Влияние частоты поперечного магнитного поля на производительность расплавления электродной проволоки при дуговой наплавке под флюсом

ВІСНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ 2014р. Серія: Технічні науки Вип. 28

ISSN 2225-6733

Выводы

На основе аналогии между строением магнитного поля и электростатическим полем разработана методика, обеспечивающая хорошую сходимость данных расчета с экспериментальными данными для магнитного поля, генерируемого УВ ПОМП.

Список использованных источников:

1. Устройства ввода поперечного магнитного поля для процессов дуговой сварки и наплавки (обзор) / А.Д. Размышляев [и др.] // Автоматическая сварка. - 2013. - №1. - С. 1-5.

2. Бессонов A.A. Теоретические основы электротехники. Электромагнитное поле / A.A. Бессонов. - М.: Высшая школа, 1986. - 263 с.

Bibliography:

1. Input of transversal magnetic field units for the processes of arc welding and submerged-arc

2. Bessonov L.A. Theory of electrical engineering. Electromagnetic field / L.A. Bessonov. - M: Vysshaya shkola, 1986. - 263 p.

Рецензент: В.В. Чигарев

д-р техн. наук, проф., ГВУЗ «ПГТУ»

Статья поступила 26.03.2014

УДК 621.791.927.5

© Размышляев А.Д.1, Ярмонов С.В.2, Выдмыш П.А.3

ВЛИЯНИЕ ЧАСТОТЫ ПОПЕРЕЧНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ РАСПЛАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДНОЙ ПРОВОЛОКИ ПРИ ДУГОВОЙ НАПЛАВКЕ ПОД ФЛЮСОМ

Исследована производительность процесса расплавления электродной проволоки при дуговой наплавке под флюсом на обратной полярности в поперечном магнитном поле (ПОМП) в диапазоне частот 0,5...50 Гц. Показано, что максимальное повышение коэффициента расплавления проволоки (ар) происходит при наплавке с воздействием постоянного магнитного поля. Эффект влияния снижается при увеличении частоты до 12 Гц, практически не изменяется при увеличении частоты поля до 25 Гц и незначительно увеличивается при дальнейшем увеличении частоты поля до 50 Гц. Максимальное повышение ар проволок составляет 30 ... 35 % при величине поперечной составляющей индукции 30 мТл постоянного ПОМП.

Ключевые слова: дуговая наплавка, поперечное магнитное поле, индукция магнитного поля.

Размишляєв О.Д., Ярмонов С.В., Видмиш П.О. Вплив частоти поперечного магнітного поля на продуктивність розплавлення електродного дроту при дуговому наплавленні під флюсом. Досліджено продуктивність процесу розплавлення електродного дроту при дуговому наплавленні під флюсом на зворотній полярності в поперечному магнітному полі (ПОМП) в діапазоні частот 0,5...50 Гц. Показано, що максимальне підвищення коефіцієнта розплавлення дроту (ар) відбувається при наплавленні з впливом постійного магнітного поля. Ефект впливу знижується при збільшенні частоти до 12 Гц, практично не змінюється при збільшенні часто-

1 д-р техн. наук, профессор ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет», г. Мариуполь

2 аспирант, ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет», г. Мариуполь

3 аспирант, ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет», г. Мариуполь

ВІСНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ 2014р. Серія: Технічні науки Вип. 28

ISSN 2225-6733

ти поля до 25 Гц і незначно збільшується при подальшому збільшенні частоти поля до 50 Гц Максимальне підвищення ар дротів становить 30 ...35 % при величині поперечної складової індукції 30 мТл постійного ПОМП.

Ключові слова: дугове наплавлення, поперечне магнітне поле, індукція магнітного поля.

O.D. Razmyshlyaev, S. V. Yarmonov, P. O. Vydmish. Influence of the frequency of transverse magnetic field upon productivity of electrode wire melting at submerged arc surface deposition. Analyzed was the efficiency of the process of electrode wire melting at submerged arc surface deposition at reverse polarity in transverse magnetic filed(TMF)within 0.5-50Hz frequency range. It was proved that the highest increase in coefficient of wire meltingfij,) was observed at deposition under the influence of constant magnetic field. The effect of such influence was lowered after frequency increase up to 12Hz, it remained practically unchanged, following the increase up to 25 Hz, and was but slightly raised following field frequency increase up to 50 Hz. The highest increase of the wires ар was 30....35 %, the value of transverse constituent induction being 30 mTp of the constant TMF.

Key words: arc surface deposition, transverse magnetic field, magnetic field induction.

Постановка проблемы. При дуговой сварке и наплавке проволокой под флюсом важной проблемой является повышения производительности процесса расплавления электродного металла.

Анализ последних исследований и публикаций. Влияние поперечного магнитного поля

(ПОМП) на коэффициент расплавления проволоки (ар) диаметром 1,8__2.0 мм при наплавке

под флюсом впервые рассмотрено работе [1]. В этой работе установлено, что воздействие ПОМП приводит к незначительному увеличению коэффициента расплавления электродной проволоки (ар), а именно с 11,7 до 12,2 г/А-ч. При наплавке под флюсом обычно применяют электродные проволоки диаметром 3_5 мм. В работе [2] исследовали влияние ПОМП на ар электродных проволок диаметром 3_5 мм. Показано, что при дуговой наплавке под флюсом увеличение индукции в зоне под торцом электрода как постоянного, так и переменного частотой 50 Гц ПОМП повышает коэффициент расплавления проволок из ферромагнитных и немагнитных материалов в одинаковой степени. Данные о влиянии ПОМП в диапазоне частот до 50 Гц на ар электродных проволок диаметром 3_5 мм в настоящее время отсутствуют. Эти данные необходимы с целью достижения максимальной производительности дуговой наплавки под флюсом.

Цель статьи - определение влияния частоты ПОМП на коэффициент расплавления электродной проволоки при дуговой наплавке под флюсом.

Изложение основного материала. Для создания управляющего ПОМП разработано устройство, схема которого приведена на рис. 1.

Устройство представляет собой магнитопровод (4), состоящий из трёх участков. Два наклонных участка, на которых размещены катушки (7), а также горизонтальный участок, соединенный с наклонными с помощью болтовых соединений (8). Магнитопровод собран из пластин электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Сечение набора 30 мм *20 мм. Две катушки выполнены двухслойно из медного изолированного провода диаметром 2 мм. Количество витков одной катушки составляло W = 70. Устройство, генерирующее ПОМП, крепилось к сварочному автомату типа АДС - 1002 с помощью хомутов. При этом магнитопровод (4) изолировался от автомата изолятором (5). Автомат позволял изменять параметр Н (вылет электрода), т.е. расстояние между токоподводящими губками (2) и пластиной (6), а также h - расстояние от торцов магнитопровода (4) до поверхности пластины. Электродная проволока (1) проходила через мундштук (3). На рис. 1 приведена также система координат, принятая для исследования магнитного поля. При этом начало координат располагалось на поверхности пластины под осью электрода.

Для создания ПОМП в катушках устройства пропускался постоянный ток от сварочного выпрямителя типа ВСЖ-303, переменный ток от сварочного трансформатора типа ТМ-402 и от источника УЭМП - 1 для создания ПОМП частотой до 12 Гц (включительно). Измерения ком-

ВІСНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ 2014р. Серія: Технічні науки Вип. 28

ISSN 2225-6733

понент индукции Вх и Bz выполняли универсальным тесламетром 43205 с датчиком Холла с измерительной базой 0,9*0,9 мм. Измерения проводились при Z = 0, Y = 0 в точках Х = 0; Х = 5 мм; Х = 10 мм; Х = 15 мм; Х = 20 мм. Расстояние от торца электрода до поверхности пластины А выдерживали постоянным (А = 5 мм). При этом величина вылета электрода была равна Н = 25 мм (и размер h = 25 мм), а расстояние между нижними торцами магнитопровода по горизонтали а = 35 мм. В исследованиях индукции магнитного поля использовались проволоки Св-08ГА и Св-12Х18Н10Т диаметром 3, 4 и 5мм, а в качестве основного металла-пластины из стали Ст.12Х18Н10Т.

Рис. 1 - Схема устройства для создания ПОМП: 1 - электродная проволока; 2 - токоподводящие губки; 3 - мундштук; 4 - магнитопровод; 5 - изолятор; 6 - изделие (пластина); 7 - катушки; 8 - болтовые соединения

Было установлено, что значения индукций Bz, Вх практически линейно возрастают (во всех точках вдоль оси ОХ) при увеличении тока в катушках устройства, генерирующего ПОМП. При токе в катушках Ік = 60 А в зоне под торцем электрода уровень индукции Вх составлял 30...40 мТл, который достаточен для управления переносом капель электродного металла. Компонента индукции Bz в зоне под торцом электрода была весьма незначительной, порядка 2.3 мТл.

Влияние ПОМП на коэффициент расплавления электродного металла (ар) при дуговой наплавке определяли по стандартной методике (методом взвешивания).

Экспериментальные наплавки выполняли автоматом АДС-1002 с независимой от напряжения дуги скоростью подачи электрода от выпрямителя ВДУ-1202 (с падающей внешней характеристикой) на обратной полярности на пластины из стали Ст. 12Х18Н10Т проволоками Св-08ГА под флюсом АН-348А и под флюсом АН-26П при наплавке проволоками Св-12Х18Н10Т. Наплавки выполняли с воздействием и без воздействия ПОМП. Запись параметров режима наплавки (IH, Ud) осуществляли самопишущими приборами типа Н 390. Во всех экспериментах параметры режима наплавки без воздействия ПОМП устанавливались предварительно по стрелочным приборам и они составляли: для d, = 3 мм - IH = 340 ... 350 А; d, = 4мм: - IH = 460 ... 480 А; d, = 5мм: IH = 700 ... 720 А (при одинаковых значениях напряжения дуги Ud = 30 ... 32 В и скорости наплавки VH = 27 м/ч). Поскольку при включении ПОМП ток наплавки уменьшался, то в этом случае увеличивали скорость подачи электродной проволоки, чтобы напряжение дуги находилось в пределах Ud = 30 ... 32 В. Продолжительность процесса наплавки составляла не менее 30 с. На каждом режиме выполняли по 3 наплавки.

Установлено, при наплавке без воздействия ПОМП коэффициент расплавления электродного металла (ар) всех указанных диаметров проволок Св-08ГА при указанных параметрах

ВІСНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ 2014р. Серія: Технічні науки Вип. 28

ISSN 2225-6733

режима наплавки составлял 12,5 г/(А-ч), а проволок Св-12Х18Н10Т 13,2 г/(А-ч), При этом ар электродов из ферромагнитного материала (Св-08ГА) и немагнитного материал (Св-12Х18Н10Т) повышался практически в одинаковой степени при увеличении индукции как постоянного, так и переменного частотой 50 Гц ПОМП. Данные об относительном повышении значений ар проволок при наплавке с воздействием ПОМП по отношению к значениям ар проволок при наплавке без ПОМП (А ар/ар) приведены на рис. 2.

Рис. 2 - Влияние частоты ПОМП на повышение коэффициента расплавления электродных проволок А ар/ар (Ud = 30 ... 32 В; VH = 27 м/ч): 1 - d.^ = 3 мм, 1н = 340...350 А; 2 - dэ = 4 мм, IH = 460.480 А; 3 - dэ = 5 мм, IH = 700.720 А

Указанные изменения показателя А ар/ар при частотах ПОМП до12 Гц можно объяснить тем, что источник УЭМП - 1 при частоте до 12 Гц генерирует знаокопеременные прямоугольные импульсы с постоянным (неизменным) временем переключения полярности импульсов, составлявшим 0,02 с. При увеличении частоты ПОМП до12 Гц по отношению к длительности импульсов возрастает относительное время пауз, что снижает эффективность повышения ар электродных проволок. При воздействии ПОМП промышленной частоты (50 Гц) переключение полярности импульсов происходит без временных пауз, что более эффективно сказывается на повышении показателя А ар/ар . По всей видимости при уровне индукции ПОМП 30 мТл для удаления капли с торца электрода достаточен импульс длительностью 0,01 с (то есть, длительностью полупериода частоты 50 Гц). В связи с этим можно предположить, что при увеличении длительности пауз знакопеременного ПОМП эффект повышения ар электродных проволок при дуговой наплавке будет уменьшаться. Однако, этот вопрос требует дальнейшего изучения.

Следует отметить, что процесс наплавки проволокой под флюсом с воздействием ПОМП позволяет уменьшить затраты электроэнергии на наплавку до 30.35 %, т. е. является энергосберегающим процессом.

Выводы

1. При дуговой наплавке под флюсом увеличение индукции в зоне под торцом электрода как постоянного, так и переменного ПОМП частотой от 0,5 до 50 Гц повышает коэффициент расплавления проволок из ферромагнитных и немагнитных материалов в одинаковой сте-

ВІСНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ 2014р. Серія: Технічні науки Вип. 28

ISSN 2225-6733

пени.

2. Максимальное относительное повышение ар проволок диаметрами 3, 4, 5 мм при наплавке с уровнем индукции Вх = 30 мТл постоянного ПОМП составляет соответственно: 30, 32, 35 %. При воздействии знакопеременного ПОМП частотой от 0,5 до 12 Гц показатель А ар/ар уменьшается, стабилизируясь при частоте 25 Гц, составляя соответственно значения 23, 27, 29 %, и повышается при увеличении частоты до 50 Гц до значений 25, 29, 32 %.

Список использованных источников:

1. Влияние внешнего электромагнитного поля на скорость плавления электродной проволоки при автоматической наплавке под флюсом / П.А. Иофинов [и др.] // Сварочное производство. - 1991. - № 1. - C. 34-35.

2. Производительность расплавления электродной проволоки при дуговой наплавке под флюсом с воздействием поперечного магнитного поля / А.Д. Размышляев [и др.] // Автоматическая сварка. - 2011. - № 5. - С. 48-51.

Bibliography:

1. The influence of an external electromagnetic field on the rate of melting of the electrode wire for automatic submerged arc surfacing / P.A. Iofinov [and other] // Svarochnoe proizvodstvo. -1991. - № 1. - P. 34-35.

2. Electrode wire melting productivity of at arc surfacing under a flux with transversal magnetic field influence / A.D. Razmyshljaev [and other] // Avtomaticheskaya svarka. - 2011. - № 5. - P. 48-51.

Рецензент: В.А. Роянов

д-р техн. наук, проф., ГВУЗ «ПГТУ»

Статья поступила 19.02.2014