Владимир Петров - Законы развития систем

П упр3= П эл+ П “„ эл+ П = маг+ П “„ уз

Управление параметрами дуги ( П упр3) можно осуществлять и действуя непосредственно на саму дугу ( П упр4), например, сжимать ее магнитным полем, концентрируя энергию дуги.

В более общем виде управление процессом сварки сводится к формированию структуры сварочного шва. Для этого необходимо воздействовать на ванну ( П упр5). Воздействия на ванну должны быть различными в зависимости от необходимых свойств шва.

Пока мы рассматривали воздействие только тепловым полем, да и то только для расплавления металла. В процессе формирования шва участвует процесс застывания металла и его уплотнение.

Уплотнение металла может проводиться в процессе сварки, переносом капель с большой скоростью, перемешиванием ванны, ее вибрацией или созданием дополнительных давлений. При этом используются магнитное, электрические поля и их взаимодействие, ультразвуковое поле и давление защитного газа.

Возможные способы формирования сварочного шва представляют в виде функционально-логического дерева. Фрагмент такого дерева изображен на рис. 7.148.

Рис. 7.148. Способы формирования сварочного шва

Сварочный шов можно создавать путем расплавления металла или, не расплавляя его, например, созданием больших давлений.

Такие давления могут создаваться импульсно (удар, взрыв) или в течение длительного времени. Этот вид создания сварочного соединения мы не будем рассматривать.

При создании сварочного шва путем расплавления он формируется не только за счет расплавления, но и уплотнение металла. В свою очередь на формирование шва влияет не только процесс расплавления, но и застывания, в частности, скорость остывания металла.

Тепло можно создавать непосредственно в месте нагрева или передавать его от какого-нибудь источника. Причем в том и другом случае источники тепла могут быть одинаковой или различной физической природы. Передача тепла лучше всего осуществляется тепловыми трубами, которые передают тепло практически без потерь. Кроме того, с помощью тепловых труб можно и управлять потоком тепла.

Использование различных источников тепла непосредственно в месте нагрева привело к различным видам сварки: дуговая, плазменная, электронно-лучевая, лазерная, трением.

Функции перемещения ( П упр2) дуги относительно детали можно выполнять различными способами. Первоначально, как указывалось выше, дуга перемещалась рукой сварщика, с помощью передвижения электрода. На рис. 7.141 электрод перемещается с помощью управляющего поля П упр2. В дальнейшем появились специальные тележки или роботы ( П упр2 »), перемещающие сварочный автомат, т. е. перемещение осуществлялось механическим полем.

Идеально если дуга перемещается сама, а не с помощью электрода. Здесь используется поле, управляющее перемещением дуги П упр6. Известны и способы сварки без перемещений электрода. Электрод укладывают в разделку шва. Дуга движется по мере расплавления электродной проволоки. Для заполнения большого объема шва проволоку укладывают в виде зигзага (рис. 5.7а) 360 — использование геометрических эффектов. Дуга может перемещаться сама, если использовать много электродов, расположенных по линии шва на расстоянии зоны действия теплового пятна. Каждый из электродов соединен со своим источником питания (рис. 5.7б) 361. В этом способе механическое поле заменено системой подключения электродов.

Дальнейший переход к другим управляющим полям П упр6требует использовать ресурсы рабочего органа — дуги. Управление дугой лучше всего проводится магнитным полем ( П маг) 362. Сначала управляли постоянным ( П = маг) магнитным полем 363, в дальнейшем магнитное поле было направлено перпендикулярно ( П ‘ маг) воздействию дуги 364. На это поле накладывали переменное ( П ~ маг) магнитное поле, а для сварки труб — вращающееся ( П о маг) магнитное поле. Магнитное поле подавали импульсами — П “„ маг 365, использовали бегущее — П “'„ маг 366, наконец соединение этих полей с управлением магнитным полем, воздействующим перпендикулярно постоянному магнитному полю 367. Последний вариант изображен ниже

П упр6= П “„ маг+ П “'„ маг+ П ‘ маг

Управление процессом формирования ванны ( П упр5) может осуществляться не только дугой, но и дополнительными полями.

В качестве этих полей могут использоваться магнитное, электрическое, ультразвуковое или поле давления защитного газа.

Магнитное поле используется и для перемешивания сварочной ванны с помощью центробежных сил ( П цс). Для этого используется наложение (соединение) двух полей. Электрическое поле дуги ( П эл) и импульсное магнитное поле ( П “„ маг), складываясь вместе ( П эл+ П “„ маг), образуют центробежное поле — П цс 368. Это описан процесс свертывания поля

П цс= П эл+ П “„ маг

Известны способы дуговой сварки, в которых используются три и более полей для управления дугой 369.

7.6.4.3. Динамизация полей

Под динамизацией полейподразумевается переход от постоянных полей к меняющимся.

Поля могут меняться по:

— частоте;

— амплитуде;

— полярности;

— напряженности;

— направлению воздействия;

— фазе;

— форме;

— и т. д.

Поля могут быть импульсными, с измененяемой скважностью.

Общая тенденция динамизации полей — это переход от постоянного к переменномуи импульсному полю(рис. 7.149).

Рис. 7.149. Тенденция динамизации полей

Электрическое поле может быть статичным и динамичным . Электрический ток может быть: постоянный , переменный и импульсный , положительный и отрицательный . Частота и амплитуда тока могут меняться. Форма кривой переменного тока может быть разная: синусоидальная, прямоугольная, треугольная, пилообразная и т. д.

Поля могут взаимодействовать под определенным углом .

Пример 7.208. Электромагнитное поле.

Электромагнитные волны образуются в результате взаимодействия электрических и магнитных полей. Плоскости этих полей расположены под прямым углом относительно друг друга, а также перпендикулярно направлению движения волны.

На этом взаимодействии основана работа электродвигателя.

Рис. 7.150. Схема электромагнитного воздействия

Е — вертикальная волна, отображает движение электрического поля.