Научная статья на тему 'ИССЛЕДОВАНИЕ УРОВНЯ ДОСТИГАЕМОЙ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА АРГОНОДУГОВОЙ СВАРКИ С УПРАВЛЯЕМЫМ ТЕПЛОВЛОЖЕНИЕМ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РЕЖИМОВ И УСЛОВИЙ СВАРКИ'

ИССЛЕДОВАНИЕ УРОВНЯ ДОСТИГАЕМОЙ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА АРГОНОДУГОВОЙ СВАРКИ С УПРАВЛЯЕМЫМ ТЕПЛОВЛОЖЕНИЕМ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РЕЖИМОВ И УСЛОВИЙ СВАРКИ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
22
7
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ДУГОВАЯ СВАРКА / ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ / УПРАВЛЕНИЕ ТЕПЛОВЛОЖЕНИЕМ / РЕЖИМЫ СВАРКИ / ARC WELDING / ENERGY EFFICIENCY / CONTROL HEAT INPUT / WELDING CONDITIONS

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Сидоров В.П., Смирнов И.В., Смирнова А.И., Добровольский В.Г., Архипкин Д.И.

В статье приведены рекомендации по оптимизации режимов аргонодуговой сварки с управляемым тепловложением для минимизации затрат электроэнергии на формирование единицы площади поперечного сечения сварного шва.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Сидоров В.П., Смирнов И.В., Смирнова А.И., Добровольский В.Г., Архипкин Д.И.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

STUDYING ACHIEVED LEVEL OF ENERGY EFFICIENCY OF TIG WELDING WITH CONTROLLED HEAT INPUT DEPENDING ON MODE AND WELDING CONDITIONS

The paper presents recommendations for optimization of TIG welding with controlled heat input to minimize electricity consumption for formation of a unit cross-sectional area of a weld.

Текст научной работы на тему «ИССЛЕДОВАНИЕ УРОВНЯ ДОСТИГАЕМОЙ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА АРГОНОДУГОВОЙ СВАРКИ С УПРАВЛЯЕМЫМ ТЕПЛОВЛОЖЕНИЕМ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РЕЖИМОВ И УСЛОВИЙ СВАРКИ»

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ, СИСТЕМЫ, МАТЕРИАЛЫ И ПРИБОРЫ

ENERGY-SAVING TECHNOLOGIES, MATERIALS, SYSTEMS, AND INSTRUMENTS

Статья поступила в редакцию 24.08.13. Ред. рег. № 1734 The article has entered in publishing office 24.08.13 . Ed. reg. No. 1734

УДК 621.791.01

ИССЛЕДОВАНИЕ УРОВНЯ ДОСТИГАЕМОЙ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА АРГОНОДУГОВОЙ СВАРКИ С УПРАВЛЯЕМЫМ ТЕПЛОВЛОЖЕНИЕМ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РЕЖИМОВ И УСЛОВИЙ СВАРКИ

В.П. Сидоров, И.В. Смирнов, А.И. Смирнова, В.Г. Добровольский, Д.И. Архипкин

ФГБОУ ВПО «Тольяттинский государственный университет» 445667, Самарская обл., г. Тольятти, ул. Белорусская, 14 Тел.:/факс (8482) 53-92-45, 78-64-67 , e-mail: anna.211@rambler.ru

Заключение совета рецензентов: 28.08.13 Заключение совета экспертов: 02.08.13 Принято к публикации: 06.08.13

В статье приведены рекомендации по оптимизации режимов аргонодуговой сварки с управляемым тепловложением для минимизации затрат электроэнергии на формирование единицы площади поперечного сечения сварного шва.

Ключевые слова: дуговая сварка, энергоэффективность, управление тепловложением, режимы сварки.

STUDYING ACHIEVED LEVEL OF ENERGY EFFICIENCY OF TIG WELDING WITH CONTROLLED HEAT INPUT DEPENDING ON MODE AND WELDING CONDITIONS

V.P. Sidorov, I.V. Smirnov, A.I. Smirnova, V.G. Dobrovolsky, D.I. Arhipkin

Togliatti State University 14 Belorusskaya St., Toglyatty, Samara region, 445667, Russia Tel.:/fax (8482) 53-92-45, 78-64-67, e-mail: anna.211@rambler.ru

Referred: 28.08.13 Expertise: 02.08.13 Accepted: 06.08.13

The paper presents recommendations for optimization of TIG welding with controlled heat input to minimize electricity consumption for formation of a unit cross-sectional area of a weld.

Keywords: arc welding, energy efficiency, control heat input, welding conditions.

Повышение энергоэффективности производственных процессов является одним из приоритетных направлений развития современной промышленности, в том числе и в области сварочного производства. Одной из последних разработок в области повышения энергоэффективности сварочных процессов является способ дуговой сварки в среде защитных газов с управляемым тепловложением [1-4]. Проведенные ранее экспериментальные исследования [5-6] наглядно демонстрируют возможности по сокращению затрат электроэнергии, идущей на формирование единицы площади сечения сварного шва. Экспе-

риментально установлено, что при сварке неплавя-щимся вольфрамовым электродом средняя величина повышения эффективности ввода тепла в изделие, оцененная по размерам зоны провара для экспериментальных образцов, сваренных на токе 150 А, составляет 61% [5]. При сварке плавящимся электродом экспериментально установлено снижение уровня затрат энергии на формирование единицы площади сечения шва в среднем на 35% [6]. Однако проводимые ранее экспериментальные исследования имели достаточно ограниченную область применения в отношении исследованных режимов и условий сварки.

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 09 (131) 2013

© Scientific Technical Centre «TATA», 2013

В то же время теоретические исследования, проведенные в достаточно широком диапазоне условий и режимов сварки [7], показывают существенные различия в достигаемом уровне энергоэффективности при выполнении сварки сталей с различной толщиной, на различных величинах сварочного тока и частотах коммутации тока между двумя каналами токо-подвода. В связи с этим возникает задача выбора оптимального режима сварки, где в качестве критерия оптимума выступают затраты энергии на формирование единицы площади сварного шва. Для решения оптимизационной задачи необходимо провести исследования изменения оптимизируемого параметра при изменении режимов и условий сварки в определенных границах.

Целью исследований, представленных в данной публикации, является выработка рекомендаций по оптимизации режимов аргонодуговой сварки с управляемым тепловложением для минимизации затрат электроэнергии на формирование единицы площади поперечного сечения сварного шва.

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:

1. Провести экспериментальную оценку уровня достигаемой энергоэффективности процесса аргоно-дуговой сварки неплавящимся электродом с управляемым тепловложением в зависимости от режимов сварки и условий проведения сварочного процесса.

2. Обобщить и провести анализ полученных результатов

3. Выработать рекомендации по оптимизации режимов сварки с управляемым тепловложением с целью обеспечения минимальных затрат электроэнергии.

Для решения первой задачи были проведены экспериментальные исследования, в процессе которых оценивали затраты электроэнергии, идущей на формирование единицы площади сечения шва, при использовании двух сравниваемых способов дуговой сварки:

1. Автоматическая аргонодуговая сварка с пространственно-параметрическим управлением тепло-вложением корневого слоя шва стыкового соединения элементов с разделкой кромок.

2. Традиционная автоматическая аргонодуговая сварка (т.е. без поперечных колебаний дуги) корневого слоя шва стыкового соединения элементов с разделкой кромок.

Экспериментальные исследования проводились применительно к сварке конструкций из углеродистых и низколегированных сталей. Для выявления закономерностей, характерных для разных групп толщин металла, эксперименты выполнялись для толщин 4 мм (как для представителя из группы малых толщин), толщины 8 мм (как для представителя из группы средних толщин) и толщины 12 мм (как для представителя из группы больших толщин).

Все эксперименты проводили в виде процесса сварки двух стальных пластин размером 150x200 мм. Материал пластин - сталь СтЗсп. Траектория пере-

мещения горелки - прямолинейная. Каждая кромка соединяемых пластин имеет разделку, соответствующую типу соединения С17 по ГОСТ 14771-76. Зазор в стыке двух пластин равен 0 мм. Сварка выполняется без применения присадочной проволоки в нижнем пространственном положении.

Толщина металла выступала в качестве исследуемого фактора условий проведения сварочного процесса. В качестве исследуемых факторов параметров режима сварки выступили такие параметры, как сила сварочного тока и частота коммутации тока между каналами токоподвода. Величина сварочного тока варьировалась дискретно от минимальной до максимальной для соответствующей толщины металла. Частоту коммутации тока между каналами токоподвода, в рамках каждого эксперимента, от опыта к опыту варьировали дискретно из ряда 0,2; 0,5; 1,0; 3,0; 7,0 и 10 Гц.

Первоначально для каждого из сочетаний толщины пластины и исследуемого тока сварки подбирали величину скорости сварки традиционным способом, при которой наблюдается полное и стабильное про-плавление корневого слоя шва пластин.

Во всех экспериментах обеспечивали следующие постоянные условия осуществления процесса: длина сварочной дуги 3 мм; расход аргона 8 л/мин; диаметр вольфрамового электрода 2,3 мм; вылет электрода из сопла 6 мм. Диапазоны варьирования исследуемых факторов процесса (план эксперимента) и условия проведения экспериментальных исследований приведены в разделе «Условия проведения экспериментов» таблицы 1.

Эксперименты заключались в сварке образцов на каждом из 63 режимов, указанных в таблице. При традиционном способе сварки частота коммутации тока равна 0 Гц. Электрод располагают по центру стыка. После проведения сварки выполняли оценку размеров зоны проплавления и площади сечения шва на каждом из 63 сваренных образцов. Размеры зоны проплавления и площадь сечения шва оценивали по макрошлифам. Из каждого сварного соединения вырезали по три макрошлифа в зонах, равномерно расположенных по длине стыка, отступая от края пластины с каждой стороны не менее 30 мм. На каждом макрошлифе, с применением программного комплекса «Компас 3Б», была рассчитана площадь провара сварного шва. Результаты расчетов были усреднены для каждого контрольного режима и приводятся в разделе «Результаты экспериментов» таблицы.

Результаты анализа изменения величины площади поперечного сечения шва наглядно представлены на рис. 1, на котором приводятся графики изменения площади поперечного сечения сварного шва, выраженного в процентах к площади шва, полученной на частоте 0 Гц (т.е. на традиционном режиме), в зависимости от частоты коммутации тока между каналами токоподво-да. Площадь сечения, полученная на режимах с одинаковой мощностью дуги, является косвенной характеристикой эффективности ввода тепла в изделие.

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 09 (131) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013

Условия проведения экспериментальных исследований и их результаты Terms of experimental studies and their results

Условия проведения экспериментов Результаты экспериментов

Толщина металла, мм Сила сварочного тока, А Частота коммутации тока, Гц Скорость сварки, мм/с Напряжение дуги,В Площадь сечения сварного шва, мм2 Изменение площади сечения шва, % Сокращение затрат энергии, %

4 80 0 0,65 14 0,140

0,2 0,212 47,8 -34,0

0,5 0,180 25,7 -22,2

1,0 0,155 8,24 -9,7

3,0 0,180 25,98 -22,2

7,0 0,152 6,01 -7,9

10,0 0,156 8,94 -10,3

110 0 1,55 15 0,142

0,2 0,20 40,3 -29,0

0,5 0,175 22,62 -18,9

1,0 0,171 19,75 -17,0

3,0 0,20 37,82 -29,0

7,0 0,184 28,99 -22,8

10,0 0,162 13,66 -12,3

160 0 3,3 17 0,16

0,2 0,172 7,8 -7,0

0,5 0,163 2,32 -1,8

1,0 0,163 2,03 -1,8

3,0 0,162 4,83 -1,2

7,0 0,162 1,72 -1,2

10,0 0,161 1,23 -0,6

8 115 0 0,2 15 0,225

0,2 0,354 57,5 -36,4

0,5 0,236 4,84 -4,7

1,0 0,348 54,6 -35,3

3,0 0,322 43,05 -30,1

7,0 0,188 -16,48 19,7

10,0 0,219 -2,71 2,7

165 0 0,6 17 0,304

0,2 0,355 16,7 -14,4

0,5 0,330 8,05 -7,9

1,0 0,323 6,15 -5,9

3,0 0,287 -5,85 5,9

7,0 0,263 -13,57 15,6

10,0 0,222 -27,11 36,9

200 0 1,5 19 0,330

0,2 0,420 26,02 -21,4

0,5 0,357 7,2 -7,6

1,0 0,302 -9,2 9,3

3,0 0,310 -5,86 6,5

7,0 0,310 -6,35 6,5

10,0 0,300 -10,08 10,0

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 09 (131) 2013

© Scientific Technical Centre «TATA», 2013

Условия проведения экспериментов Результаты экспериментов

Толщина металла, мм Сила сварочного тока, А Частота коммутации тока, Гц Скорость сварки, мм/с Напряжение дуги,В Площадь сечения сварного шва, мм2 Изменение площади сечения шва, % Сокращение затрат энергии, %

12 115 0 0,24 15 0,235

0,2 0,303 28,94 -22,4

0,5 0,256 9,11 -8,2

1,0 0,202 -14,04 16,3

3,0 0,226 -3,83 4,0

7,0 0,21 -10,51 11,9

10,0 0,178 -23,62 32,0

165 0 0,65 17 0,27

0,2 0,34 25,5 -20,6

0,5 0,359 37,62 -24,8

1,0 0,316 16,91 -14,6

3,0 0,24 -11,36 12,5

7,0 0,26 -3,22 3,8

10,0 0,264 -2,55 2,3

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

200 0 1,8 19 0,16

0,2 0,305 90,45 -47,5

0,5 0,248 54,99 -35,5

1,0 0,19 19,04 -15,8

3,0 0,165 3,06 -3,0

7,0 непровар 0 0

10,0 непровар 0 0

Прирост площади сечения шва, % Прирост площади сечения шва, % 1 пп

30

10 о

♦ — ■ — ■

■ 110 А ■

А ♦ А ♦ А

А А -1- ~ ■ —»160 А

8 12 Частота коммутации тока, Гц а

Прирост площади сечения шва, % 60

12 3 4

Частота коммутации тока, Гц c

2 4 6

Частота коммутации тока, Гц b

Рис. 1. Зависимость изменения величины прироста площади поперечного сечения сварного шва от частоты коммутации тока между каналами токоподвода: а - для толщины 4 мм; b - для толщины 8 мм; c - для толщины 12 мм (режимы сварки по таблице) Fig. 1. Graphs of cross sectional area rate increment of the weld depending on current switching frequency between current lead channels: а - thickness of 4 mm, b - thickness of 8 mm, c - thickness of 12 mm (welding conditions in Table)

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 09 (131) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013

С точки зрения демонстрации энергоэффективности процессов, наиболее наглядной характеристикой будет являться не величина площади поперечного сечения, а величина затрат электроэнергии на формирование единицы площади сечения сварного шва. При известных режимах сварки (см. таблицу), для каждого экспериментального режима по методике [8] определяли эффективный радиус пятна нагрева сварочной дуги, и затем время прохождения дуги через элементарное сечение сварного шва. Зная данное время и мощность сварочной дуги, рассчитали затраты электроэнергии на формирование единицы площади поперечного сечения шва. После этого для каждого режима сварки с управляемым тепловложе-нием рассчитали величину достигаемого сокращения затрат электроэнергии, идущей на формирование единицы площади поперечного сечения сварного шва. Результаты расчетов приведены в таблице в столбце «Сокращение затрат энергии».

Практическим результатом сокращения затрат электроэнергии на формирование единицы площади сечения сварного шва может явиться либо увеличе-

ние скорости сварки (т.е. производительности процесса), либо снижение величины сварочного тока при обеспечении постоянства площади поперечного сечения сварного шва, получаемого на данных режимах [5].

Для количественной оценки достигаемых практических результатов экспериментальным путем определяли возможное увеличение скорости сварки одинаковых по типоразмерам образцов изделий, на одинаковых режимах по мощности дуги, с применением аргонодуговой сварки с управляемым тепловложе-нием. Эксперименты заключались в плавном увеличении скорости сварки до того момента, пока не будет обеспечена площадь сечения сварного шва и размеры его провара, с минимальными отклонениями от площади сечения и ширины провара, характерными для шва, полученного на традиционном режиме аргонодуговой сварки (т.е. при частоте коммутации 0 Гц). Эксперименты выполнялись по плану, приведенному в таблице. Результаты экспериментов наглядно представлены на рис. 2.

Величина уменьшения сварочного тока, % 14

*

■ ■

♦ V *

A, A A

♦ __160 A it T----■—

8 12 Частота коммутации тока, Гц

а

4 6 8

Частота коммутации тока, Гц

b

Рис. 2. Графики потенциального уменьшения силы сварочного тока (при постоянной площади сечения шва) в зависимости от частоты коммутации тока между каналами токоподвода: а - для толщины 4 мм; b - для толщины 8 мм; c - для толщины 12 мм (режимы сварки по таблице) Fig. 2. Graphs of potential decreasing welding current (constant sectional area of the seam) depending on current switching frequency amperage between current lead channels: а - thickness of 4 mm, b - thickness of 8 mm, c - thickness of 12 mm (welding conditions in Table)

с

Далее экспериментальным путем определяли возможное снижение затрат электроэнергии при сварке одинаковых по типоразмерам образцов изделий, на одинаковых режимах по скорости сварки, с применением аргонодуговой сварки с управляемым тепловложением. Эксперименты заключались в

плавном уменьшении величины сварочного тока до того момента, пока не будет обеспечена площадь сечения сварного шва и размеры его провара, с минимальными отклонениями от площади сечения и ширины провара, характерными для шва, полученного на традиционном режиме аргонодуговой сварки

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 09 (131) 2013

© Scientific Technical Centre «TATA», 2013

(т.е. при частоте коммутации 0 Гц). Эксперименты выполнялись по плану, приведенному в таблице. Результаты экспериментов наглядно представлены на рис. 3.

Увеличение скорости (производительности) сварки, % 25

4 8 12

Частота коммутации тока, Гц а

Увеличение скорости (производительности) сварки, %

4 6 8

Частота коммутации тока, Гц b

Увеличение скорости (производительности)сварки, %

1 2 3 3,5

Частота коммутации тока, Гц c

Рис. 3. Графики потенциального увеличения скорости сварки (при постоянной площади сечения шва) в зависимости от частоты коммутации тока между каналами токоподвода: а - для толщины 4 мм; b - для толщины 8 мм;

c - для толщины 12 мм (режимы сварки по таблице) Fig. 3. Graphs of potential increase of welding speed (constant sectional area of the seam) depending on current switching frequency amperage between current lead channels:

а - thickness of 4 mm, b - thickness of 8 mm, c - thickness of 12 mm (welding conditions in Table)

При решении третьей задачи исследования, для реализации оптимизационных процедур были выведены уравнения регрессии для количественного определения таких параметров как:

- относительная величина сокращения затрат электроэнергии, идущей на формирование единицы площади поперечного сечения сварного шва (ДЭ), %;

- максимальная относительная величина повышения скорости сварки (Д V), %;

- максимальная относительная величина снижения силы сварочного тока (Д), %.

Уравнения регрессии получены с применением прикладного программного пакета 8ТЛТ18Т1СЛ 6.1. Модели представлены в виде полиномов 4 и 6 степени. Полученные уравнения представлены в (1) - (3):

ДЭ = 124,1 - 4,75" + 0,215" 2 -- 3,65/ + 0,03/ 2 - 0,79-104/ 3 -- 9,0/ + 26,0/2 - 11,57/3 + 1,38/4 - 0,005/6

Д¥ = 5,23+2,555 + 0,135 2 -- 0,11/ + 0,005/ 2 - 0,23-104/ 3 -

- 44,5/ + 32,7/2 - 6,7/3

(1)

(2)

Д/ = - 897,5 - 0,0715 + 0,0275 2 + + 29,5/ - 0,34/ 2 + 0,0017/ 3 - 0,3-105/ 4 - 20,14/+ + 18,7/ 2 - 5,78/ 3 + 0,5/ 4,

(3)

где 5 - толщина свариваемого металла, мм; I - величина сварочного тока, А; / - частота коммутации тока между каналами токоподвода, Гц.

Адекватность уравнений регрессии экспериментальным значениям оценивалась по критерию Фишера (Б-критерий) и путем оценки величины ошибки прогнозирования. Средняя ошибка прогнозирования для всех представленных регрессионных моделей (1)-(3), не превышает 15%.

Для достижения требуемой точности прогноза, для каждого прогнозируемого по моделям показателя были приняты следующие ограничения по нижнему порогу прогнозирования:

- величина относительного сокращения затрат электроэнергии (ДЭ) прогнозируется с точностью не менее 15% при нижнем значении диапазона прогнозирования затрат электроэнергии - 14%;

- максимальная относительная величина повышения скорости сварки (ДV) прогнозируется с точностью не менее 15% при нижнем значении диапазона прогнозирования повышения скорости сварки - 15%;

- максимальная относительная величина снижения силы сварочного тока (Д1) прогнозируется с точностью не менее 12% при нижнем значении диапазона прогнозирования снижения тока сварки - 0%.

В целях практического использования полученных регрессионных моделей, для поиска оптимальных режимов сварки с управляемым тепловложени-ем разработан программный ресурс под названием «ЭнергоЭффект - УТВ». Данный ресурс расчетным путем обеспечивает поиск такого сочетания сварочного тока (I) и частоты коммутации тока между каналами (/), при котором для заданного значения толщины металла (5) достигается наибольшее значение относительной величины сокращения затрат электроэнергии, идущей на формирование единицы площади поперечного сечения сварного шва (ДЭ) (по (1)). Затем ресурс, используя (2) и (3), обеспечивает

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 09 (131) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013

расчет величины возможного увеличения скорости сварки (АУ) и величины возможного снижения силы сварочного тока (А/). Полученные значения (АУ и А/) вводятся в качестве практических рекомендаций по повышению энергоэффективности базового режима, подобранного по (1).

Выводы и обсуждение

Анализ результатов экспериментов, приведенных в таблице и на рис. 1-3, показывает, что при различных условиях и режимах сварки наибольшая величина энергоэффективности процесса дуговой сварки с управляемым тепловложением достигается на малых частотах коммутации сварочного тока между каналами токоподвода, в пределах от 0,2 до 1 Гц.

Анализ данных на рис. 1-3 показывает, что:

- для малых толщин наибольшие показатели энергоэффективности процесса сварки с управляемым тепловложением достигаются на средних значениях сварочного тока (порядка 110 А);

- для средних толщин наибольшие показатели энергоэффективности процесса сварки с управляемым тепловложением достигаются на минимальных значениях сварочного тока (порядка 100-115 А);

- для больших толщин наибольшие показатели энергоэффективности процесса сварки с управляемым тепловложением достигаются на максимальных значениях сварочного тока (порядка 200 А).

Максимально достижимый уровень энергоэффективности увеличивается с ростом толщины свариваемого металла. Так, для малых толщин максимальный уровень повышения производительности процесса не превышает 23%. Для средних толщин этот показатель уже составляет максимум 40%, а при сварке больших толщин возрастает до 70%.

Используя результаты анализа экспериментальных данных, в общем виде были сформулированы рекомендации по оптимизации режимов сварки с управляемым тепловложением с целью обеспечения минимальных затрат электроэнергии. Данные рекомендации для трех групп материалов по толщинам:

1 группа рекомендаций - для металлов малой толщины: наибольшая энергоэффективность процесса автоматической аргонодуговой сварки с управляемым теплолвожением элементов стальных конструкций малой толщины достигается на средних значениях токового диапазона (порядка 110 А), рекомендованного для сварки данной группы толщин. При этом наблюдается высокий уровень повышения энергоэффективности по затратам энергии на формирование единицы площади сечения шва (от 14 до 34%) в широком диапазоне частот коммутации тока между каналами токоподвода - от 0,2 до 8 Гц.

2 группа рекомендаций - для металлов средней толщины: наибольшая энергоэффективность процесса автоматической аргонодуговой сварки с управляемым теплолвожением элементов стальных конструкций средней толщины достигается на минималь-

ных значениях токового диапазона (порядка 100115 А), рекомендованного для сварки данной группы толщин. При этом высокий уровень повышения энергоэффективности по затратам энергии на формирование единицы площади сечения шва (от 14 до 37%) достигается в диапазоне частот коммутации тока между каналами токоподвода - от 0,2 до 3 Гц.

3 группа рекомендаций - для металлов большой толщины: наибольшая энергоэффективность процесса автоматической аргонодуговой сварки с управляемым теплолвожением элементов стальных конструкций большой толщины достигается на максимальных значениях токового диапазона (порядка 200 А), рекомендованного для сварки данной группы толщин. При этом высокий уровень повышения энергоэффективности по затратам энергии на формирование единицы площади сечения шва (от 14 до 47,5%) достигается в диапазоне частот коммутации тока между каналами токоподвода - от 0,2 до 2 Гц.

При сварке стальной конструкции с конкретной толщиной элементов, для поиска оптимального режима сварки с управляемым тепловложением, обеспечивающего достижение максимального уровня энергоэффективности, необходимо воспользоваться программным комплексом «ЭнергоЭффект - УТВ», обеспечивающим выбор оптимального режима сварки с точностью не ниже 15%.

Выводы

1. При различных условиях и режимах процесса сварки с управляемым тепловложением наибольшая величина энергоэффективности процесса достигается на малых частотах коммутации сварочного тока между каналами токоподвода в пределах от 0,2 до 1 Гц.

2. Наибольших показателей сокращения затрат электроэнергии, идущих на формирование единицы площади сечения сварного шва при сварке с управляемым тепловложением можно добиться при сварке на токах около 110 А для металлов малой толщины (величина АЭ до 34%), на токах около 100-115 А для металлов средней толщины (величина АЭ до 37%), и на токах около 200 А для металлов большой толщины (величина АЭ до 47%).

3. Максимально достижимый уровень сокращения затрат электроэнергии, идущей на формирование единицы площади сечения сварного шва при сварке с управляемым тепловложением, увеличивается с ростом толщины свариваемого металла от 34% при толщине металла 4 мм до 47,5% при толщине металла 12 мм.

Заключение

Проведенные экспериментальные исследования позволили выработать общие рекомендации по оптимизации режимов аргонодуговой сварки с управляемым тепловложением для минимизации затрат электроэнергии на формирование единицы площади

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 09 (131) 2013

© Scientific Technical Centre «TATA», 2013

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

поперечного сечения сварного шва, а разработанный по результатам исследований программный продукт «ЭнергоЭффект - УТВ» позволяет для конкретной толщины свариваемого метала выбрать конкретные параметры режима дуговой сварки с управляемым тепловложением, обеспечивающие минимальные затраты электроэнергии на формирование единицы площади сечения сварного шва.

Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки РФ, соглашение №14.В37.21.0339

Список литературы

1. Смирнов И.В., Сидоров В.П., Захаренко А.И., Добровольский В.Г., Гилязев Э.С. Исследование процесса управления пространственным положением дуги за счет изменения параметров ее собственного магнитного поля // Альтернативная энергетика и экология - ШЛЕЕ. 2011. № 10. С. 64-71.

2. Смирнов И.В., Захаренко А.И. Управление те-пловложением в свариваемые кромки при дуговой сварке неплавящимся электродом // Сварочное производство. 2009. № 12. С. 32-36.

3. Смирнов И.В., Сидоров В.П., Захаренко А.И. Специфические аспекты описания процесса автоматической аргонодуговой сварки дугой, отклоняемой собственным магнитным полем // Сварочное производство. 2010. № 1. С. 3-6.

4. Патент на изобретение №2401726 РФ МПК В23К9/08. Способ сварки в защитном газе неплавя-щимся электродом магнитоуправляемой дугой / Смирнов И.В., Сидоров В.П., Захаренко А.И. // Бюлл. № 29. Опубликовано 20.10.2010.

5. Сидоров В.П., Смирнов И.В., Смирнова А.И., Добровольский В.Г., Архипкин Д.И. Экспериментальные исследования энергоэффективности процесса аргонодуговой сварки с управляемым тепловло-жением // Альтернативная энергетика и экология -ШЛЕЕ. 2012. № 8. С. 131-136.

6. Смирнов И.В. Смирнова А.И., Архипкин Д.И., Мартюшев А.В. Экспериментальная оценка энергоэффективности технологии дуговой сварки в защитном газе плавящимся электродом с управляемым тепловложением // Альтернативная энергетика и экология - ШЛЕЕ. 2013. № 4/2. С 68-73.

7. Сидоров В.П., Смирнов И.В., Смирнова А.И., Архипкин Д. И. Расчетная оценка энергоэффективности процесса дуговой сварки с управляемым тепло-вложением // Альтернативная энергетика и экология - ШЛЕЕ. 2012. № 7. С. 170-174.

8. Судник В.А., Рыбаков А.С. Расчетно-экспери-ментальные модели движущейся дуги неплавящегося электрода в аргоне // Сварочное производство. 1990. № 11. С. 32-34.

гхп

- TATA —

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 09 (131) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.