Создание роботизированного комплекса для гибридной плазменно-дуговой сварки тонкостенных конструкций

Целью данной работы является создание комплекса оборудования и технологии гибридной плазменно-дуговой сварки плавящимся электродом с коаксиальной подачей проволоки для конструкций из сталей и алюминиевых сплавов толщиной 5...12 мм с использованием промышленных роботов. Математическое моделирование п...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2017
Автори:	Коржик, В.Н., Сидорец, В.Н., Шангуо Хан, Бабич, А.А., Гринюк, А.А., Хаскин, В.Ю.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2017
Назва видання:	Автоматическая сварка
Теми:	Пленарные доклады международной конференции «Роботизация и автоматизация сварочных процессов» 12–14 июня 2017 г., Киев, Украина
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/148606
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Создание роботизированного комплекса для гибридной плазменно-дуговой сварки тонкостенных конструкций / В.Н. Коржик, В.Н. Сидорец, Шангуо Хан, А.А. Бабич, А.А. Гринюк, В.Ю. Хаскин // Автоматическая сварка. — 2017. — № 5-6 (764). — С. 72-82. — Бібліогр.: 20 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-148606
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1486062019-02-19T01:29:08Z Создание роботизированного комплекса для гибридной плазменно-дуговой сварки тонкостенных конструкций Коржик, В.Н. Сидорец, В.Н. Шангуо Хан Бабич, А.А. Гринюк, А.А. Хаскин, В.Ю. Пленарные доклады международной конференции «Роботизация и автоматизация сварочных процессов» 12–14 июня 2017 г., Киев, Украина Целью данной работы является создание комплекса оборудования и технологии гибридной плазменно-дуговой сварки плавящимся электродом с коаксиальной подачей проволоки для конструкций из сталей и алюминиевых сплавов толщиной 5...12 мм с использованием промышленных роботов. Математическое моделирование процессов в дуге при гибридной плазменно-дуговой сварке явилось основой выбора параметров режима сварки с учетом взаимного влияния столба сжатой дуги неплавящегося электрода и дуги с плавящимся электродом, позволившей сформулировать технические требования к источникам питания сварочного тока. На основании математического и физического моделирования процесса гибридной сварки создан комплекс оборудования и базовые технологические процессы для роботизированной сварки тонкостенных конструкций из сталей и алюминиевых сплавов. Разработанная система управления комплексом позволила синхронизировать функционирование двух сварочных источников и вспомогательного оборудования с перемещениями антропоморфного промышленного робота для реализации устойчивого процесса гибридной плазменно-дуговой сварки плавящимся электродом. Применение данного процесса сварки позволило уменьшить расход электродного металла на 40 % по сравнению с импульсно-дуговой сваркой плавящимся электродом при сопоставимых скоростях. При этом уровень продольных прогибов сварных образцов при использовании гибридного процесса был в 3 раза меньше по сравнению с процессом сварки импульсной дугой с плавящимся электродом. Метою даної роботи є створення комплексу обладнання та технології гібридного плазмово-дугового зварювання плавким електродом з коаксіальною подачею дроту для конструкцій із сталей і алюмінієвих сплавів товщиною 5...12 мм з використанням промислових роботів. Математичне моделювання процесів в дузі при гібридному плазмово-дуговому зварюванні стало основою вибору параметрів режиму зварювання з урахуванням взаємного впливу стовпа стислої дуги, що не плавиться і дуги з плавким електродом, дозволила сформулювати технічні вимоги до джерел живлення зварювального струму. На підставі математичного і фізичного моделювання процесу гібридного зварювання створений комплекс обладнання і базові технологічні процеси для роботизованого зварювання тонкостінних конструкцій із сталей і алюмінієвих сплавів. Розроблена система управління комплексом дозволила синхронізувати функціонування двох зварювальних джерел і допоміжного обладнання із застосуванням антропоморфного промислового робота для реалізації сталого процесу гібридного плазмово-дугового зварювання плавким електродом. Застосування даного процесу зварювання дозволило зменшити витрату електродного металу на 40 % в порівнянні з імпульсно-дуговим зварюванням плавким електродом при порівнянних швидкостях. При цьому рівень поздовжніх прогинів зварних зразків при використанні гібридного процесу був у 3 рази меншим в порівнянні з процесом зварювання імпульсною дугою з плавким электродом. The objective of this work is development of a complex of equipment and technology of hybrid consumable electrode plasma-arc welding with coaxial wire feed for structures from steels and aluminium alloys 5–12 mm thick, using industrial robots. Mathematical modeling of processes in the arc in hybrid plasma-arc welding was the basis for selection of welding mode parameters allowing for mutual influence of the column of nonconsumable electrode constricted arc and consumable electrode arc, which enabled defining technical requirements to welding current power sources. Proceeding from mathematical and physical modeling of the process of hybrid welding, a complex of equipment and basic technologies were developed for robotic welding of thin-walled structures from steels and aluminium alloys. Developed system of complex control anabled synchronizing the functioning of two welding sources and auxiliary equipment with movements of an anthropomorphic industrial robot for realization of a stable process of hybrid consumable electrode plasma-arc welding. Application of this welding process allowed reducing electrode metal consumption by 40 %, compared to consumable electrode pulsed-arc welding at comparable speeds. Here, the level of longitudinal deflection of welded samples at hybrid process application was 3 times smaller, compared to the process of consumable electrode pulsed-arc welding. 2017 Article Создание роботизированного комплекса для гибридной плазменно-дуговой сварки тонкостенных конструкций / В.Н. Коржик, В.Н. Сидорец, Шангуо Хан, А.А. Бабич, А.А. Гринюк, В.Ю. Хаскин // Автоматическая сварка. — 2017. — № 5-6 (764). — С. 72-82. — Бібліогр.: 20 назв. — рос. 0005-111X DOI: https://doi.org/10.15407/as2017.06.12 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/148606 621.793.7 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	Пленарные доклады международной конференции «Роботизация и автоматизация сварочных процессов» 12–14 июня 2017 г., Киев, Украина Пленарные доклады международной конференции «Роботизация и автоматизация сварочных процессов» 12–14 июня 2017 г., Киев, Украина
spellingShingle	Пленарные доклады международной конференции «Роботизация и автоматизация сварочных процессов» 12–14 июня 2017 г., Киев, Украина Пленарные доклады международной конференции «Роботизация и автоматизация сварочных процессов» 12–14 июня 2017 г., Киев, Украина Коржик, В.Н. Сидорец, В.Н. Шангуо Хан Бабич, А.А. Гринюк, А.А. Хаскин, В.Ю. Создание роботизированного комплекса для гибридной плазменно-дуговой сварки тонкостенных конструкций Автоматическая сварка
description	Целью данной работы является создание комплекса оборудования и технологии гибридной плазменно-дуговой сварки плавящимся электродом с коаксиальной подачей проволоки для конструкций из сталей и алюминиевых сплавов толщиной 5...12 мм с использованием промышленных роботов. Математическое моделирование процессов в дуге при гибридной плазменно-дуговой сварке явилось основой выбора параметров режима сварки с учетом взаимного влияния столба сжатой дуги неплавящегося электрода и дуги с плавящимся электродом, позволившей сформулировать технические требования к источникам питания сварочного тока. На основании математического и физического моделирования процесса гибридной сварки создан комплекс оборудования и базовые технологические процессы для роботизированной сварки тонкостенных конструкций из сталей и алюминиевых сплавов. Разработанная система управления комплексом позволила синхронизировать функционирование двух сварочных источников и вспомогательного оборудования с перемещениями антропоморфного промышленного робота для реализации устойчивого процесса гибридной плазменно-дуговой сварки плавящимся электродом. Применение данного процесса сварки позволило уменьшить расход электродного металла на 40 % по сравнению с импульсно-дуговой сваркой плавящимся электродом при сопоставимых скоростях. При этом уровень продольных прогибов сварных образцов при использовании гибридного процесса был в 3 раза меньше по сравнению с процессом сварки импульсной дугой с плавящимся электродом.
format	Article
author	Коржик, В.Н. Сидорец, В.Н. Шангуо Хан Бабич, А.А. Гринюк, А.А. Хаскин, В.Ю.
author_facet	Коржик, В.Н. Сидорец, В.Н. Шангуо Хан Бабич, А.А. Гринюк, А.А. Хаскин, В.Ю.
author_sort	Коржик, В.Н.
title	Создание роботизированного комплекса для гибридной плазменно-дуговой сварки тонкостенных конструкций
title_short	Создание роботизированного комплекса для гибридной плазменно-дуговой сварки тонкостенных конструкций
title_full	Создание роботизированного комплекса для гибридной плазменно-дуговой сварки тонкостенных конструкций
title_fullStr	Создание роботизированного комплекса для гибридной плазменно-дуговой сварки тонкостенных конструкций
title_full_unstemmed	Создание роботизированного комплекса для гибридной плазменно-дуговой сварки тонкостенных конструкций
title_sort	создание роботизированного комплекса для гибридной плазменно-дуговой сварки тонкостенных конструкций
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2017
topic_facet	Пленарные доклады международной конференции «Роботизация и автоматизация сварочных процессов» 12–14 июня 2017 г., Киев, Украина
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/148606
citation_txt	Создание роботизированного комплекса для гибридной плазменно-дуговой сварки тонкостенных конструкций / В.Н. Коржик, В.Н. Сидорец, Шангуо Хан, А.А. Бабич, А.А. Гринюк, В.Ю. Хаскин // Автоматическая сварка. — 2017. — № 5-6 (764). — С. 72-82. — Бібліогр.: 20 назв. — рос.
series	Автоматическая сварка
work_keys_str_mv	AT koržikvn sozdanierobotizirovannogokompleksadlâgibridnojplazmennodugovojsvarkitonkostennyhkonstrukcij AT sidorecvn sozdanierobotizirovannogokompleksadlâgibridnojplazmennodugovojsvarkitonkostennyhkonstrukcij AT šanguohan sozdanierobotizirovannogokompleksadlâgibridnojplazmennodugovojsvarkitonkostennyhkonstrukcij AT babičaa sozdanierobotizirovannogokompleksadlâgibridnojplazmennodugovojsvarkitonkostennyhkonstrukcij AT grinûkaa sozdanierobotizirovannogokompleksadlâgibridnojplazmennodugovojsvarkitonkostennyhkonstrukcij AT haskinvû sozdanierobotizirovannogokompleksadlâgibridnojplazmennodugovojsvarkitonkostennyhkonstrukcij
first_indexed	2025-07-12T19:46:20Z
last_indexed	2025-07-12T19:46:20Z
_version_	1837471720095612928
fulltext	Роботизация и автоматизация - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА - Удк 621.793.7 создание роБотизированного компЛекса дЛя гиБридной пЛазменно-дУговой сварки тонкостенных констрУкций В. Н. КОРЖИК1,2, В. Н. СИДОРЕЦ1,2, ШАНГУО ХАН1, А. А. БАБИЧ1,2, А. А. ГРИНЮК2,3, В. Ю. ХАСКИН1,2 1гуандунский институт сварки (китайско-украинский институт сварки им. е. о. патона). 510650, китай, гуанчжоу, тянхе, ул. чапгкинг, 363. 2иЭс им. е. о. патона нан Украины. 03680, г. киев-150, ул. казимира малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua 3нтУУ «кпи им. игоря сикорского». 03056, г. киев, просп. победы, 37 целью данной работы является создание комплекса оборудования и технологии гибридной плазменно-дуговой свар- ки плавящимся электродом с коаксиальной подачей проволоки для конструкций из сталей и алюминиевых сплавов толщиной 5...12 мм с использованием промышленных роботов. математическое моделирование процессов в дуге при гибридной плазменно-дуговой сварке явилось основой выбора параметров режима сварки с учетом взаимного влияния столба сжатой дуги неплавящегося электрода и дуги с плавящимся электродом, позволившей сформулировать техниче- ские требования к источникам питания сварочного тока. на основании математического и физического моделирования процесса гибридной сварки создан комплекс оборудования и базовые технологические процессы для роботизированной сварки тонкостенных конструкций из сталей и алюминиевых сплавов. разработанная система управления комплексом позволила синхронизировать функционирование двух сварочных источников и вспомогательного оборудования с пере- мещениями антропоморфного промышленного робота для реализации устойчивого процесса гибридной плазменно-ду- говой сварки плавящимся электродом. применение данного процесса сварки позволило уменьшить расход электродного металла на 40 % по сравнению с импульсно-дуговой сваркой плавящимся электродом при сопоставимых скоростях. при этом уровень продольных прогибов сварных образцов при использовании гибридного процесса был в 3 раза меньше по сравнению с процессом сварки импульсной дугой с плавящимся электродом. Библиогр. 20, табл. 1, рис. 10. К л ю ч е в ы е с л о в а : роботизированный комплекс, плазма, дуга с плавящимся электродом, гибридный процесс, алюминиевые сплавы, стали, режимы сварки, качество соединений в настоящее время тенденции роботизации и ав- томатизации сварочного производства становятся все более актуальными для крупносерийного про- изводства. примером может служить использо- вание роботов в конвейерных линиях при произ- водстве автомобилей [1]. еще одним актуальным примером является использование промышлен- ных роботов в судостроении [2]. здесь сварочные роботы применяются для изготовления элементов корпусов кораблей, палубных надстроек, комму- никационных систем и различного рода судового оборудования [3]. основное преимущество, полу- чаемое при этом – повышение производительно- сти и качества сварных соединений за счет заме- ны ручной сварки на автоматическую. кроме того, сокращается необходимость в высококвалифици- рованных специалистах сварщиках и появляется возможность высокопроизводительной сварки в труднодоступных местах. так, применение вместо стали алюминия и его сплавов в судостроении и вагоностроении для изготовления корпусных эле- ментов позволяет снизить их массу на 50...60 %. в результате появляется возможность повысить грузоподъемность судов и железнодорожного транспорта. для выполнения роботизированной сварки чаще всего используют хорошо известные тради- ционные дуговые способы [3].Это, в первую оче- редь, сварка плавящимся (MIG/MAG) и неплавя- щимся (TIG) электродами. однако, получаемые этими способами сварные соединения не всегда в полной мере удовлетворяют требованиям к каче- ству поверхности и уровню остаточных деформа- ций после сварки изготавливаемых конструкций. при роботизации сварочных процессов целесоо- бразно применять доступную высокопроизводи- тельную технологию, позволяющую минимизиро- вать уровень остаточных сварочных деформаций. одним из сварочных процессов, позволяющих решить поставленную задачу, является гибридная плазменно-дуговая (Plasma-MIG) сварка плавя- щимся электродом [4]. Этот процесс впервые был запатентован в 1972 г. вильгельмом Эссерсом и другими сотрудниками исследовательского цен- тра компании Philips (нидерланды) [5]. при таком способе сварки образуется источник нагрева для гибридной плазменно-дуговой сварки, состоящий из сжатой дуги неплавящегося электрода, охваты- вающей дугу с плавящимся электродом. дополни- тельное сжатие последней обеспечивает сниже- © в. н. коржик, в. н. сидорец, Шангуо хан, а. а. Бабич, а. а. гринюк, в. Ю. хаскин, 2017 Роботизация и автоматизация - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА - ние разбрызгивания и возможность повышения глубины проплавления основного металла при меньших значениях скорости подачи электродной проволоки (меньше сварочный ток дуги плавяще- гося электрода). применение такого процесса для изготовления сварных конструкций способно обе- спечить формирование мелкозернистых структур швов, а также высокое качество и производитель- ность сварки [6]. раннее в конструкциях головок для гибрид- ной плазменно-дуговой сварки дугой с плавя- щимся электродом применялся обычный шты- ревой неплавящийся электрод. в современных конструкциях его заменили на полый – кольце- вой [7]. современный модифицированный про- цесс гибридной плазменно-дуговой сварки еще не получил достаточно широкого распространения, однако активно изучается исследователями [8]. технологии сварки различных материалов этим способом также находятся на стадии разработки. целью данной работы являлось создание обо- рудования и технологии для гибридной плазмен- но-дуговой сварки с плавящимся электродом с коаксиальной подачей проволоки для роботизиро- ванной сварки конструкций из сталей и алюмини- евых сплавов с толщиной стенок 5...12 мм. для достижения поставленной цели решались следующие задачи: 1. моделирование процесса гибридной плаз- менно-дуговой сварки плавящимся электродом с учетом взаимного влияния сжатой дуги неплавя- щегося электрода и дуги с плавящимся электро- дом, на базе результатов которого осуществляется предварительный выбор параметров режима ги- бридной сварки. 2. Формулирование требований к сварочным источникам питания. 3. синхронизация работы сварочных источни- ков и вспомогательного оборудования с антропом- орфным промышленным роботом. 4. разработка сварочной горелки для гибрид- ной плазменно-дуговой сварки, ориентированной на непрерывную роботизированную сварку. 5. создание роботизированного комплекса и отработка технологии гибридной плазменно-дуго- вой сварки конструкций из сталей и алюминиевых сплавов с толщиной стенок 5...12 мм. для предварительного выбора параметров ре- жима гибридной плазменно-дуговой сварки пла- вящимся электродом процессы нагрева плавяще- гося электрода рассматривали при следующих предположениях (рис. 1): фазы нагрева вылета электрода и его плавления достаточно разделены и взаимодействие происходит таким образом, что конечные условия для нагрева являются началь- ными условиями для плавления; вылет электро- да нагревается плазмой разряда с неплавящимся электродом и сварочным током; длина расплав- ленной зоны намного меньше, чем длина вылета электрода; перенос электродного металла капель- ный. Эти предположения совпадают с допущени- ями, сделанными в работе [9]. поэтому матема- тическую модель строили аналогично. различие между сварочными процессами MIG и Plasma- MIG состоит в том, что вылет электрода допол- нительно нагревается плазмой разряда с неплавя- щимся кольцевым электродом (анодом). Электродная проволока расположена внутри плазменного разряда на его оси. повышение ее температуры происходит за счет конвекционно- го и радиационного нагрева. Учитывая, что тем- пература плазмы Tp = 5500...15000 K легко пока- зать, что доля энергии, подводимой к электродной проволоке конвекционным нагревом, чрезвычай- но мала. поэтому при решении тепловой задачи конвекционный нагрев нами не учитывается. ра- диационный нагрев подчиняется закону стефа- на-Больцмана, а дифференциальное уравнение, описывающее изменение температуры T во вре- мени t, имеет вид рис. 1. технологическая схема процесса (а) и фотография совместного действия сжатой дуги и дуги c плавящимся электродом (б) гибридной плазменно-дуговой сварки: 1 — свариваемый образец; 2 — плазмообразующее сопло; 3 — защитное сопло; 4 — мундштук плавящегося электрода; 5 — трубчатый электрод плазматрона (анод); 6 — сжатая дуга прямого действия; 7 — дуга плавящегося электрода Роботизация и автоматизация - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА - ( )4 4SB2 ,p w dT T T dt cr = − βσ γ (1) где σSB — постоянная стефана-Больцмана; β, γ, c, rw — степень черноты, плотность, удельная тепло- емкость, радиус электродной проволоки, соответ- ственно. решение дифференциального уравнения (1) имеет неявную форму SB 3 0 0atanh atanh atan atan , p w p p p p T t cr T TT T T T T T = ×          × − + −                  βσ γ (2) где T0 — начальная температура электродной про- волоки. решение (2) трудно использовать для дальней- ших исследований. оно упрощается, если принять во внимание, что температура плавления элект- родной проволоки Tm намного меньше температу- ры плазмы Tp. в этом случае мы получаем про- стое решение SB 4 p 0 2 . w T T T t cr = + βσ γ (3) разница между решениями при температуре плавления Tm составляет 0,2 для стали и 0,02 % для алюминия (диаметр электродной проволоки 1,2 мм). Это дало нам основание для дальнейшего использования формулы (3). Энергия, накопленная в металле вылета элект- рода от прохождения сварочного тока и от излуче- ния плазмы, суммируясь с энергией, выделяемой в приэлектродной (прикатодной) области, расхо- дуется на нагрев и плавление металла. из этого условия может быть получена скорость плавления электрода ( ) ( ) ( ) 2 2 2 4 3 SB p p 2 4 0 2 ,w k w w m w m r U i i l l T r l l v r c T T + − + − =  − +  π ρ π βσ π γ λ где i — сварочный ток (ток MIG процесса); l — длина дуги; Uk — катодное падение напряжения; lw, lp — расстояния от мундштука до изделия и от сопла плазмотрона до изделия (рис. 2); ρ, λ — удельное сопротивление и скрытая теплота плав- ления электродного металла. очевидно, что динамика плавления электро- да описывается дифференциальным уравнением, суть которого состоит в том, что изменение длины дуги равно разности скорости плавления электро- да и скорости подачи электрода v ( ) ( )2 2 2 4 3 SB p 2 4 2 ,w k w w p w r U i i l l T r l ldl v dt r q + − + − = − π ρ π βσ π γ (4) где q = c(Tm – To) + λ. в соответствии с законом кирхгофа напряже- ние холостого хода UOC источника питания рав- но сумме падений напряжения на элементах цепи (см. рис. 2) — активное сопротивление RS и ин- дуктивность L источника питания и соединитель- ных кабелей, активное сопротивление вылета электрода и падение напряжения на дуге El (E — напряженность электрического поля в дуге) 2 , OC S a k w w l ldiU R i L i El U Udt r − = + + ρ + + + π (5) где Ua — анодное падение напряжения. Уравнения (4) и (5) составляют систему нели- нейных дифференциальных уравнений, которые описывают динамику системы «источник питания – дуга с плавящимся электродом» в процессе ( ) ( )2 2 2 4 3 2 4 2 2 . 1 w k w SB p w p w w OC S a k w r U i i l l T r l ldl v dt r q l ldi U R i i El U U dt L r  + − + −  = −    − = − − − − −    π ρ π βσ π γ ρ π (6) для того, чтобы найти особые точки, которые определяют статическое состояние необходи- мо правые части системы (6) приравнять к нулю. Уравнения для определения статических значений длины дуги l0 и сварочного тока i0 имеют вид: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 4 3 SB p 0 4 2 OC SB p S 2 04 4 2 k SB p p S 024 2 OC OC k SB p S 2 k 2 2 4 2 2 2 2 2 w w k w w w SB p p w w w w w w w w w w OC w S w w O r E T l r E U U El T r R l l T l qvr r U E T l qvr r R l l r U U U El T r R l r U U r R l r U + −  + + + + +  − +  + −    + − + +  + − + + + + +   + + − ρ ρβσ βσ π ρ ρ ρ βσ γ ρ βσ γ π ρ ρ βσ π ρ π ρ ρ ( )( ) 2 24 2 SB p S 0; 2 C w p w w w l T l qvr r R l  +   =  + − + βσ γ π ρ ( ) ( ) ( ) ( ) 3 2 S 0 OC 0 4 2 k 0 2 3 4 SB p 2 2 0, k w w SB p w S w w w OC p w R i U U El i r T r R l l r U E qv i r T U El qvEr − + − +   + + − + + −    − − + =  ρ ρ π βσ π ρ γρ π βσ γ где Ūос = Uос – Ua – Uk. для исследования свойств этих решений вос- пользуемся условиями существования, суть кото- рых состоит в следующем: Plasma-MIG процесс рис. 2. схема подключения источников питания при гибрид- ном плазменно-дуговом сварочном процессе Роботизация и автоматизация - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА - физически реализуем, когда статический свароч- ный ток больше нуля i0 > 0, (7) а статическое значение длины дуги находится в пределах от нуля (контакт электрода с изделием) до расстояния от сопла до изделия (отгорание электрода) 0 < l0 < lw. (8) применение этих условий позволяет опреде- лить максимальную температуру плазмы, при ко- торой процесс Plasma-MIG протекает ( ) 1 4 max SB p OC a . 2 w p k qvErT El U U U   =   − + +  γ βσ наши оценки показали, что максимальная тем- пература для стали Tpmax = 7960 K; для алюминия Tpmax = 7340 K (параметры процесса, для которых проводились вычисления, приведены в работе [10]). Этот результат хорошо согласуется с экспе- риментальными результатами измерения темпера- туры [11]. в гибридном процессе Plasma-MIG присут- ствует взаимное воздействие газовых разрядов один на другой. воздействие плазменного раз- ряда на плавление электродной проволоки было рассмотрено выше. плавление электродной про- волоки, в свою очередь, влияет на электрические параметры плазменного разряда [12, 13], в част- ности, на его вольтамперную характеристику (вах). Эти особенности были учтены при выборе источников питания и разработке аппаратуры для Plasma-MIG процесса [14]. однако, зависимость электрических характеристик от технологических параметров Plasma-MIG процесса не могут быть получены при использовании существующих ре- зистивных моделей [15]. для описания плазменного разряда гибридно- го Plasma-MIG процесса была усовершенствована модель дуги, разработанная в иЭс им. е. о. пато- на [16, 17]. плазменная дуга рассматривается феномено- логически как тепловой макрообъект, который яв- ляется элементом электрической цепи со статиче- ской вах UPlasma(i). закон сохранения энергии для такого теплового макрообъекта выглядит так .dQ P P dt = − θ Этот закон связывает три энергетических пара- метра столба плазменной дуги: внутреннюю энер- гию Q, подводимую P и отводимую Pθ мощности. внутренняя энергия столба дуги Q является сум- мой всех энергий плазмы: энергии теплового дви- жения, энергии ионизации, колебательной и вра- щательной энергии молекул, и т. п. и зависит от радиуса и длины дуги, т.е. от ее объема. под тер- мином подводимая мощность P будем понимать мощность, потребляемую от источника питания, а под термином отводимая мощность Pθ будем понимать мощность, которую столб дуги отдает в окружающее пространство посредством тепло- проводности и излучения. применение термина ток состояния [16] и вве- дение переменной iθ дает возможность выразить энергетические параметры дуги через электриче- ские параметры ( ) ( )Plasma 2 Plasma Plasma, , U i P i P U i i i = =θ θ θ θ θ ( )Plasma 0 2 , i Q U i di= ∫ θ θ θθ (где iPlasma — ток плазменной дуги; θ — постоян- ная времени плазменной дуги) и получить диффе- ренциальное уравнение модели 2 2 2 Plasma .di i i dt + =θ θθ (9) Уравнение (9) дополняется формулой связи между током плазменной дуги и напряжением на ней ( )Plasma Plasma , U i u i i = θ θ которая входит в уравнения, соответствующие за- конам кирхгофа. в случае плазменной дуги с обдувом газом по- мимо естественной конвекции появляется допол- нительный механизм рассеяния энергии. Этот механизм основан на принудительной конвек- ции, мощность которой Pv может быть учтена непосредственно ShGA A p ,v vWP Q Q V l = = где VA — объем, занимаемый столбом плаз- менной дуги; WA — объем плазмы, расходуе- мый в единицу времени для продольного обдува 2 2( ) , À Aout Ain ShG W r r v= π − vShG — скорость обдува за- щитным газом; rAin и rAout — внутренний и внеш- ний радиусы столба плазменного разряда. Уравнение баланса мощности в этом случае имеет вид .v dQ P P P dt = − −θ Уравнением модели дуги с продольным обду- вом является 2 2 2 ShG Plasma p 1 .di v Qi i dt l P   = − +     θ θ θ θ (10) Уравнение (10) перспективно использовать для описания динамики плазменной дуги, где про- Роботизация и автоматизация - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА - дольный обдув защитным газом является суще- ственной частью процесса. когда электродная проволока перемещается внутри цилиндрического плазменного разряда, появляется еще один механизм отвода энергии, связанный с ее нагревом. его следует учитывать в законе сохранения энергии .v w dQ P P P P dt = − − −θ выше рассмотрен нагрев электродной прово- локи за счет излучения плазменного разряда. вос- пользовавшись этими результатами, получаем формулу для мощности ( )4 SB p p 02 .w wP r T l l= −π βσ Уравнение обобщенной динамической модели плазменной дуги для Plasma-MIG процесса име- ет вид 2 2 2 Plasma 1 .v wdi P Pi i dt P  + = − +   θ θ θ θ для получения вах плазменного разряда в Plasma-MIG процессе воспользуемся процедурой, описанной в статье [18]. в результате получена параметрическая зависимость напряжения плаз- менного разряда от его тока (рис. 3) ( ) ( ) 1 2 PlasmaMIG 1 ;v wP PU i U i P  + = +  θ θ θ ( ) 1 2 PlasmaMIG 1 .v wP PI i i P  + = +  θ θ θ в этих формулах переменная iθ играет роль параметра. график, представленный на рис. 3, демонстри- рует тенденцию к увеличению напряжения на плазменном разряде при Plasma-MIG процессе. Это хорошо согласуется с явлениями, которые на- блюдались в ходе технологических эксперимен- тов при сравнении Plasma и Plasma-MIG процес- сов [10, 19, 20]. на основании проведенных расчетов разра- ботаны технические условия для создания или подбора сварочных источников питания. так, определено, что источник питания плазменной составляющей должен обеспечивать возможность горения сжатой дуги неплавящегося электрода на постоянном токе обратной полярности с токо- вой нагрузкой от 50 до 250 а и напряжением на дуге до 45 в. источник питания дуги плавящего- ся электрода должен обеспечивать сварочный ток от 10 до 350 а при пв 100 %. при этом источни- ки питания должны обладать возможностью свя- зи с системой управления через шинный интер- фейс использующий наиболее распространенные протоколы связи. на основе данных технических требований выбраны сварочные инверторные источники, наиболее подходящие разработанным техническим условиям. Эти источники снабжены шинным интерфейсом обмена сигналами управ- ления и обратной связи с общей системой управ- ления комплексом. для надежной работы плаз- менного модуля в режиме сварки на постоянном токе обратной полярности проведена переком- мутация разъемов дежурной дуги для обеспече- ния ее поджига на обратной полярности. систе- ма управления сварочными источниками питания и плазменным модулем построена на основе про- граммируемого PLC контроллера, она обеспечи- вает алгоритм последовательного включения и отключения электрических компонентов ком- плекса оборудования для гибридной плазмен- но-дуговой сварки плавящимся электродом, сбор информации о режиме сварки, контроль параметров работы узлов комплекса на предмет возникновения аварийных ситуаций (рис. 4). связь между источниками питания происходит через шины по протоколу CAN bus. алгоритм последовательности включения компонентов комплекса оборудования использует сигналы обратной связи по току и напряжению, которые генерируют источники питания. типичный алгоритм для процесса гибридной плазменно-дуговой сварки плавящимся электро- дом выглядит следующим образом: при подаче питания на источники сварочного тока генери- руются сигналы «готовность к работе» и они поступают на контролер системы управления. при отсутствии сигнала дальнейший процесс включения блокируется. при подаче коман- ды «пуск сварки» сигнал проходит по шине на источник питания дуги с плавящимся электро- дом, после чего выполняется его поджиг. при наличии дуги с плавящимся электродом фор- мируется сигнал «основной ток» с источника питания плавящегося электрода на контроллер системы управления. при поступлении данно- го сигнала генерируется команда для плазмен- рис. 3. вах плазменного разряда в Plasma-MIG процессе (пунктирные линии) в сравнении с вах разряда плазмы без процесса MIG (сплошная линия) Роботизация и автоматизация - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА - ного модуля на поджиг дежурной дуги. после поджига дежурной дуги с временной задержкой генерируется сигнал на поджиг дуги на источ- нике питания плазменной составляющей. при возбуждении сжатой дуги неплавящегося элек- трода на источнике питания плазменной состав- ляющей генерируется сигнал «основной ток» и отправляется на контроллер системы управ- ления. после прохождения сигнала «основной ток» с источника питания плазменной состав- ляющей происходит пуск системы перемеще- ния горелки или детали с выбранной времен- ной задержкой. отсутствие или снятие во время процесса каждого из сигналов «основной ток» является сигналом для прекращения алгоритма включения источников питания и самого про- цесса гибридной плазменно-дуговой сварки плавящимся электродом. система осуществляет управление внешни- ми устройствами перемещения (сварочная колон- на, сварочный вращатель или другое устройство) или обеспечивает взаимодействие комплекса сва- рочных источников питания с контроллером сва- рочного робота и синхронизацию этапов цикла сварки с его действиями. основные технические характеристики оборудования роботизированного комплекса для гибридной плазменно-дуговой свар- ки (рис. 5) приведены ниже. Основные технические характеристики комплекса оборудования для гибридной плазменно-дуговой сварки напряжение трехфазной питающей сети переменного тока с частотой 50 гц, в ................................................... 400 (±15 %) рабочее напряжение на дуге плавящегося электрода, в ........................................................................0...50 рабочий ток дуги плавящегося электрода при гиб- ридной плазменно-дуговой сварке, а ..........................50...250 рабочее напряжение источника для плазменной сварки, в ...........................................................................15...34 пределы регулирования разнополярного ассимет- ричного тока, а ..............................................................10...350 пределы регулирования постоянного тока прямой и обратной полярности, а .............................................10...350 пределы регулирования длительности протекания тока при прямой полярности, % .....................................15...85 защитный газ ........................................................... Ar; Ar + He плазмообразующий газ в гибридной сварочной горелке... Ar давление рабочих газов на входе в источники пита- ния, мпа .........................................................................0,2...0,4 расходы газов, л/мин: защитного.......................................................................10...40 центрального ...................................................................1...10 плазмообразующего ..................................................0,1...10,0 диаметры присадочной и электродной проволок, мм ...................................................................1,2; 1,6 для связи с контроллером робота предусмотре- но использование шинного интерфейса, работаю- щего по протоколу CAN bus. задача взаимодей- ствия системы управления комплекса сварочного оборудования для гибридной плазменно-дуговой сварки плавящимся электродом и контроллером робота строится по принципу «Master – Slave». в качестве «Master» выступает контроллер робота. после включения системы управления комплек- са сварочного оборудования происходит опрос готовности к работе и исправности источников питания. при отсутствии сигналов о неполад- ке формируется сигнал «готов» и передается на контроллер робота. контроллер робота по коман- де «пуск сварки» выводит сварочную горелку в точку начала сварки и передает команду на кон- рис. 4. Блок-схема роботизированного комплекса гибридной плазменно-дуговой сварки Роботизация и автоматизация - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА - троллер системы управления комплексом свароч- ного оборудования для пуска алгоритма поджига дуги при гибридной плазменно-дуговой сварке. система управления запускает алгоритм под- жига гибридной дуги и после прохождения сиг- налов «основной ток», выдаваемых источника- ми питания при ее поджиге, генерирует сигнал для контроллера робота на начало перемещения сварочной горелки по программе, установлен- ной на контроллере робота. после достижения горелкой точки окончания сварки контроллер останавливает перемещение и выдает команду на контроллер системы управления комплек- сом сварочного оборудования на гашение ги- бридной дуги. контроллер системы управления выполняет отключения источников питания и плазменного модуля по установленному в нем алгоритму. после снятия сигнала «основной ток» источника питания плавящегося электрода и завершения цикла сварки передается сигнал на контроллер робота для возращения свароч- ной горелки в исходную точку. данный алгоритм взаимодействия системы управления комплексом сварочного оборудо- вания для гибридной плазменно-дуговой свар- ки плавящимся электродом и котроллером сва- рочного робота дает возможность упростить процесс интегрирования сварочного оборудо- вания с роботами различных производителей. при этом функции контроля за перемещением сварочного инструмента берет на себя контрол- лер робота, он же выдает команды для системы управления комплексом сварочного оборудова- ния на поджиг и гашение сварочной дуги при гибридной плазменно-дуговой сварке. для формирования качественных швов создана сварочная горелка с узлом дополнительной газо- вой защиты (рис. 6). диаметры сменных плазмо- образующих сопел выбраны в пределах 6…10 мм. конструкция анода была составной, представля- ющей собой медный корпус с тугоплавкой (воль- фрамовой) вставкой. для подачи электродной проволоки в вольфраме выполнено отверстие. ра- бочее расстояние между плазмообразующим со- плом и свариваемым образцом должно составлять порядка 6,0 мм. Это расстояние выбрано из усло- вий существования (7) и (8), что обеспечивало из- менение длины вылета электрода (расстояния от токоподводящего наконечника для электродной проволоки до изделия) в диапазоне 16…18 мм. при этом достигается минимальное забрызгива- ние плазмообразующего и защитных сопел плаз- рис. 5. оборудование комплекса для роботизированной гибридной Plasma-MIG сварки: а — пульт управления комплексом для гибридной Plasma-MIG сварки; б — источники питания плазменной и дуговой составляющих с механизмами подачи проволо- ки; в — сварочная горелка в руке робота KR 60 HA фирмы KUKA (германия) Параметры режимов гибридной плазменно-дуговой сварки (Plasma-MIG) сталей и алюминиевых сплавов в защите аргона с использованием электродных проволок диаметром 1,6 мм марка стали или сплава толщина образца δ, мм скорость сварки, м/мин ток сжатой дуги, IPL,а напряжение сжатой дуги UPL, в расход плаз- мообразую- щего газа QPL, л/мин ток дуги плавящегося электрода IMIG,а напряжение дуги плавяще- гося электрода UMIG, в скорость подачи электродной проволоки, vпр, м/мин SUS304 12,0 0,25 240 39 7 300 28 7,5 сталь 20 10,0 0,25 200 37 6 240 28 8,0 5083 8,0 0,4 168 23 5 213 23 7,0 1561 5,0 0,6 115 26 5 165 18 7,6 Роботизация и автоматизация - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА - мотрона при гибридной плазменно-дуговой сварке. для отработки технологии роботизированной гибридной плазменно-дуговой сварки конструк- ций из сталей и алюминиевых сплавов толщи- ной 5...12 мм были подготовлены образцы стыко- вых соединений размером 400×200×δ мм из стали SUS304 (δ = 12 мм), стали 20 (δ = 10 мм) и алю- миниевых сплавов 5083 (δ = 8,0 мм) и 1561 (δ = = 8,0 мм). сварку выполняли без разделки кро- рис. 6. внешний вид (а) и схема (б) горелки для роботизированной гибридной плазменно-дуговой сварки с дополнительным защитным соплом рис. 7. стыковое соединение стали SUS304 (δ = 12 мм), полученное гибридной Plasma-MIG сваркой на созданном роботизи- рованном комплексе: а — верхний валик; б — нижний валик рис. 8. стыковое соединение стали 20 (δ = 10 мм), полученное гибридной Plasma-MIG сваркой на роботизированном ком- плексе: а — верхний валик; б — нижний валик Роботизация и автоматизация - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА - мок. для формирования корневой части шва ис- пользовали удаляющиеся подкладки: для сталей — медные, водоохлаждаемые, с размером канавки 4×1,5 мм; для алюминиевых сплавов — из немаг- нитной аустенитной стали с размерами канавок 8×3,0 и 6×2,0 мм. критерием окончательного вы- бора режима сварки являлось качественное фор- мирование шва (рис. 7–10). для определения на- личия либо отсутствия внутренних пор полученные образцы подвергали рентгеновскому контролю. в результате были определены режимы роботизиро- ванной гибридной плазменно-дуговой сварки пла- вящимся электродом, позволяющие получать каче- ственные сварные соединения (таблица). при импульсно-дуговой сварке плавящимся электродом сварочный ток прямо пропорциона- лен скорости подачи электродной проволоки. Это вызывает в некоторых случаях необходимость вы- полнения разделки кромок с целью размещения расплавленного электродного металла. при ги- бридной плазменно-дуговой сварке плавящимся электродом с коаксиальной подачей электродной проволоки за счет подбора соотношения между энергией сжатой дуги неплавящегося электрода и энергией дуги с плавящимся электродом можно уменьшать скорость подачи электродной проволо- ки до значений, необходимых для формирования геометрии проплава и выпуклости шва согласно требований нормативных документов. при при- менении разработанной технологии нет необхо- димости в разделке кромок швов для сварки кон- струкций из сталей и алюминиевых сплавов с толщиной стенок 5...12 мм. кроме того, как пока- зало сравнение получаемых результатов с резуль- татами дуговой сварки плавящимся электродом, ширина швов и усиление при гибридной плазмен- но-дуговой сварке уменьшается до 40 %. еще одним результатом сравнения роботизиро- ванного гибридного плазменно-дугового процесса с процессами плазменной и MIG/MAG сварки яв- ляется определение возможности повышения ско- рости сварки на 25...40 %. при этом за счет повы- шения скорости сварки и уменьшения количества наплавленного электродного металла снижается уровень продольных и поперечных деформаций. так для сплава 1561 при одних и тех же значени- рис. 9. стыковое соединение сплава 1561 (δ=5 мм), полученное гибридной Plasma-MIG сваркой на созданном роботизирован- ном комплексе: а — верхний валик; б — нижний валик рис. 10. стыковое соединение сплава 5083 (δ = 8 мм), полученное гибридной Plasma-MIG сваркой на роботизированном ком- плексе: а — верхний валик; б — нижний валик Роботизация и автоматизация 81 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА - ях скорости сварки уровень продольного прогиба образца при гибридной плазменно-дуговой сварке уменьшается в 3 раза по сравнению с образцом, выполненным импульсно-дуговой сваркой плавя- щимся электродом. Выводы 1. на основании результатов, полученных при мо- делировании процесса гибридной плазменно-ду- говой сварки плавящимся электродом с коакси- альной подачей электродной проволоки, создано оборудование и разработаны базовые технологи- ческие процессы для роботизированной сварки конструкций из сталей и алюминиевых сплавов с толщиной стенки 5...12 мм. 2. разработанная система управления ком- плексом позволяет синхронизировать функ- ционирование двух сварочных источников и вспомогательного оборудования с действиями ан- тропоморфного промышленного робота для реа- лизации процесса гибридной плазменно-дуговой сварки плавящимся электродом. 3. применение созданного роботизированного комплекса гибридной плазменно-дуговой сварки и разработанного процесса сварки сталей и алю- миниевых сплавов толщиной 5...12 мм позволяет повысить скорость сварки на 25…40 % по срав- нению с импульсно-дуговой сваркой плавящимся электродом, уменьшить на 40 % количество элек- тродной проволоки, необходимой для формирова- ния сварного соединения согласно нормативным документам, а также снизить уровень остаточных сварочных деформаций сваренных изделий. Работа выполнена при поддержке программы Государственного управления иностранных экспер- тов № WQ20124400119 «1000 талантов» (КНР), Инновационной исследовательской команды провин- ции Гуандун (КНР) № 201101C0104901263, Проекта Академии наук провинции Гуандун (КНР) «Сapacity – building of innovation – driven development for spe- cial fund projects» 2017GDASCX-0411; Проектов провинции Гуандун (КНР) № 2015A050502039 и № 2016B050501002. Список литературы 1. схиртладзе а. г., Бочкарев с. в., Лыков а. н., Борискин в. п. (2013) Автоматизация технологических процессов. москва, ооо «тнт». 2. водовозов в. м., мядзель в. н., рассудов Л. н. (1986) Роботы в судокорпусных производствах (Управление, обучение, алгоритмизация). москва, судостроение. 3. овчинников в. в. (2012) Оборудование, механизация и автоматизация сварочных процессов. Практикум. мо- сква, академия. 4. Essers W. G., Jelmorini G. (1975) Method of plas- ma-MIG-welding. U.S. Philips Corporation, New York, NY, USA, пат. US3891824. 5. Essers W. G., Liefkens A. C. (1972) Plasma-MIG welding developed by Philips. Machinery and Production Engineer- ing, 12, 632–633. 6. Essers W. G., Willemes G. A. (1984) Plasma-MIG – schwei- ben von Aluminium aufragschweiben und Zweielektadens- schweiben, von autahl. DVS-Berichte, 90, 9–14. 7. дедюх р. и. (2014) особенности процесса плазменной сварки плавящимся электродом (обзор). Сварочное про- изводство, 5, 34–39. 8. Tao Yang, Hongming Gao, Shenghu Zhang et al. (2013) The study on plasma-MIG hybrid arc behaviour and droplet trans- fer for mild steel welding. Rev. Adv. Mater. Sci., 33, 459–464. 9. Sydorets V. N., Zhernosekov A. M. (2004) Numerical simu- lation of the system of power source–consumable-electrode arc. The Paton Welding J., 12, 9–15. 10. Korzhyk V., Grynuk A., Khaskin V., Babych O. (2016) The Hybrid Plasma-Arc Welding of Thin-Walled Panels Made of Aluminum Alloy. First Independent Sci. J., 12-13, 28–36. 11. Ton H. (1975) Physical Properties of the Plasma-MIG Weld- ing Arc. J. Phys. D. Appl. Phys., 8, 922–933. 12. Hertel M., Fűssel U., Schnick M. (2014) Numerical Simula- tion of the Plasma-MIG Process – Interactions of the Arcs, Droplet Detachment and Weld Pool Formation. Welding in the World, 58, 85–92. 13. Yang T., Xu K., Liu Y. et al. (2013) Analysis on Arc Charac- teristics of Plasma-MIG Hybrid Arc Welding. Trans. of the China Welding Ins., 34(5), 62–66. 14. Kornienko A. N., Makarenko N. A., Granovskij A. V., Kon- drashov K. (2001) A Universal Source for Plasma-MIG Sur- facing and Welding. Svarochnoe proizvodstvo, 9, 25–26. 15. Oliveira M. A. de., Dutra J. C. (2007) Electrical Model for the Plasma-MIG Hybrid Welding Process. Welding & Cut- ting, 6(6), 324–328. 16. Pentegov I. V., Sidorets V. N. (1990) Energy Parameters in a Mathematical Model of a Dynamic Welding Arc. Welding International, 4(4), 272–275. 17. Pentegov I. V., Sydorets V. N. (2015) Comparative Analysis of Models of Dynamic Welding Arc. The Paton Welding J., 12, 45–48. 18. Pentegov I. V., Sydorets V. N. (1991) Quasistatic and Dy- namic Volt-Ampere Characteristics and Time Constant of Blown and Moving Arcs. The Paton Welding J., 3, 361–364. 19. Gao H.-M., Bai Y., Wu L. (2008) Comparison between Plas- ma-MIG and MIG Procedures on 5A06 Aluminum Alloy. Mat. Sci. Forum, 575-578, 1382–1388. 20. Matthes K.-J., Kohler T. (2002) Electrical Effects and In- fluencing Quantities in the Case of the Hybrid Plasma-MIG Welding Process. Welding & Cutting, 2, 87–90. в. м. коржик1,2, в. м. сидорець1,2, Шангуо хан1, о. а. Бабіч1,2, а. а. гринюк2,3, в. Ю. хаскін1,2 1гуандунський Інститут зварювання (китайсько-український інститут зварювання ім. Є. о. патона). 510650, китай, гуанчжоу, тянхе, вул. чапгкинг, 363. 2Іез ім. Є. о. патона нан України. 03680, м. київ-150, вул. казимира малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua 3нтУУ «кпІ ім. Ігора сікорського». 03056, м. київ, просп. перемоги, 37 створення роБотизованого компЛексУ дЛя гІБридного пЛазмово-дУгового зварЮвання тонкостІнних констрУкцІй метою даної роботи є створення комплексу обладнання та технології гібридного плазмово-дугового зварювання плав- ким електродом з коаксіальною подачею дроту для конструк- Роботизация и автоматизация 82 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА - цій із сталей і алюмінієвих сплавів товщиною 5...12 мм з використанням промислових роботів. математичне моделю- вання процесів в дузі при гібридному плазмово-дуговому зва- рюванні стало основою вибору параметрів режиму зварюван- ня з урахуванням взаємного впливу стовпа стислої дуги, що не плавиться і дуги з плавким електродом, дозволила сформу- лювати технічні вимоги до джерел живлення зварювального струму. на підставі математичного і фізичного моделюван- ня процесу гібридного зварювання створений комплекс об- ладнання і базові технологічні процеси для роботизованого зварювання тонкостінних конструкцій із сталей і алюмініє- вих сплавів. розроблена система управління комплексом до- зволила синхронізувати функціонування двох зварювальних джерел і допоміжного обладнання із застосуванням антропо- морфного промислового робота для реалізації сталого проце- су гібридного плазмово-дугового зварювання плавким елек- тродом. застосування даного процесу зварювання дозволило зменшити витрату електродного металу на 40 % в порівнянні з імпульсно-дуговим зварюванням плавким електродом при порівнянних швидкостях. при цьому рівень поздовжніх про- гинів зварних зразків при використанні гібридного процесу був у 3 рази меншим в порівнянні з процесом зварювання ім- пульсною дугою з плавким электродом. Бібліогр. 20, табл. 1, рис. 10. Ключові слова: роботизований комплекс, плазма, дуга з плав- ким електродом, гібридний процес, сплави алюмінія, сталі, режими зварювання, якість з’єднань поступила в редакцию 11.05.2017 диссертация на соискание Ученой степени Е. В. Кудинова (Приазовский государственный технический университет) защитила в специ- ализированном совете нтУУ «кпи им. игоря сикорского» 19 декабря 2016 г. кандидатскую диссертацию на тему «синтез ультрадисперсных модифицированных слоев на твердых сплавах плазменной обработкой». в диссертации разработана математическая модель оптимального управления процессом плазменного поверхностного модифицирования твердосплавного инструмента и инженерная ме- тодика расчета оптимальных режимов обработ- ки, основанная на решении уравнения теплопро- водности, которая позволяет решать как прямую задачу — вычисление Ттах и W при заданных ус- ловиях обработки, так и обратную задачу — вы- числение требуемых (оптимальных) режимов плазменной обработки (I, q, V). с использовани- ем разработанной математической модели вы- полнены расчеты параметров термического цик- ла плазменного нагрева твердосплавных пластин. исследованы механизмы структурных преобразо- ваний в инструментальных твердых сплавах при плазменном поверхностном модифицировании. выявлены закономерности структурных превра- щений в твердых сплавах при нагреве высоко- концентрированной плазменной струей. Установ- лено, что максимальный эффект упрочнения для сплавов типа тк и вк (HV~1700) достигается при плазменной обработке без оплавления компози- ции с превращениями в карбидах и связке. разра- ботана методика испытаний и исследованы тре- щиностойкость, механизмы разрушения и износа инструментальных твердых сплавов с поверх- ностным модифицированным слоем. Установле- но, что плазменное модифицирование приводит к повышению трещиностойкости твердых спла- вов на 20 % в сравнении с исходным состоянием, дополнительным фактором повышения трещи- ностойкости модифицированных твердых спла- вов является рассеяние энергии разрушения бла- годаря образованию мезоструктурных ансамблей. разработано технологическое оборудование для проведения плазменной обработки, позволяющее осуществлять закрепление твердосплавных пла- стин разной формы, осуществление обработки под разным углом наклона и на разной удаленно- сти от источника нагрева. разработаны технологи- ческие процессы плазменного модифицирования режущего инструмента из твердых сплавов. раз- работана структурная схема синтеза модифициро- ванных слоев на твердосплавном инструменте по- сле плазменного модифицирования. разработаны рекомендации по выбору оптимального размеще- ния модифицированной зоны на твердосплавных пластинах. проведены стойкостные исследова- ния твердосплавных пластин после плазменного модифицирования. Установлено, что после плаз- менного модифицирования стойкость твердос- плавного инструмента повышается в 2,5...3,0 раза. металлографические исследования материала ре- жущей кромки после резания показали, что износ становится более равномерным, уменьшается ко- личество микросколов и выкрашиваний.

Создание роботизированного комплекса для гибридной плазменно-дуговой сварки тонкостенных конструкций

Репозитарії

Схожі ресурси