МИКРО ПЛАЗМЕННАЯ СВАРКА

ВЫЧИСЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СТОЛБА ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ДУГИ

Ранее известные численные решения уравнения (1.3) выполня­лись, как правило, при значительных упрощениях. В ряде работ принималось, что коэффициент теплопроводности X не зависит от температуры. В других работах зїа зависимость задавалась в виде степенной функции. Причем во всех случаях решение выполнялось без учета электронной компоненты теплопровод­ности плазмы.

Численное решение уравнения баланса энергии (1.3) в на­стоящем изложении выполнено [15] с учетом электронной и атомной теплопроводностей плазмы как функций температуры, а также с учетом электрон-атомиых и электрон-иошшх взаимо­действий при вычислении электропроводности плазмы. При этом в соответствии с результатами анализа экспериментальных дан­ных и постановки по уравнению (1.3) вариационной задачи на отыскание минимума энергии столба дуги значение напря­женности электрического поля принималось не зависящим от координаты г в любом поперечном сечении столба.

Решение уравнения (1.3) проводилось методом Рунге— Кутта

с/7*

на ЭВМ «Минск-22 Л1!». Для заданных граничных условий =0

и — То, параметров среды и тока дуги вычислялись ра­

диальные распределения температуры Т (г)/Т0, плотности тока / (г)//о, а также значение напряженности электрического поля Е. Здесь То — температура, /о—плотность тока на оси столба. Вы-

Та б ли ц а 2

г, мм

Т(г)/Т0

ІШо

Гу мм

Т іг)/Ть

/ (')//•

0,00

1,00000

1,00000

1,20

0,85666

0,36363

0,10

0,99900

0,99484

1,30

0,83288

0,28820

0,20

0,99601

0,97940

1,40

0,80796

0,22027

0,30

0,99101

0,95373

1,50

0,78222

0,16193

0,40

0,98400

0,91798

1,60

0,75599

0,11427

0,50

0,97497

0,87243

1,70

0,72956

0,07728

0,60

0,96392

0,81750

1,80

0,70322

0,05002

0,70

0,95084

0,75408

1,90

0,67716

0,03092

0,80

0.93576

0,68315

2,00

0,65152

0,01826

0,90

0,91871

0,606 32

2,10

0,62639

0,01026

1,00

0,89977

0,52568

2,20

0,60179

0,00546

1,10

0,87903

0,443 80

Примечай ие. Исходные данные: /д — 27.5 А; Vj 15.7 В; Г0 — 9700 К; (9700 К)™ —» L446 Вт/м-град. Результаты расчета: 1676 В/м, /выч **= 27,355 А.

численные значения температуры Т (г) сравнивались с законом нормального распределения

Т (г) = 7> ех р (—&2г2), (1.4)

где Ь2—функциональный коэффициент, зависящий от состава среды и режима горения дуги.

Все результаты вычислений выводились на печать в виде таблиц для г, Т (г)/Г0 и / (г)//0 в каждой строке через Дг = 0,1 мм В таблице печатались также исходные данные: V*, Го, х и и некоторые результаты вычислений: £, 1ВЫЧ. Отметим, что зна­чение To = f(lp) задавалось в виде массива, заимствованного из экспериментальных данных. Типичная таблица для дуги, го­рящей в смеси 90%Аг+10%Н2, приведена выше (табл. 2). Из данных таблицы видно, что с увеличением координаты г плот­ность j (г) быстро падает. Температура же снижается медленнее, и в области, где j(r)/jo практически равно нулю, значение тем­пературы Т (г)/Го~0,61 -=-0,63.

Вычисления показали, что коэффициент Ь2 в исследованном диапазоне изменения г является практически постоянной вели­чиной. Это свидетельствует о том, что радиальное распределе­ние температуры достаточно хорошо описывается нормальным законом Гаусса, т. е. формулой (1.4).

Рис. 2.

Радиальное распределение температуры (/) и плотности тока (2) для смеси 90% Аг+ + Ю% Н2:

а — /д = S А,

= 11,5 А/мм2, b2 =*а 0,55 мм 2*

миг*2, с4 — 1,31мм““4, а2 =4,53 мм 2»

6 — /д = 22.5 А, /0 = 7 А/ММ*. Ь2 = 0,13 мм*-2,

= 0,696 вш 2, с* *= 0.172 мм о2 = 0.983 мм—2»

о— /д = 50 А, /о = 8,1 А/мм2. Ь2 =» 0,07 мм 2, с2 ^=*0,231 мм~2, <г4 = 0,068 мм о2 = 0,453 мм““2-

Типичные кривые распределения температуры и плотности тока для различных значений ток* дуги изображены на рис. 2. Там же в виде крестиков нанесены значения Т (г)Пq, вычислен­ные но уравнению (1.4). Плотность тока /(г)//о более сложно Умнисит от радиуса, но в большинстве случаев может быть опи­тна зависимостью типа

сУ)1

(1.5)

/ (О = /о ехр [— (аУ

где а и с — коэффициенты, определяющие степень сосредото­ченности тока дуги.

Значения / (г)//о» вычисленные согласно выражению (1.5), по­казаны точками. Легко видеть, что при соответствующем выборе

коэффициентов а и с4 результаты численного решения уравнения (1.3) хорошо могут быгь представлены аналитическими функ­циями.

Интегрирование выражения (1.5) позволяет установить связь между током дуги, плотностью тока на оси и коэффициентом сосредоточенности тока:

/д = 2% J Г І (г) dr О

(1.6)

71/о ъЕо Vl)

а

J2

а

где

af

а

(1.7)

а.

— коэффициент сосредоточенности тока эквивалентного гауссов­ского распределения (коэффициент контрагирования столба дуги),

/' (г) = /о exp (—а2/-*), (1.8)

/2 с

/ [ —гг І — сложная аналитическая функция, график которой изобра-

ai /

жен на рис. 3.

Рис. 3.

График функции, связывающий коэффициенты а о и с2.

11 1Г

)

О 0.4 Q8 І2 и

* Ї

Таким образом, выражение (L5) можно заменить эквивалент­ным нормальным распределением (1.8) с коэффициентом я2, ко­торый легко определить с помощью коэффициентов Cl и с и рис. 3. При этом нормальное распределение тем точнее описывает ис­
тинное распределение (1.5), чем меньше ток дуги. Коэффициент а2 ье зависит от координаты г. Из рис. 3 видно, что при с2 О коэффициент а2 а.

Замена формулы (1.6) выражением (1.8) приводит к неко­торой неточности в определении радиуса токового канала стол­ба. В центральной части столба распределение j(r) идет ниже (рис. 2, штриховая кривая) истинного (кривая 2), а у грани­цы— выше. В связи с этим условие /(/?)//0===0,005, опреде­ляющее границу токового канала при вычислении j(r) наЭВМ„ для гзуссовского распределения преобразуется в j(R)/j0^0y03~ -4-0,05. Поэтому условный радиус токового канала по формуле

(1.8) определяется как

(19>

а

С другой стороны, по значению температуры на границе то­кового канала из формулы (1-4) находим b2R2 — 0,5. Объединяя равенства относительно R2, получаем

д2^ (6-~7) Ь2У (1.10)

т. е. коэффициент контрагирования аг может быть определен через коэффициент температурного распределения b2.

Зависимость а2 = 7Ь2 — /(/д), вычисленная на ЭВМ для ду­ги, горящей в аргоне и смеси (90% Аг+,10% Н2), показана

Рис. 4.

Зависимость коэффициента контрагирования от тока дуги:

аргон: 2 — смссъ 90% Аг - f. 10% H*.

Рис. 5.

Зависимость напряженности электрического поля в столбе от тока дуги:

1 — аргон; 2 — смесь 90% Аг + 10% Н».

ВЫЧИСЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СТОЛБА ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ДУГИ

на рис. 4. С ростом тока коэффициент сосредоточенности пада­ет. Увеличение коэффициента теплопроводности газа Уа (на­пример, за счет добавки водорода к аргону) ьедет к увеличению ■коэффициента сосредоточенности тока, а следовательно, и к уве­личению степени сжатия дуги. Усиление сжатия столба вслед­ствие добавки водорода особень^ заметно в области малых токов. При больших токах кривые а2=}(1я) для различных значений Уа сходятся достаточно близко, что свидетельствует об ослаблении влияния среды на контрагирование дуги на боль­ших токах. При малых токах /д < 20 А можно управлять «фо­кусировкой» дуги, влияя на среду посредством коэффициента XG. Естественно заключить, что чем больше коэффициент теп­лопроводности газа, тем острее будет сфокусирована дуга. Это явление использовано пр. и разработке микроплазменной сварки металлов малых толщин.

Из формулы (1.6) видно, что для заданных значений /д, Vi, То напряженность электрического поля растет с увеличением коэффициента сосредоточенности тока. Поэтому коэффициент теплопроводности газа Уа существенно влияет на напряжен­ность электрического поля и на вольт-амперную характеристику E-f(I^) столба (рис. 5). С ростом Ха электрическое поле уве­личивается. Данная зависимость является иллюстрацией хоро­шо известного экспериментального факта, что всякое улучшение теплообмена между столбом дуги и окружающей средой ведет к рос і у напряженности электрического полм и сжатию дуги. При малых токах напряженность поля резко зависит как от со­става среды, так и от величины тока. С увеличением тока зави­симость E=f(In) ослабляется и, начиная с /Д=15-~20А, прак­тически не зависит от тока. Зависимость Е от состава среды •сохраняется: большему значению Хс соответствует более высо­кое значение поля Е. Эта закономерность также хорошо согла­суется с данными экспериментов. Следовательно, рассчитанная ъольт-амперная характеристика столба находится в хорошем соответствии с экспериментальной как по диапазону, так и по темпу. изменения переменной величины.

Изложенные расчеты позволяют получить радиальное рас­пределение температуры и плотности тока в столбе дуги, вы­числить напряженность электрического поля и коэффициент сосредоточенности тока в зависимости от свойств среды и тока дуги. Результаты расчетов хорошо согласуются с эксперимен­тальными данными. Таким образом, изменяя теплофизические свойства среды, можно управлять энергетическими параметрами малоамперной дуги при сварке.

Способ получения сжатой дуги и ее применение

МИКРО ПЛАЗМЕННАЯ СВАРКА

Маска для сварки как выбрать?

Сварочные работы представляют собой определенную опасность, поскольку в процессе сварки велика вероятность отравления вредными газами. А так же различных повреждений глаз, связанных с инфракрасным, ультрафиолетовым и тепловыми излучениями. Для того, …

Станки Sato Satronik FB 3000 и Hezinger PlasmaCut Modell HPOV1530: бойцы промышленного фронта

Плазменная резка для промышленности сейчас такое же привычное явление, как сотовый телефон в руках обычного человека. В нашем обзоре мы расскажем о двух разных моделях плазменных станков: Sato Satronik FB 3000 и Hezinger PlasmaCut Modell HPOV1530

Преимущества и недостатки инверторной сварки

Современные сварщики уже практически отказались от использования громоздких и неудобных сварочных трансформаторов в пользу более современных и технологичных сварочных инверторов. Давайте попытаемся разораться почему данные аппараты стали так популярны

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.