Eng
Ukr
Rus
Печать
2017 №03 (02) DOI of Article
10.15407/as2017.03.03
2017 №03 (04)

Автоматическая сварка 2017 #03
Автоматическая сварка, № 3, 2017, с. 20-30
 
Силовое взаимодействие тока дуги с собственным магнитным полем
 
Авторы
В. Ф. Демченко1, И. В. Кривцун1, И. В. Крикент2, И. В. Шуба1
1ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины. 03680, г. Киев-150, ул. Казимира Малевича, 11. Е-mail: office@paton.kiev.ua
2Днепровский гос. техн. ун-т. 51918, г. Каменское, ул. Днепростроевская, 2
 
Реферат
Проведен детальный теоретический анализ силового взаимодействия сварочного тока с собственным магнитным полем в условиях дуговой сварки неплавящимся электродом. Электромагнитная сила (сила Лоренца) представляется в виде суммы вихревой и потенциальной сил, из которых лишь вихревая составляющая способна возбуждать движение плазмы или расплавленного металла. Под воздействием центростремительной вихревой силы в дуговой плазме и в металле сварочной ванны возникает магнитное давление, градиент которого создает магнитную силу, преимущественно направленную в аксиальном направлении. Величина этой силы тем больше, чем выше плотность тока в прианодной области сварочной дуги (на поверхности сварочной ванны). В зависимости от характера растекания электрического тока в столбе дуги рассматриваются три возможных сценария движения дуговой плазмы: по схеме прямого и обратного конуса, а также в виде двух вихрей, возбуждаемых сжатием токового канала в прикатодной и прианодной областях дуги. Изложенные теоретические положения иллюстрируются численными расчетами распределения магнитного давления и магнитной силы в плазме столба дуги и в металле сварочной ванны. Установлено, что контракция электрического тока на аноде интенсифицирует гидродинамические потоки расплавленного металла, а, следовательно, и конвективный перенос энергии от центральной зоны поверхности сварочной ванны к ее донной части, способствуя повышению проплавляющей способности дуги с тугоплавким катодом. Библиогр. 14, табл. 1, рис. 12.
 
Ключевые слова: дуговая сварка, неплавящийся электрод, расплавленный металл, гидродинамические потоки, ток дуги, магнитное поле, проплавляющая способность дуги
 
Поступила в редакцию 14.02.2017
Подписано в печать 23.02.2017
&

Читати реферат українською



СИЛОВА ВЗАЄМОДІЯ СТРУМУ ДУГИ З ВЛАСНИМ МАГНІТНИМ ПОЛЕМ
 
В. Ф. Демченко1, І. В. Крівцун1, І. В. Крикент2, І. В. Шуба1
1ІЕЗ ім. Є. О. Патона НАН України. 03680, м. Київ-150, вул. Казимира Малевича, 11. Е-mail: office@paton.kiev.ua
2Дніпровський держ. техн. ун-т. 51918, м. Кам’янське, вул. Дніпростроєвська, 2
 
Проведено детальний теоретичний аналіз силової взаємодії зварювального струму з власним магнітним полем в умовах дугового зварювання неплавким електродом. Електромагнітна сила (сила Лоренца) представляється у вигляді суми вихрової і потенційної сил, з яких лише вихрова складова здатна збуджувати рух плазми або розплавленого металу. Під впливом доцентрової вихрової сили в дуговій плазмі і в металі зварювальної ванни виникає магнітний тиск, градієнт якого створює магнітну силу, переважно спрямовану в аксіальному напрямі. Величина цієї сили тим більше, чим вище щільність струму в прианодній області зварювальної дуги (на поверхні зварювальної ванни). Залежно від характеру розтікання електричного струму в стовпі дуги розглядаються три можливі сценарії руху дугової плазми: за схемою прямого і зворотнього конуса, а також у вигляді двох вихорів, що збуджуються стискуванням струмового каналу в прикатодній і прианодній областях дуги. Викладені теоретичні положення ілюструються чисельними розрахунками розподілу магнітного тиску і магнітної сили в плазмі стовпа дуги і в металі зварювальної ванни. Встановлено, що контракція електричного струму на аноді інтенсифікує гідродинамічні потоки розплавленого металу, а, отже, і конвективне перенесення енергії від центральної зони поверхні зварювальної ванни до її донної частини, сприяючи підвищенню проплавляючої здатності дуги з тугоплавким катодом. Бібліогр. 14, табл. 1, рис. 12.
 
Ключові слова: дугове зварювання, неплавкий електрод, розплавлений метал, гідродинамічні потоки, струм дуги, магнітне поле, проплавляюча здатність дуги
 
  1. Hsu K. C., Etemadi K., Pfender E. Study of the free-burning high-intensity argon arc // J. of Appl. Phys. – 1983. – № 3(54). – P. 1293–1301.
  2. Hsu K. C., Pfender E. Two-temperature modeling of the free-burning high-intensity arc // Ibid. – 1983. – № 8(54). – P. 4359–4366.
  3. Fan H. G., Kovacevic R. A unified model of transport phenomena in gas metal arc welding including electrode, arc plasma and molten pool // J. Phys. D: Appl. Phys. – 2004.– 37. – P. 2531–2544.
  4. Computational simulation of arc melting process with complex interactions / H. Nishiyama et al. // ISIJ International. – 2006. – № 5(46). – P. 705–711.
  5. Hu. J., Tsai H. L. Heat and mass transfer in gas metal arc welding. Part I: The arc // Int. J. of Heat and Mass Transfer. – 2007. – 50. –P. 833–846.
  6. Hu. J., Tsai H. L. Heat and mass transfer in gas metal arc welding. Part II: The metal // Ibid. – 2007. – 50. –P. 808–820.
  7. Murphy Anthony B. A self-consisted three-dimensional model of the arc, electrode and weld pool in gas-metal arc welding // J. Phys. D: Appl. Phys. – 2011. – 44. – 194009 (11 pp).
  8. Plasma-weld pool interaction in tungsten inert-gas configuration / J. Mougenot et al. // Ibid. – 2013. – 46. – 135206 (14 pp).
  9. Крикент И.В., Кривцун И. В., Демченко В. Ф. Моделирование процессов тепло-, массо- и электропереноса в столбе и анодной области дуги с тугоплавким катодом // Автоматическая сварка. – 2012. – № 3. – С. 7–11.
  10. Кривцун И. В., Демченко В. Ф., Крикент И. В. Модель процессов тепло-, массо- и электропереноса в анодной области и столбе сварочной дуги с тугоплавким катодом // Там же. – 2010. – № 6. – С. 3–11.
  11. Рыкалин Н. Н. Расчеты тепловых процессов при сварке. – М.: Машгиз, 1951. – 296 с.
  12. Ющенко K. A., Коваленко Д. В., Коваленко И. В. Применение активаторов при дуговой сварке вольфрамовым электродом в инертных газах (А-ТИГ ) сталей и сплавов // Автоматическая сварка. – 2001. – № 7. –С. 37–43.
  13. Взаимодействие пучка излучения СО2-лазера с плазмой электричекой дуги при гибридной (лазер + ТИГ ) сварке / И. В. Кривцун и др. // Там же. – 2015. – № 3–4. – С. 7–16.
  14. Zhao J., Sun D., Hu S. Anode behavior of high frequency pulse TIG welding arc // Trans. China Weld. Inst. – 1992. – № 1(13). –P. 59–66.

>