МКИ В23К 9/16. Способ возбуждения дуги при сварке плавящимся электродом / Сагиров Х.Н., Кленов Г.Г., Дюргеров Н.Г. и др. (СССР). -2954782/25-27; Заявл. 09.07.80; Опубл. 1982, Б юл.№25.

69. Пат. 51-8106 Япон., МКИ В23К 9/00. Аппарат для импульсно-дуговой сварки / Яматэ Фуруо, Сиогамо Тацуо (Япон.). -№45101136; Заявл. 18.11.70; Опубл. 13.03.76.

70. Сагиров Х.Н., Зеленчук Б.И., Ленивкин В.А. и др. Устройство для регистрации количества утыканий электрода при возбуждении дуги // Межвуз. Сб., Ростов н/Д, РИСХМ. -1979. -С. 37-41.

71. Заявка 57-171 574, МКИ В23К 9/06. Устройство зажигания дуги при сварке / Асао Тадаси, Кавамата Киеси, Арая Такэси и др. (Япон.). -№56-55911; Заявл. 14.04.81; Опубл. 22.10.82.

72. А.с. 916174 СССР, МКИ В23К 9/16. Способ возбуждения дуги / Логвинов В.Н., Ерофеев В.А., Грибков Ю.А. и др. (СССР). -№2800510/25-27; Заявл. 20.07.79; Опубл. 1982, Бюл. №12.

73. Заявка 51-44543 МКИ В23К 9/10. Способ управления процессом дуговой сварки регулированием скорости подачи проволоки / Авано Йосиро, Судзука Микадзи (Япон.). -№49-117885; Заявл. 14.10.74; Опубл. 16.04.76.

74. Заявка 52-100348, МКИ В23К 9/00. Способ возбуждения дуги / Тамаи Сэйитиро (Япон.). -№51-18088; Заявл. 20.02.76; Опубл. 23.08.77.

75. Мартинович В.В., Заколов Г.И. Исследование возбуждения дуги при сварке электрозаклепками в углекислом газе // В кн. Вопросы газоэлектрической сварки. Межвуз. Сб., Ростов н/Д, РИСХМ. -1972. -С.60-64.

76. Заявка 54-9064, МКИ В23К 9/06. Способ возбуждения дуги при сварке плавящимся электродом и устройство для его осуществления / Угаи Симидзу, Китани Мотои (Япон.). -№5484241; Заявл. 03.07.79; Опубл. 29.01.81.

77. А.С. 893450 СССР, МКИ В23К 9/16. Способ возбуждения дуги / Евченко В.М., Будник Н.М., Киселев Б.И. и др. (СССР). 19155216/25-27; Заявл. 24.04.80; Опубл. 1981, Бюл. №48.

78. A.C. 610628 СССР, МКИ В23К 9/16. Способ подготовки конца плавящегося электрода для возбуждения дуги / Будник Н.М., Хожило B.C., Доброквашин JI.A. и др. (СССР). 2388020/25-27; Заявл. 12.07.76; Опубл. 1978, Бюл. №22.

79. Пат. 124411 ГДР, МКИ В23К 9/06. Vtrfahren zur Verbesserung des Zundens beim Schutzgas Lichtbogenschweissen / Kraus W., Bernd В. (ГДР). -№191663; Заявл. 1.03.76; Опубл. 23.02.77.

80. А.С. 961889 СССР, МКИ В23К 9/16. Способ сварки плавящимся электродом / Чвертко А.И., Иванов Г.П., Богдановский В.А. и др. (СССР). 3008208/25-27; Заявл. 24.11.80; Опубл. 1982, Бюл. №36.

81. Пат. 3420435 ФРГ, МКИ В23К 9/16. Способ дуговой сварки плавящимся электродом в защитном газе / Вольфганг В. (ФРГ). -№Р 34204350; Заявл. 01.06.84; Опубл. 05.12.85.

82. Пат. 56-25346 Япон., МКИ В23К 9/06. Способ дуговой сварки плавящимся электродом / Накаи Хироси (Япон.). -№48-23271; Заявл. 28.02.73; Опубл. 11.06.81.

83. Заявка 69-108176, МКИ В23К 9/06. Способ зажигания дуги при сварке плавящимся электродом / Утикоси Кунио, Икуери Кадзуюки (Япон.). -№58-218532; Заявл. 18.11.83; Опубл. 13.06.85.

84. Заявка 56-141968, МКИ В23К 9/06. Способ дуговой сварки / Экури Сигэо, Табата Иоигиро, Комура Хиродзи (Япон.). -№5544479; Заявл. 04.04.80; Опубл. 05.11.81.

85. Пат. 126720 ГДР, МКИ В23К 9/10. Stenerung des Zund und Abschaltvorganges bein Lichtbogenschweipen / Hosse G. (ГДР). -№194370; Заявл. 18.08.76; Опубл. 10.08.77.

86. Гуфан P.M., Золотых B.T., Будник Н.М. и др. Универсальный сварочный осцилллятор ИСО // Автоматическая сварка.-1966. №8. -С.50-53.

87. Пат. 275424 ГДР, МКИ В23К 9/16/ Verfaren und Anordnung zur verbessorung des Zundens beim Sutzgfesschweibtn/ Pfftier Gerald Krfus Werner, Berger Herbert/ 3197534; Заявл. 14.09.88. Опубл. 24.01.90.

88. А.с. 1613263, СССР, МКИ В23К 9/08/ Способ возбуждения электрической дуги и устройство его осуществления./ Д.Г.Коваленко. Заявл. 10.10.88. Опубл. В Б.И.-1990. №46.

89. Ланкин Ю.Н. Генератор импульсов для зажигания сварочной дуги // Автоматическая сварка. -1969. №10. -С.61-62.

90. Пат. 54-7739 Япон., МКИ В23К 9/06. Способ возбуждения дуги / Оиси Нобору (Япон.). -№46-34341; Заявл. 20.05.71; Опубл. 10.04.79.

91. Заявка 2606854, МКИ В23К 9/06. Schaltungsanordnung zum Zunden eines Lichtbogens fur das electrische Lichtbogenschweipen / Altpeter A., Troike H. (ФРГ). Заявл. 20.02.76; Опубл. 25. 08. 77.

92. Заявка 56-144872, МКИ В23К 9/16. Способ дуговой сварки плавящимся электродом в защитном газе / Утимаки Иоити, Маки Тосиаки (Япон.). -№55-46832; Заявл. 11.04.80; Опубл. 11.11.81.

93. Заявка 52-58037, МКИ В23К 9/06. Способ автоматической сварки / Фурутани Кэнго (Япон.). -№50-134262; Заявл. 08.11.75; Опубл. 13.05.77.

94. Пат. 2052152 Франция, МКИ В23К 9/00. Duspositif d'amorcage pour arc elektrigue de soudage / Chretien L., Ducottren R. (Франция). Заявл. 23.07.69; Опубл. 9.04.71.

95. Пат. 54-7739 Япон., МКИ В23К 9/06/ Способ возбуждения дуги/ Оиси Нобору. №46-34341; Заявл.20.05.71. Опубл. 10.04.79.

96. Заявка 56-144872, МКИ В23К 9/16/Способ дуговой сварки плавящимся электродом в защитном газе/ Утимаки Йоити, маки томаки/ Япон./.-№55-46832. Заявл. 11.04.80. опубл. 11.11.81.

97. Пат. 2052152 Франция, МКИ В23К 9/00/ Duspositif dramorcage pour electrigue de soudag/ L. Chretien, R. Duucottret/Франция/.-Заявл. 23.07.69. Опубл. 9.04.71.

98. A.c. 455824 СССР, МКИ B23K 9/06. Способ возбуждения дуги при сварке плавящимся электродом / Алехин Н.И., Максимов И.М., Вайстух И.В. (СССР). -№998728/25-27; Заявл. 07.10.71; Опубл. 1975, Бюл. №1.

99. Пат. 3958096 США, МКИ В23К 9/16. Welding arc gas ionization device / Schweikhardt G.M. (США). Заявл. 23.12.73; Опубл. 18.03.76.

100. Arc ignition and statistical analysis based spatter evaluation in GMA welding/ Cupta S.R., Cupta P.C., Rehfeldtd Int. ConfWeld Tehnol Dev Countries Present Status and Fuuuture Needs Roorkee Sept. 1988 C.99-118.

101. Лесков Г.И., Лугин В.П. Исследование электрического пробоя промежутков между электродами // Сварочное производство. -1971. №2. -С. 10-11.

102. Пацкевич И.Р. Влияние параметров источника в цепи на длительность возбуждения сварочной дуги // Автоматическая сварка. -1967. -№2. -С. 19-21.

103. Кушнарев Л.Н. Характеристики процесса электродуговой сварки в углекислом газе // Передовой научно-технический и производственный опыт / ЦИТЭИ. -1960. -Вып. 8. Т.4. -57с.

104. Капцов Н.А. Электроника. -М.: Гос. Изд-во технико-теоретической литературы, 1956. -459с.

105. Мик Дж., Крэгс Дж. Электрический пробой в газах. -М.: Иностр. лит., 1960. -605 с.

106. Doyle W.S., Kuslink P., Germer L. Elektrikal Breakdown in High Vacuum // Journal of Applied Physics. -1955. -V.26. -№6. -P. 720725.

107. Сливков И.Н. Электрический пробой и разряд в вакууме. -М.: Автомиздат, 1966. -298с.

108. Jones L. The Physics of Electrical Contacts. -Oxford, 1957. -246p.

109. Райзер Ю.Л. Основы современной физики газоразрядных процессов. М.: Наука, 1980.- 415 с.

110. Брон О.Б. Электрическая дуга в аппаратах управления. М.: Госэнергоиздат, 1954.-532 с.

111. Зотов В.М., Зотова Н.М. Основные причины возникновения разряда в малых газовых промежутках // Журн. технич. физики. -1980. -Т.50. -№4. -С.716-719.

112. Невровский В.А., Ярославский В.Н. О зависимости коэффициента Р катодных микровыступов от ширины-межэлектродного промежутка //Журн. технич. Физики. -1982. -Т.52. -№2. -С. 278-282.

113. Dyke W., Torlan I. The field emission : large current densities, space charge and the vacuum arc // Phys. Rev. -1953. -V. 89. -№4. -P.799.

114. Крестьянинов В.Н. Обработка результатов измерений. М.: «Высшая школа», 1976ю-489 с.

115. Кассандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений. М.: "Высшая школа", 1970. -104с.

116. Сопротивление материалов. Под ред. А.Ф. Смирнова. М.: "Высшая школа", 1975. -480с.

117. Лебедев В.А., Светников Б.Г. Влияние начальной кривизны электродной проволоки на ее сопротивление подаче в направляющем канале // Автоматическая сварка -1986. №2. -С.35-37.

118. И.С. Морозкин. Управление зажиганием сварочной дуги при механизированных видах сварки. Монография, Ростов-на-Дону, 2003.-172 с.

119. Оборудование для дуговой сварки. Под ред. В.В. Смирнова. Л.: Энергоатом издат, 1986. -656 с.

120. Germer L., Haworth Е. Erosion of Electrical contacts on Make // Journal of Applied Physics. -1949. -v.20. -P. 1085-1108.

121. Разумихин М.А. Эрозионная устойчивость маломощных контактов. -М.: Энергия, 1964. -80с.

122. Дюргеров Н.Г. Стабильность процесса механизированной дуговой сварки плавящимся электродом на постоянном токе : Автореф. дис. д-ра техн. наук. -М., 1974. -32с.

123. Graulrapp К. Am. // Physick. -1936. -V. 25. -P. 705.

124. Золотых Б.Н. Физические основы электроискровой обработки металлов. -М.: Гос. Изд-во технико-теоретической литературы, 1953.-107с.

125. Лапшин В.А., Некрашевич И.Г. Катодное падение потенциала в дугах, возникающих при размыкании контактов в вакууме // Сб. электрические контакты и электроды. -Киев: Наук, думка, 1977. -С.36-40.

126. Ligman К. Aunified explanation of phenomena in short metal -vapour arces in air // IEEE irons Plasma Sei. -1978. -V. 6. -№4. -P.552-563.

127. Бакшт Ф.Г., Иванов В.Г. Особенности механизма ионизации в низковольтной дуге в инертных газах // Журн. технич. физики, -1978. -Т.48. -№4. С.668-699.

128. Kislik Р. // Journal of Applied Physics. -1954. -№25. -C.897.

129. Germer L. Arcing at Electrical Contacts on Closure. Part 1. Dependence upon Surface Conditions and Circuit Parameters // Journal of Applied Physics. -1951. -V. 22/ -№7. P. 955-964.

130. The feild emission initiated vacuum arc. I. Experiments on arc iniation / W. P. Dyke, I.K. Torlan, E. E. Martin, I. P. Barbour //Phys. Rev. -1953. -V.91. -№5. -P. 1043.

131. Dolan W.W. Dyke W. P. Torlan I.K. The field emission initiated vacuum arc. II The resistively heated emitter // Phys. Rev. -1953. -V.91. -№5.-P.1054.

132. Горьков В.А., Елинсон М.И., Яковлев Г.Д. Теоретическое и экспериментальное исследование пред дуговых явлений при автоэлектронной эмиссии // Радиотехника и электроника. -1962. -Т.7. -№9. -С. 1501.

133. Ненакаливаемые катоды / Под ред. М.И. Елинсона -М.: Советское радио, 1974.-336с.

134. Гжиров Р.И. Краткий справочник конструктора.-JI.: Машиностроение, 1984.-464 с.

135. Фурсей Г.Н., Воронцов Вельяминов П.Н. Качественная модель инициирования вакуумной дуги // Журнал технической физики. -1967. -Т.37. -№10. -С.1870-1888.

136. Грановский В.Д. Электрический ток в газах. М.: Наука,1971. -543 с.

137. Финкельбург В. и Меккер Г. Электрические дуги и термическая плазма. М.: Иностранная литература, 1960. -369 с.

138. Энгель А, Ионизированные газы. М.: Физматгиз, 1959. 332 с.

139. Хольм Р. Электрические контакты. М.: Иностранная литература, 1961. 34-64 с.

140. Пеннинг Ф. Электрический разряд в газах. М.: Иностранная литература, 1960. -100 с.

141. Стекольников И.С. Исследование начальной стадии разряда при очень малых электродных промежутках // Известия АН СССР, отдел техн. науки. -1950. -Вып.7.-С.985-995.

142. Соболев Н.И. Исследование электрического разрыва тонких проволочек // Журн. эксперим. и теорет. физики, -1947. -Т. 17. -Вып. 11.-С. 986-997.

143. Абрамсон И.С., Гегечкори Н.М. и др. О канале искрового разряда // Журн. эксперим. и теорет. Физики. -1947. -Т. 17. -Вып. 10.-С. 862-867.

144. А.с. 1123083 СССР, МКИ Н02РЗ/24. Устройство для динамического торможения трехфазного асинхронного двигателя / Х.Н. Сатиров, Н.Г. Дюргеров, И.С. Морозкин. №3557530/24. Заявл. 28.02.83. Опубл. 07.11.84, Бюл. №41.

145. Браткова О.Н. Источники питания сварочной дуги. -М.: Высшая школа, 1982.-181с.

146. Зорин Ю.Н. Сварка в машиностроении. -М.: Машиностроение, 1979.-Т.4.-512с.

147. Middle I.E. Design aspects of robotic arc welding / International conference publication entitled «Automation and robotisation in welding and allied processes. Doc.№ IIW-X-1985.

148. Present status and problems in application of arc welding robots in Japan /1. Masumoto, S. Matsui and et. all. Doc. №IIW-XII-959-1986.

149. Matsui S. Horikawa K. Prtliminary Report on the special requirements for despgn and Fabrication of parts welded by robots. Doc. №IIW-XV-657-1987.

150. Закс М.И. Сварочные выпрямители. -JL: Энергоиздат, 1983. -96с.

151. А.с. 1496132 СССР, МКИ В23К 9/06. Устройство для зажигания дуги при сварке плавящимся электродом от тиристорного сварочного выпрямителя / Х.Н. Сагиров, Н.Г. Дюргеров, И.С. Морозкин. №3833869/27. Заявл. 2.01.85.

152. А.с. 11557830 СССР, МКИ В23К 9/06. Устройство для зажигания дуги и подготовки конца электрода при сварке плавящимся электродом от тиристорного сварочного выпрямителя/ Сагиров Х.Н., Дюргеров Н.Г., Заруба И.И. и др. №4142832/27; Заявл. 03.11.86

153. Розаренов Ю.Н. Оборудование для электрической сварки плавлением. М.:Машиностроение,1989.- 207 с.