Действующие значения электродинамических характеристик процесса сварки неплавящимся электродом с импульсной модуляцией тока дуги

Abstract

Статья посвящена анализу влияния импульсной модуляции сварочного тока на действующие (эффективные) значения электродинамических характеристик процесса сварки неплавящимся электродом. В первой части статьи анализируются возможности повышения действующего значения тока дуги за счет выбора оптимальных временных и токовых параметров импульсной модуляции. Рассматривается достаточно общий случай модуляции тока импульсами трапецеидальной формы (как частные случаи — прямоугольный и треугольный импульсы). Во второй части изучается распределение действующих значений электромагнитных и динамических характеристик модулированного тока в сварочной ванне, исходя из нестационарной модели дугового разряда и модели электромагнитных процессов в свариваемом металле. В качестве характерного примера рассматривается силовое воздействие модулированного тока на металл сварочной ванны при модуляции тока треугольными импульсами с паузами на частоте 10 кГц. Анализируется влияние динамических эффектов в импульсной дуге на распределение в металле действующих значений электродинамических характеристик — центростремительной составляющей силы Лоренца и магнитного давления. Делается вывод о том, что при оптимальной форме импульсов тока динамические эффекты, возникающие в нестационарной дуге, способны существенно повысить его силовое воздействие на металл сварочной ванны при сварке неплавящимся электродом с высокочастотной модуляцией тока по сравнению со сваркой на постоянном токе, совпадающем по величине с действующим значением модулированного тока.

Стаття присвячена аналізу впливу імпульсної модуляції зварювального струму на діючі (ефективні) значення електродинамічних характеристик процесу зварювання неплавким електродом. У першій частині статті аналізуються можливості підвищення діючого значення струму дуги за рахунок вибору оптимальних часових і струмових параметрів імпульсної модуляції. Розглядається досить загальний випадок модуляції струму імпульсами трапецеїдальної форми (як окремі випадки — прямокутний і трикутний імпульси). У другій частині вивчається розподіл діючих значень електромагнітних і динамічних характеристик модульованого струму в зварювальній ванні, виходячи з нестаціонарної моделі дугового розряду і моделі електромагнітних процесів в зварювальному металі. Як характерний приклад розглядається силовий вплив модульованого струму на метал зварювальної ванни при модуляції струму трикутними імпульсами з паузами на частоті 10 кГц. Аналізується вплив динамічних ефектів в імпульсній дузі на розподіл в металі діючих значень електродинамічних характеристик — доцентрової складової сили Лоренца та магнітного тиску. Робиться висновок про те, що при оптимальній формі імпульсів струму динамічні ефекти, що виникають в нестаціонарній дузі, здатні істотно підвищити його силовий вплив на метал зварювальної ванни при зварюванні неплавким електродом з високочастотною модуляцією струму в порівнянні зі зварюванням на постійному струмі, що збігається за величиною з діючим значенням модульованого струму.

The paper is devoted to analysis of the influence of pulsed modulation of welding current on effective values of electrodynamic characteristics of the process of nonconsumable electrode welding. The first part of the paper provides analysis of the possibilities for increasing the effective value of arc current through selection of optimum time and current parameters of pulsed modulation. A quite general case of current modulation by pulses of trapezoidal shape is considered (rectangular and triangular pulses are treated as particular cases). In the second part distribution of effective values of electromagnetic and dynamic characteristics of modulated current in the weld pool is studied, proceeding from a nonstationary model of arc discharge and model of electromagnetic processes in the metal being welded. Force impact of modulated current on weld pool metal at current modulation by triangular pulses with pauses at 10 kHz frequency is considered as a characteristic example. Influence of dynamic effects in the pulsed arc on distribution of effective values of electromagnetic characteristics, namely centripetal component of Lorenz force and magnetic pressure, is analyzed. A conclusion is made that with optimum shape of current pulses dynamic effects arising in nonstationary arc are capable of essentially enhancing its force impact on weld pool metal in nonconsumable electrode welding with high-frequency current modulation, compared to welding by direct current coinciding in magnitude with effective value of modulated current.