Электропроводность шлаковой ванны при электрошлаковой сварке проволочным електродом

Приведены уравнения и зависимости электрической проводимости шлаковой ванны от заглубления и положения проволочного электрода при электрошлаковой сварке. Представлены результаты моделирования проводимости шлаковой ванны с помощью электролитической ванны....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2009
Hauptverfasser:	Ланкин, Ю.Н., Суший, Л.Ф.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2009
Schriftenreihe:	Автоматическая сварка
Schlagworte:	Краткие сообщения
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101394
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Электропроводность шлаковой ванны при электрошлаковой сварке проволочным электродом / Ю.Н. Ланкин, Л.Ф. Суший // Автоматическая сварка. — 2009. — № 12 (680). — С. 47-49. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-101394
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1013942016-06-04T03:01:44Z Электропроводность шлаковой ванны при электрошлаковой сварке проволочным електродом Ланкин, Ю.Н. Суший, Л.Ф. Краткие сообщения Приведены уравнения и зависимости электрической проводимости шлаковой ванны от заглубления и положения проволочного электрода при электрошлаковой сварке. Представлены результаты моделирования проводимости шлаковой ванны с помощью электролитической ванны. Formulae and dependencies of electrical conductivity of the slag pool upon deepening and position of wire electrode in electroslag welding are given. Results of modelling of conductivity of the slag pool by using the electrolytic bath are given. 2009 Article Электропроводность шлаковой ванны при электрошлаковой сварке проволочным электродом / Ю.Н. Ланкин, Л.Ф. Суший // Автоматическая сварка. — 2009. — № 12 (680). — С. 47-49. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0005-111X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101394 621.791.793 ru Автоматическая сварка Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Краткие сообщения Краткие сообщения
spellingShingle	Краткие сообщения Краткие сообщения Ланкин, Ю.Н. Суший, Л.Ф. Электропроводность шлаковой ванны при электрошлаковой сварке проволочным електродом Автоматическая сварка
description	Приведены уравнения и зависимости электрической проводимости шлаковой ванны от заглубления и положения проволочного электрода при электрошлаковой сварке. Представлены результаты моделирования проводимости шлаковой ванны с помощью электролитической ванны.
format	Article
author	Ланкин, Ю.Н. Суший, Л.Ф.
author_facet	Ланкин, Ю.Н. Суший, Л.Ф.
author_sort	Ланкин, Ю.Н.
title	Электропроводность шлаковой ванны при электрошлаковой сварке проволочным електродом
title_short	Электропроводность шлаковой ванны при электрошлаковой сварке проволочным електродом
title_full	Электропроводность шлаковой ванны при электрошлаковой сварке проволочным електродом
title_fullStr	Электропроводность шлаковой ванны при электрошлаковой сварке проволочным електродом
title_full_unstemmed	Электропроводность шлаковой ванны при электрошлаковой сварке проволочным електродом
title_sort	электропроводность шлаковой ванны при электрошлаковой сварке проволочным електродом
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2009
topic_facet	Краткие сообщения
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101394
citation_txt	Электропроводность шлаковой ванны при электрошлаковой сварке проволочным электродом / Ю.Н. Ланкин, Л.Ф. Суший // Автоматическая сварка. — 2009. — № 12 (680). — С. 47-49. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
series	Автоматическая сварка
work_keys_str_mv	AT lankinûn élektroprovodnostʹšlakovojvannypriélektrošlakovojsvarkeprovoločnymelektrodom AT sušijlf élektroprovodnostʹšlakovojvannypriélektrošlakovojsvarkeprovoločnymelektrodom
first_indexed	2025-07-07T10:52:17Z
last_indexed	2025-07-07T10:52:17Z
_version_	1836985133495746560
fulltext	УДК 621.791.793 ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ШЛАКОВОЙ ВАННЫ ПРИ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ СВАРКЕ ПРОВОЛОЧНЫМ ЭЛЕКТРОДОМ Ю. Н. ЛАНКИН, д-р техн. наук, Л. Ф. СУШИЙ, инж. ( Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины) Приведены уравнения и зависимости электрической проводимости шлаковой ванны от заглубления и положения проволочного электрода при электрошлаковой сварке. Представлены результаты моделирования проводимости шлаковой ванны с помощью электролитической ванны. К л ю ч е в ы е с л о в а : электрошлаковая сварка, электро- проводность шлаковой ванны, проволочный электрод, моде- лирование, электролитическая ванна Удельное сопротивление расплавленного шлака на несколько порядков превышает удельное соп- ротивление токоподводящих кабелей и сварива- емого металла. Поэтому сопротивление шлаковой ванны Rшл в значительной мере определяет значение сварочного тока, а следовательно, про- цесс плавления электрода и его устойчивость. Для определения закономерностей изменения сопротивления шлаковой ванны при электрошла- ковом переплаве (ЭШП) в работе [1] исследовали распределение потенциала в электролите, поме- щенном в мензурку с ртутным электродом на дне. В электролит погружали покрытый платиной ти- тановый электрод. Полученные результаты опи- саны нелинейным уравнением R = C⎛⎜ ⎝ S D2 ⎞ ⎟ ⎠ ⎛⎜ ⎝ S d ⎞ ⎟ ⎠ α ⎛⎜ ⎝ p d ⎞ ⎟ ⎠ γ , (1) где R — общее сопротивление; S — межэлектрод- ный промежуток; D — внутренний диаметр мен- зурки; d — диаметр электрода; p — заглубление электрода; C, α, γ — константы, нелинейно зави- сящие от коэффициента заполнения, значение ко- торого составляет 1,07 ≤ D/d ≤ 6,6. Зависимость (1) справедлива для ЭШП с изо- лированным кристаллизатором. При моделиро- вании электрошлаковой сварки (ЭШС) мензурка должна быть металлическая. Поэтому для ЭШС формулу (1) можно использовать только как воз- можный вид зависимости сопротивления шлако- вой ванны от ее параметров. В работе [2] сопротивление шлаковой ванны при ЭШП представлено в виде двух параллельно соединенных сопротивлений: между заглублен- ной частью электрода и стенкой кристаллизатора R1, а также между концом электрода и поверх- ностью ванны слитка R2. Эти сопротивления опи- саны следующими уравнениями: R1 = ρL H ; R2 = ρl ⎡ ⎢ ⎣ (C1 + C2) 2 ⎤ ⎥ ⎦ ⎡⎢ ⎣ D – AL B ⎤ ⎥ ⎦ . (2) Здесь ρ — удельное сопротивление шлака, Ом⋅см; L — межэлектродный промежуток, см; A — по- перечное сечение слитка, см2; l — расстояние между электродом и кристаллизатором, см; C1, C2 — длина окружности соответственно электрода и кристаллизатора, см; B — площадь кольцевого зазора между электродом и кристаллизатором, см2. Авторы [2] полагают, что описанная модель дает достаточно точную аппроксимацию влияния различных параметров процесса ЭШП на харак- теристики сопротивления шлаковой ванны. Формулы (2) выведены для круглого кристал- лизатора, а уравнения (1) подразумевает нетокоп- роводящий кристаллизатор. При ЭШС шлаковая ванна глубиной hs находится в прямоугольном «кристаллизаторе» шириной ba (соответствует ширине сварочного зазора) и длиной (соответс- твует толщине свариваемых деталей). Ниже рас- смотрим не сопротивление шлаковой ванны, а об- ратную ему величину — электрическую прово- димость, поскольку при этом аналитические зависимости проще. Электрическая проводимость шлаковой ванны между погруженным в нее на глубину погружения (заглубление) электрода Ls в шлак и электропроводящими стенками шлако- вой ванны можно представить в виде суммы электрических проводимостей между электродом и каждой стенкой: G = 1R = ∑ i = 1 5 Gi. В первом приближении длина стенок принята неограниченной. Для подсчета проводимости шлаковой ванны между электродом и одной из вертикальных стенок воспользуемся формулой© Ю. Н. Ланкин, Л. Ф. Суший, 2009 12/2009 47 для емкости однопроводной линии и земли на единицу длины, заменив в ней диэлектрическую проницаемость среды εa средней по объему ванны удельной электрической проводимостью шла- ковой ванны γs [3]: Gi ′ = 2πγs ln ⎛ ⎜ ⎝ Hi + √⎯⎯⎯⎯⎯⎯Hi 2 – r2 r ⎞ ⎟ ⎠ , где Hi — расстояние от центра электрода до i-й стенки шлаковой ванны; r — радиус электрода; H3 = ba – H1; H4 = S – H2. Для электрода, пог- руженного в шлак на глубину ls, получим элект- рическую проводимость Gi = lsGi ′ . При подсчете электрической проводимости шлаковой ванны между электродом и металли- ческой ванной G5 воспользуемся преобразован- ной формулой для емкости двух конечных ци- линдров [4]: G5 = 2πγs ⎛ ⎜ ⎝ r2 2(hs – ls) + 2r π ln ⎛ ⎜ ⎝ 4hs hs – ls ⎞ ⎟ ⎠ + ls 2 ⎞ ⎟ ⎠ . На рис. 1 представлена зависимость электри- ческой проводимости шлаковой ванны от заглуб- ления электрода при следующих условиях: глу- бина шлаковой ванны hs = 50 мм; зазор bа = 30 мм; толщина свариваемых деталей 40 мм; диаметр электрода 2r = 4 мм; электрод находится в центре шлаковой ванны (H1 = H3 = 15 мм; H2 = H4 = = 20 мм). Из рисунка видно, что электрическая проводимость шлаковой ванны при сварке про- волочным электродом возрастет практически ли- нейно с увеличением заглубления электрода. Вклад каждой из трех составляющих электричес- кой проводимости (электрод–кромки изделия, электрод–ползуны, электрод–металлическая ван- на) приблизительно одинаков. Зависимость электрической проводимости шлаковой ванны от положения электрода отно- сительно кромок свариваемого изделия показана рис. 2. При расчете принято заглубление элект- рода ls = 25 мм. Следует заметить, что значение электрической проводимости участка электрод–ползуны нес- колько завышено. Поскольку теплопроводность медных ползунов высокая и они интенсивно ох- лаждаются водой, расплавленный шлак вблизи поверхности ползунов имеет пониженную по сравнению со средней по ванне температуру. Вли- яние температуры Tшл на удельную электричес- кую проводимость жидкого шлака γs описывается уравнением [1] γs = γ0 exp (– c/Tшл), где γ0, c — константы для данного шлака. Согласно [5], электропроводимость популярного флюса АН-8 изменяется от 0 (при 950 °С) до 4 Ом–1⋅см–1 (при 2000 °С). Таким образом, электрическая проводи- мость шлака уменьшается при понижении темпе- ратуры, и вблизи поверхности ползунов образу- ется слой шлака с пониженной электрической проводимостью. Застывший шлак (гарнисаж) во- обще можно считать неэлектропроводным. В рас- четах электрическую проводимость этого слоя включают параллельно с G4 и G5, уменьшая ре- зультирующую электрическую проводимость вплоть до нуля. К сожалению, как теоретические, так и экспериментальные оценки проводимости пограничного слоя отсутствуют. Поэтому общая электрическая проводимость шлаковой ванны находится где-то в промежутке между G и G1 + + G3 + G5. Однако зависимость электрической про- водимости шлаковой ванны от заглубления элект- рода и положения относительно кромок сваривае- мых деталей качественно остается приблизитель- но той же. Для проверки полученных зависимостей про- ведено моделирование на электролитической ван- не. Размеры ванны и электрода приняты те же, что и в расчетах. В качестве электролита исполь- зована вода. Ванна выполнена из медной фольги, Рис. 1. Зависимость электрической проводимости шлаковой ванны от заглубления в нее электрода: 1 — полная проводи- мость шлаковой ванны G; 2 — проводимость шлаковой ванны при изолированных ползунах G1 + G3 + G5; 3 — проводи- мость промежутка электрод–ванна расплавленного металла G5; 4 — проводимость промежутка электрод–кромки свари- ваемых деталей G1 + G4; 5 — проводимость промежутка элек- трод–ползуны G2 + G3 Рис. 2. Зависимость электрической проводимости шлаковой ванны от расстояния H между электродом и ближайшей кромкой свариваемой детали: 1, 2 — см. рис. 1 48 12/2009 электрод — из стальной проволоки. Поскольку электрическая проводимость воды на несколько порядков ниже электрической проводимости ме- таллов, то выбор рода металла для модели ванны и электрода значения не имеет. Для исключения электролитических явлений питание модели осу- ществлялось переменным током частотой в 1 кГц. На рис. 1 и 2 точками обозначены результаты моделирования после масштабирования для со- поставимости с расчетными кривыми, между представленными данными совпадение вполне удовлетворительное. Некоторое расхождение, наблюдаемое при незначительном заглублении электрода (см. рис. 1), можно объяснить влиянием мениска вследствие смачивания электрода. Ввиду малой изученности и отсутствии дос- товерных данных в настоящей работе приэлект- родные процессы на границе металл–шлак во вни- мание не принимались [5, 6]. Учет анодного и катодного падения напряжений качественно не меняет зависимости общего сопротивления шла- ковой ванны от различных параметров процесса ЭШС, выявление которых и является основной целью данного исследования. Таким образом, определено, что при ЭШС про- волочным электродом электрическая проводи- мость шлаковой ванны прямо пропорциональна заглублению электрода. Она почти не изменяется, если электрод расположен на расстоянии от стен- ки свариваемых деталей, больше его диаметра. 1. Омура Г., Вакабаяси М., Хосода Т. Анализ теплопередачи в процессе ЭШС // Электрошлаковый переплав: Матери- алы II Междунар. симп. по технологии электрошлакового переплава. — Киев: Наук. думка, 1973. — С. 180–202. 2. Томманни Ж. В., Край Д. А. Математическая модель ЭШП на постоянном токе // Там же. — 1973. — С. 221–231. 3. Говорков В. А. Электрические и магнитные поля. — М.: Энергия, 1968. — 488 с. 4. Гликман И. Я., Русин Ю. С. Расчет характеристик элемен- тов цепей радиоэлектронной аппаратуры. — М.: Сов. ра- дио, 1976. — 160 с. 5. Электрошлаковая сварка и наплавка / Под ред. Б. Е. Па- тона. — М.: Машиностроение, 1980. — 511 с. 6. Митчел А. Механизм выделения и распространения тепла в процессе ЭШП // Электрошлаковый переплав: Матери- алы II Междунар. симп. по технологии электрошлакового переплава. — М.: Металлургия, 1971. — С. 80–92. Formulae and dependencies of electrical conductivity of the slag pool upon deepening and position of wire electrode in electroslag welding are given. Results of modelling of conductivity of the slag pool by using the electrolytic bath are given. Поступила в редакцию 17.07.2009 Y. F. Gao, H. Zhang, Z. W. Mao РЕГИСТРАЦИЯ НАКЛОНА СВАРОЧНОЙ ГОЛОВКИ И СЛЕЖЕНИЕ ЗА КРИВОЛИНЕЙНЫМ УГЛОВЫМ ШВОМ Важно отрегулировать наклон сварочной головки во вре- мя автоматического слежения за криволинейным соединени- ем при дуговой сварке. Проведено исследование на обнару- жение отклонения и наклона сварочной головки, базирую- щееся на использовании сварочного тока для управления за передвижением робота при выполнении криволинейных уг- ловых швов. Предложен новый метод обнаружения отклоне- ния и наклона сварочной головки, основанный на токах дуги, полученных от высокоскоростного вращающего датчика ду- ги. Он использует метод наименьших квадратов для регули- ровки токов дуги на плоскости в трех измерениях. Отклоне- ние и наклон сварочной головки проектируются на две ор- тогональные плоскости, так что они могут быть рассое- ди- нены и, таким образом, рассчитываться отдельно. Разрабо- тана передвижная сварочная роботизированная система, сос- тоящая из дифференцированного аппарата и поперечно скользящего манипулятора. Для управления колесами робота и горизонтальным ползуном при слежении криволинейного углового шва разработан регулятор с нечетким алгоритмом. Результаты эксперимента показывают, что обнаружение и регистрация ошибок наклона и отклонения сварочной голов- ки приблизительно равны ±7,85° и ±0,42 мм. ПО СТРАНИЦАМ ЖУРНАЛА «WELDING JOURNAL» 2009, № 3 12/2009 49

Электропроводность шлаковой ванны при электрошлаковой сварке проволочным електродом

Institution

Ähnliche Einträge