Формирование швов магнитным полем при дуговой сварке ферромагнитных материалов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.10, кандидат наук Гу Цзэжэнь

• Гу Цзэжэнь
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Гу Цзэжэнь

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ПРИ ДУГОВОЙ СВАРКЕ

1.1. Воздействие магнитным полем на сварочную дугу

1.2. Воздействие магнитным полем на сварочную ванну

1.3. Применение квадрупольного магнитного поля при сварке

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЛ КВАДРУПОЛЬНОЙ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ ПРИ СВАРКЕ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

2.1. Деформация квадрупольного магнитного поля при сварке ферромагнитных материалов

2.2. Экспериментальное исследование магнитного поля квадрупольной магнитной системы

2.3. Расчетное исследование магнитного поля в зоне сварки ферромагнитной пластины, созданного квадрупольной магнитной системой

3.4. Выводы по второй главе

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СВАРОЧНОГО ТОКА В ИЗДЕЛИИ

3.1. Связь между температурным и электрическим полями при сварке конусной дугой

3.2. Расчет плотности сварочного тока при дуговой сварке осесимметричной конусной дугой

3.3. Связь между температурным и электрическим полями при сварке

нормально-эллиптической дугой

3.4. Выводы по третьей главе

ГЛАВА 4. ДУГОВАЯ СВАРКА С ПРИМЕНЕНИЕМ КВАДРУПОЛЬНОЙ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ

4.1. Деформация дуги в магнитном поле квадрупольной магнитной системы

4.2. Влияние режима сварки на размеры немагнитной зоны

4.3. Формирование шва при сварке вольфрамовым электродом магнитных сталей в среде аргона

4.4. Выводы по четвёртой главе

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Формирование швов магнитным полем при дуговой сварке ферромагнитных материалов»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Дуговая сварка находит наиболее широкое использование в сварочных технологиях. Качественное формирование шва всегда являлось одной из основных проблем при дуговой сварке ферромагнитных материалов. При расплавлении свариваемых кромок во время сварки стыковых швов с полным проплавлением под действием сил давления дуги, тяжести, электромагнитных и поверхностного натяжения жидкий металл формируется, образуя шов с выпуклостью с обратной стороны. Для управления качеством металла сварного шва при сварке и пайке с использованием дуги перспективно использование магнитных полей, взаимодействующих с дугой или с жидким металлом сварочной ванны [1,2].

Использование магнитных полей позволяет бесконтактно и оперативно управлять качеством сварочных процессов. Поэтому постоянно проводятся исследования возможностей эффективного использования магнитных полей при дуговой сварке и наплавке [3,4].

При дуговой сварке широко применяются внешние магнитные поля, взаимодействующие со сварочным током в жидком металле сварочной ванны, для управления качеством металла и формы шва.

На этом принципе основаны способы управления кристаллизацией и формой шва продольным относительно оси дуги магнитным полем [5-7] и способы формирования шва поперечным магнитным полем [8-10]. При дуговой сварке неплавящимся электродом в защитных газах немагнитных материалов существует способ формирования шва во внешнем поперечном магнитном поле квадрупольной магнитной системой. Этот способ позволяет формировать сварные швы с нулевой выпуклостью с обратной стороны. Но пока ещё нет исследования о формировании швов квадрупольным магнитным полем при сварке ферромагнитных материалов. Основной сложностью данного способа является наличие деформации магнитного поля при сварке ферромагнитных

материалов. Для эффективного использования этих способов необходимо уметь рассчитывать силовое воздействие дуги на сварочную ванну и знать распределение электрического поля и квадрупольного магнитного поля в сварочной ванне и изделии.

Цель работы: получение требуемой геометрической формы сварного шва при дуговой сварке ферромагнитных материалов воздействием магнитного поля.

Задачи работы:

1. Литературный и патентный анализ использования магнитных полей при дуговой сварке ферромагнитных материалов;

2. Экспериментальные исследования деформации формирующего магнитного поля свариваемым ферромагнитным материалом;

3. Изучение взаимосвязи электрических и тепловых полей при сварке;

4. Выяснение требований к конструкции оптимальной магнитной системы для формирования швов при сварке ферромагнитных материалов.

Ценность выполненных исследований. Показана практически возможность получения сварных швов с нулевой выпуклостью с обратной стороны при дуговой сварке неплавящимся электродом в среде аргона изделий из магнитных сталей толщиной до 6 мм за счет использования внешнего магнитного поля. Определена взаимосвязь режимов сварки с конструкцией магнитной системы.

Научная новизна работы заключается в следующем:

Установлено, что для нормально-кругового источника плотность тока пропорциональна тепловому потоку и отношению коэффициента сосредоточенности электрического тока к коэффициенту сосредоточенности

-г КЭЦ

теплового потока дуги, в виде ] =-.

7]иКТЦд

Установлено, что для нормально-эллиптического источника плотность тока пропорционально тепловому потоку и отношению произведения

коэффициента формы теплового источника к коэффициенту формы источника

Ка атЬтагсЬд^

электрического тока, в виде / =-, где К =-здесь а и Ъ -

аэЬэагад^

полуоси основания дуги.

Установлена взаимосвязь требуемой величины магнитного поля для удержания сварочной ванны с размерами немагнитной зоны и режимом сварки, определяющим длину сварочной ванны и конструкцией магнитной системы, в

виде: Вто =

рдУкЦр,

ТР Kq •

Практическая значимость работы. Показана возможность использования квадрупольного магнитного поля для удержания сварочной ванны при сварке ферромагнитных материалов. Разработаны технологические рекомендации по сварке неплавящимся электродом в среде аргона ферромагнитных материалов с помощью квадрупольной магнитной системы. Результаты работы использованы в разработке конструкции сварочной головки и магнитной системы.

Достоверность результатов и выводов подтверждается использованием апробированных методик определения параметров, современного аттестованного оборудования, согласованием экспериментальных данных с расчетными данными.

Методы исследований. Результаты диссертации были получены после проведения экспериментальных и расчетных исследований. Измерения индукции магнитного поля проводились Гауссметром GM2. Расчетное исследование магнитного поля проводилось с использованием ANSYS Maxwell и SOLID WORKS. Расчеты распределения плотности тока в изделии проводились с использованием программы MATLAB. Эксперименты проводились с использованием источника питания Kemppi PSS5000.

На защиту выносятся:

1. Влияние немагнитной зоны изделия на деформацию магнитного поля

при сварке ферромагнитных материалов с помощью квадрупольной магнитной системы.

2. Влияние деформации дуги на плотность тока в изделии при сварке с помощью квадрупольной магнитной системы.

3. Взаимосвязь требуемой величины магнитного поля для удержания сварочной ванны с толщиной свариваемого металла и режимом сварки при сварке ферромагнитных материалов.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научном семинаре кафедры «Технологии сварки и диагностики» МГТУ им. Н.Э. Баумана (г. Москва, 2019) и на международной научно-практической конференции «Безопасность ядерной энергетики» (г. Волгодонск, 2015 и 2018).

Личный вклад соискателя состоит в непосредственном участии в исследовательской работе по теме диссертации на всех этапах. Работа выполнялась в лаборатории кафедры «Технологии сварки и диагностики» университета МГТУ имени Н.Э. Баумана. Автором был выполнен литературный и патентный обзор по теме диссертации, выполнены теоретические и экспериментальные исследования магнитного поля и плотности тока при сварке ферромагнитных материалов с помощью магнитной системы, произведена обработка результатов исследований, подготовлены и сделаны доклады на конференциях.

Публикации по теме диссертации. Основные материалы диссертации отражены в 7 научных работах из них 4 в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов и заключений, списка литературы. Она изложена на 119 страницах, содержит 69 рисунков и 4 таблицы. Список литературы содержит 95 наименований.

В первой главе отражены общие характеристики, и обзор применения внешних магнитных полей при дуговой сварке. Сформированы цели работы и

задачи исследований.

Во второй главе произведено экспериментальное и расчетное исследование конфигурации магнитных полей квадрупольной магнитной системы в зависимости от ее геометрических и электрических параметров.

В третье главе произведено определение выражения, связывающего плотность тока с плотностью теплового потока, при нормально-круговом источнике и нормально-эллиптическом источнике.

В четвертой главе представлены результаты экспериментов по деформации дуги в магнитном поле квадрупольной магнитной системы. Показано применение методики управления конфигурацией магнитных полей при сварке вольфрамовым электродом в среде аргона. Выданы рекомендации по выбору режимов при сварке вольфрамовым электродом с удержанием шва поперечным магнитным полем.

ГЛАВА 1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ПРИ ДУГОВОЙ СВАРКЕ

Часто использование традиционных сварочных технологий является недостаточными для получения требуемого качества и формы сварных швов. Одним из наиболее распространенных способов управления поведением дуги и формированием сварочной ванны является использование внешних магнитных полей при дуговой сварке. Применение внешних магнитных полей при сварке имеет следующие преимущества: простую установку, низкую стоимость, низкое энергопотребление и высокую эффективность [11]. В результате применения внешних магнитных полей различного направления при дуговой сварке можно регулировать положение, форму, плотность теплового потока дуги, изменять металлургические и геометрические характеристики сварного шва и другие. Однако, возмущения процесса сварки, вызванные как собственными, так и внешними магнитными полями часто являются нежелательными явлениями, ухудшающими качество сварных швов. С 70-х годов по нынешний день выполнено огромное количество работ и исследований по применению внешних магнитных полей при дуговой сварке. Внешние магнитные поля, управляющие процессами дуговой сварки можно классифицировать по направлению магнитного поля: продольное, поперечное, квадрупольное и вращательное. Кроме этого, по изменению магнитного поля можно классифицировать: постоянное, импульсное и переменное магнитное поле. Хотя существует множество видов внешних магнитных полей, их можно разделить по предмету взаимодействия: управление сварочной дугой и регулирование ванны расплава для управления процессом сварки. В данной главе приведен обзор большинства существующих способов управления внешними магнитными полями при дуговой сварке.

1.1. Воздействие магнитным полем на сварочную дугу

Управляя дугой внешним магнитным полем можно менять форму, пространственное положение или характеристики дуги, чтобы регулировать силовое воздействие дуги, улучшать формирование сварного шва и качество сварного соединения.

1.1.1. Внешнее продольное магнитное поле

При дуговой сварке внешним продольным магнитным полем дуга и расплавленный металл сварочной ванны начинают вращаться. За счет этого форма дуги и вид переноса электродного металла изменяются, что влияет на плавление основного металла и формирование шва.

Самым простым способом создания внешнего продольного магнитного поля по отношению к электроду является использование одной катушки, надетой на сварочное сопло (Рис. 1.1) [12].

Рис. 1.1. Схема создания внешнего продольного поля В работах Гвоздецкого B.C., Мечева B.C., Болдырева A.M., Черныша В.П., Завьялова В.Е., Левакова B.C., Любавского КВ., Тиходеева Г.В. [13-24] исследовано вращение дуги в продольном магнитном поле.

В работе Wang J. [16] исследовано управление вращательно-струйным переносом электродного металла с помощью продольного магнитного поля при

сварке плавящимся электродом в аргоне и смесях. В результате взаимодействия продольного магнитного поля происходит сокращение радиуса вращения жидкого электродного металла и угла отклонения дуги. Это способствует стабилизации процесса вращательно-струйного переноса электродного металла.

С действием продольного магнитного поля дуга вращается вокруг вертикальной оси с принятием формы, близкой к конусной. Это повышает стабилизацию ее положения между электродом и изделием и позволяет регулировать ее силовое воздействие на расплав сварочной ванны практически без изменения мощности источника [17].

В работе Zhu Б. и других исследовано виляние переменного продольного магнитного поля на дугу при сварке плавящимся электродом в аргоне [18]. Дуга, горящая в переменным продольном магнитным поле вращается вокруг оси электрода. С увеличением индукции магнитного поля радиус вращения дуги увеличивается и дуга более отклоняется от оси электрода (Рис. 1.2). За счет этого в центре дуги концентрация заряженных частиц уменьшается.

Рис. 1.2. Формы дуги при воздействии переменного продольного магнитного поля при токе в катушке: а) 1=0А; б) 1=10А; в) 1=20А; г) 1=30А

Воздействие продольного магнитного поля на дугу, меняющее распределение теплового потока, успешно используют для улучшения качества сварных швов. Продольное магнитное поле применяют для обеспечения

одновременного проплавлення обеих кромок сварных соединений, стабилизации положения дуги между электродом и изделием при сварке неплавящимся электродом в инертных газах на форсированных режимах и сварке под флюсом корневых швов трубных соединений [19]. При дуговой сварке неплавящимся электродом погруженной дугой достигали уменьшения количества проходов без образования подрезов с помощью продольного магнитного поля.

Использование относительно большой индукции продольного магнитного поля (50...200 мТ) приводит к увеличению глубины проплавлення швов, что объясняется уменьшением радиуса вращения дуги [20, 21]. Однако повышение индукции должно сопровождаться увеличением частоты магнитного поля при управлении гидродинамикой ванны путем воздействия продольного магнитного поля на дугу. Учитывая инерционность данных влияний, указанный диапазон значения индукций магнитного поля не может обеспечить интенсивные перемещения расплава сварочной ванны и, как следствие, управление процессами формировании швов. Такие способы в основном применяют для улучшения процессов кристаллизации швов и массопереноса жидкого электродного металла.

При сварке плавящимся электродом использование продольного магнитного поля вызывает центробежные электромагнитные силы, действующие в объеме жидких капель, вращающихся с большими скоростями на конце электрода, которые деформируют форму капель из сферической в эллиптическую [22 - 24]. При этом происходит уменьшение толщины слоя жидкости и теплоизолирующей прослойки на конце электрода, что приводит к увеличению на 20...30% скорости расплавления электродной проволоки при практически неизменном тепловом потоке дуги [23]. Однако при индукциях поперечного магнитного поля, превышающих предельный уровень (12... 15 мТ), частота отрыва капель с конца электрода уменьшается в 2...3 раза, из-за чего вид переноса электродного металла изменяется из мелкокапельного в

крупнокапельный. Увеличение центробежных сил в объеме жидкой капли приводит к повышенному разбрызгиванию и нарушению стабильности процесса дуговой сварки [24].

1.1.2. Внешнее поперечное магнитное поле

При наличии внешнего поперечного магнитного поля по отношению к оси электрода происходит смещение основания дуги под действием электромагнитных сил. При этом устойчивость горения дуги поддерживается за счет сил сопротивления потока плазмы, которые исследовались в работе [25].

Отклонение дуги в поперечном магнитном поле исследовалось Hicken и Jackson в работе [26]. Применение поперечного магнитного поля на дугу успешно используют для равномерного течения жидкого металла в сварочной ванне, что приводит к улучшению формирования швов. На основе этого, Ando и другие исследовали улучшение формирования швов при сварке неплавящимся электродом в среде аргона с помощью поперечного магнитного поля (Рис. 1.3)

Рис. 1.3. Схема создания поперечного магнитного поля

В работе [28] Jayarjan и Jackson исследовали технологии отклонения дуги поперечным магнитным полем при сварке неплавящимся электродом в среде

[27].

аргона сплавов алюминия и сталей. При скорости сварки выше 2,5 м/мин получено хорошее формирование швов без подреза.

Данное отклонение столба дуги позволяет управлять течением жидкого металла в сварочной ванне [29, 30]. При таких действиях на дугу, деформирующей поверхность ванны с электромагнитной силой, прямо пропорциональной квадрату сварочного тока, формируются потоки расплава в направлении, перпендикулярном внешнему поперечному магнитному полю.

При применении постоянного поперечного магнитного поля дуга отклоняется, что приводит к увеличению глубины боковых подрезов при отклонении дуги в направлении фронта кристаллизации, или к уменьшению при отклонении дуги в направлении сварки [31]. Отклонение дуги «углом вперед» приводит к увеличению радиуса фронта плавления ванны, что помогает снизить скорость движения центральной струи расплава в направлении ее хвоста, чем и объясняется указанный выше эффект. В этом случае горизонтальная составляющая давления дуги удерживает расплав перед ванной, что способствует увеличению толщины слоя жидкого металла под дугой, что, в то же время, повышает способность ванны поглощать случайные отклонения давления дуги и теплового потока. В результате снижается количество прожогов [32], и факел дуги, отклоненный к холодному металлу перед фронтом плавления зачищает поверхность соединения от загрязнения оксидов.

При применении поперечного магнитного поля отклонение дуги приводит к увеличению зоны пятна нагрева и, следовательно, к деформации формы сварочной ванны: увеличению ее ширины и уменьшению глубины и длины. Это влияние приводит к измельчению зерна, уменьшению пористости и т.п. При дуговой сварке алюминиевых сплавов плавящимся электродом увеличение зоны пятна нагрева отклоненной дуги исследовалось в работах [33-35].

Управление внешним поперечным магнитным полем является более

эффективным, основанным на использовании знакопеременных значений индукции магнитных полей для поперечных и продольных колебаний дуги. В первом случае циклические изменения скорости потока расплава в направлении фронта кристаллизации жидкого металла позволяют удалить дендритную структуру и образовывать равноосную структуру швов. Однако известные активные влияния происходят не во всем сечении швов, а лишь в их центральных областях, что свидетельствует об ограниченности технологических возможностей управления внешнем поперечным магнитным полем.

Поперечные колебания дуги (до 9... 12 мм) помогают стабилизации процесса горения дуги, устранению наплывов на усилении швов, обеспечивают более равномерное формирование валика в обратной стороне швов [36, 37]. В этом случае коэффициент формы швов увеличивается в 1,5...2,5 раза при соответствующем уменьшении на 10...50% глубины проплавления и увеличении на 20...25% его ширины [38]. Данное изменение усиливается при повышении частоты колебаний дуги, что объясняется уменьшением давления дуги на жидкий металла в сварочной ванне. Такие деформации геометрической формы швов помогают уменьшению газовой и усадочной пористости и измельчению зерна вблизи зоны сплавления, что повышает механические свойства сварных соединений. Уменьшение разбавления основного металла присадочным, сопровождающееся снижением почти в два раза твердости сварных швов, и улучшенное заполнение разделки, обуславливают целесообразность использования поперечных магнитных полей при многопроходной сварке двухслойных сталей. Кроме того, при наплавке обеспечение равной глубины проплавления позволяет увеличивать сварочный ток на 100...300 А, чем получается повышение, как скорости плавления электродной проволоки, так и производительности сварочного процесса.

С увеличением значения индукции внешнего поперечного магнитного поля сварочная дуга обрывается.

При больших значениях индукции внешнего поперечного магнитного поля происходит гашение сварочной дуги. В работе [39] данный эффект используется при намеренном гашении дуги при дуговой сварке плавящимся электродом с переносом электродного металла короткими замыканиями, из-за чего этот метод является более энергоэкономным.

В компании Jetline Engineering изготовлены магнитные системы с блоками управления, которые позволяют производить управление отклонением дуги с помощью внешнего поперечного магнитного поля [40]. Путем отклонения дуги можно регулировать тепловой поток в сварочной ванне, что позволяет устранить наличие пористости, непроваров в корне шва, резких переходов от валика усиления к основному металлу, несплавлений с кромкой.

Отклонение дуги во внешнем поперечном магнитном поле также применяется для регулирования присадочной проволоки за счет синхронизации создания отклоняющего поперечного магнитного поля и подачи присадки [41-43].

При широкослойной наплавке применение поперечного магнитного поля используется для возвратно-поступательных перемещений дуги по торцу электродной ленты. Это позволяет удержать стабилизацию дугового процесса, сокращать время существования капель на торце электрода и уменьшить средний диаметр капели. В этом случае дуга не блуждает, а перемещается, оплавляя электродную ленту по всей ширине, что приводит к снижению деформирования изделия и улучшению процесса формирования наплавленного слоя [44].

1.2. Воздействие магнитным полем на сварочную ванну

1.2.1. Внешнее продольное магнитное поле

При использовании в зоне сварки низкочастотных переменных продольных магнитных полей в передней части ванны формируются потоки расплава. Жидкий металл в сварочной ванне перемещается в направлении

хвоста ванны поочередно вдоль каждого из боковых фронтов кристаллизации с частотой изменения полярности магнитного поля. Происходящие при этом периодические изменения градиента температур вблизи межфазной поверхности фронта кристаллизации приводит к соответствующим изменениям ширины зоны концентрационного переохлаждения, чем авторы работ [45-47] объясняют достигаемое явление измельчения первичной структуры швов. В работе [48] исследовано управление потоком расплава в переменном продольном магнитном поле при сварке алюминиевого сплава неплавящимся электродом в среде гелия. Применение внешнего магнитного поля приводит к эффекту измельчения зерна, что позволяет устранять крупную структуру швов. При этом химический состав в шве становится более однородным, и, одновременно, ширины зоны плавления и термического влияния уменьшаются, что приводит к улучшению коррозионной стойкости в соединении.

Существуют другие точки зрения касательно принципа влияния продольных магнитных полей на кристаллизации расплава в сварочной ванне. В работах [49, 50] высказано мнение, что существует эффект механического отделения фрагментов сформированных кристаллов с образованием дополнительных центров кристаллизации. В работе [51] говорится об измельчении структуры швов разветвлением выступающих частей твердой фазы в период импульсного роста. При изменении условий образования вторичных границ двухфазной зоны даёт измельчение структуры при дуговой сварке технически чистых металлов с малой шириной. Однако опубликованных статей, достаточных для подтверждения наличия указанных влияний, не обнаружено.

В работе [52] исследовано влияние внешнего продольного магнитного поля на коррозию в зоне термического влияния сварного шва при дуговой сварке сталей плавящимся электродом. При использовании продольного магнитного поля повышается стойкость к точечной коррозии и межкристаллитной коррозии в зоне термического влияния. Авторы работы объясняют равномерным распределением элемента хрома в сварочной ванне при наличии продольного

магнитного поля.

Физико-химические свойства свариваемых металлов влияют на воздействие продольных магнитных полей на процессы кристаллизации. Эффект измельчения структуры соединений наблюдали во всем сечении шва при сварке сплавов с широким температурным интервалом кристаллизации в случае оптимальных параметров внешнего продольного магнитного поля [53]. Это объясняется неразвитостью осей дендритов второго порядка и малой шириной двухфазной зоны [50]. С увеличением скорости охлаждения металла в зоне термического влияния эффект измельчения структуры фиксировали в околошовной зоне.

При измельчении структуры швов увеличивается суммарная протяженность границ зерен, и, одновременно, уменьшаются степень ориентированности границ зерен и количество межкристаллитных выделений [54, 55]. В этом случае сглаженность рельефа и отсутствие блочности элементов микроструктуры сварных швов проводит к улучшению уровня внутризернистой неоднородности. Этот эффект объясняется повышением скоростей кристаллизации жидкого металла возле оси соединении и линии сплавления [56]. При дуговой сварке легированных сталей и сплавов характерно повышение химической однородности и равномерное распределение легирующих элементов во всем сечении швов.

Положительные влияния в процессах кристаллизации заключаются в следующем: повышении стойкости против межкристаллитной коррозии [57]; замедлении скорости общей коррозии швов и улучшении механических свойств соединения [58, 59]. При сварке изделий из магниевых, алюминиевых, средне- и высоколегированных сталей и сплавов повышаются пластические свойства сварных швов и сокращается температурный интервал хрупкости из-за повышения температуры его нижней границы [60, 61]. Это приводит к улучшению сопротивляемости швов образованию горячих трещин.

Периодические перемещения жидкого металла с переднего в задний конец сварочной ванны способствуют увеличению площади поверхности ванны, уменьшению концентрации примесей и газов в расплаве, выравниванию температуры во всем зоны сварочной ванны, а так же стабилизации плоского фронта кристаллизации. В направлении линии сплавления термодиффузионный поток водорода уменьшается при понижении перегрева жидкой фазы перед фронтом кристаллизации. При этом растворимость газов в жидкого металла уменьшается и создаются полезные условия для отрыва пор и легкого всплытия на поверхность сварочной ванны. С помощью продольных магнитных полей зафиксировано снижение почти в 2,5 раза пористости при подводной сварке конструкционных сталей [62] и в 5 раз при сварке титановых и алюминиевых сплавов [63].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Гу Цзэжэнь, 2019 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Неровный В.М. Способы стабилизации и управления тепловыми характеристиками дугового разряда при пайке в вакууме // Сварка и диагностика. 2013. №2. С. 34-40.

2. Неровный В.М. Теплоэнергетические характеристики сварочной дуги низкого давления // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2014. №08(67). С. 46-49.

3. Крысько Н.В., Рыбачук A.M. Область, чувствительная к внешним магнитным полям при сварке в С02 // Сварка и диагностика. 2013. №5. С. 36-40.

4. Крысько Н.В., Рыбачук A.M. Особенности области, чувствительной к внешним магнитным полям при сварке в аргоне и смесях // Сварка и диагностика. 2014. №5. С. 54-56.

5. Gatzen М. Influence of low-frequency magnetic fields during laser beam welding of aluminum with filler wire // Physics Procedia. 2012. Vol. 39. P. 59-66.

6. Завьялов В.E., Звороно Я.П., Петраков А.Б. Использование продольного магнитного поля при наплавке под флюсом // Сварочное производство. 1990. №2. С. 3-6.

7. Рыжов P.M. Влияние импульсных электромагнитных воздействий на процессы формирования и кристаллизации швов // Автоматическая сварка. 2007. № 2. С. 56-58.

8. Акулов А.И., Рыбачук A.M. Удержание жидкого металла сварочной ванны поперечным магнитным полем // Сварочное производство. 1972. №2. С. 9-10.

9. Акулов А.И., Рыбачук A.M., Чернышов Г.Г. Особенности формирования шва при сварке в поперечном магнитном поле.// Сварочное производство. 1979. №7. С. 11-14.

10. Кубарев В.Ф., Рыбачук A.M., Акулов А.И., Чернышев Г.Г. Магнитогидродинамическое торможение расплава в сварочной ванне // Известия вузов. Машиностроение. 1984. №9. С. 134-136.

11. Wu Н., Chang Y., Lu L., et al. Review on magnetically controlled arc welding process // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2017. Vol.91(9-12). P. 4263-4273.

12. Мазель А.Г. Технологические свойства электросварочной дуги. М.: Машиностроение, 1996. 150 с.

13. Гвоздецкий B.C., Мечев B.C. Исследование вращающейся в магнитном поле сварочной дуги постоянного тока // Автоматическая сварка. 1963. № 12. С. 1-6.

14. Леваков B.C., Любавский К. В. Влияние магнитного поля на электрическую дугу с неплавящимся электродом вольфрамовым электродом // Сварочное производство. 1965. № 10. С. 9-12.

15. Тиходеев Г.В. Энергетические свойства электрической сварочной дуги. -АН СССР. М. - Л.: Изд-во АН СССР, 1961. 254 с.

16. Wang J. Research on rotating jet transition stability of high-efficiency MAG welding by magnetic field control: PhD thesis. Beijing. 2003. 148 p.

17. Завьялов B.E., Звороно Я.П., Петраков А.Б. Использование продольного магнитного поля при наплавке под флюсом // Сварочное производство. 1990. №2. С. 3-5.

18. Zhu S., Wang Q., Yin F., et al. Research on MIG welding arc under alternating longitudinal magnetic field // Transactions of Materials and Heat Treatment. 2011. Vol. 32. №11. P. 23-27.

19. Черныш В.П., Матяш В.И. Предупреждение нарушений формирования швов при повышенной скорости сварки переменном зазоре между кромками // Автоматическая сварка. 1990. № 9. С. 9-11.

20. Болдырев A.M., Биржев В.А., Померанцев А.С. О возможности управления процессами при дуговой сварке и наплавке в аксиальном

магнитном поле // Сварка и контроль-2004: Тез. Докл. Пермь: ПГТУ, 2004. Т.2. С. 273-278.

21. Шаферовский В. А. Влияние аксиального магнитного поля на проплавляющую способность дуги при сварке толстолистовой стили с программированием режима // Автоматическая сварка. 1996. № 8. С. 20-24.

22. Болдырев A.M., Биржев В.А., Черных А.В. Особенности плавления электродного металла при сварке во внешнем продольном магнитном поле // Сварочное производство. 1991. № 5. С. 28-30.

23. Болдырев A.M., Биржев В.А., Черных А.В. Плавление электродной проволоки при сварке в аксиальном переменном магнитном поле промышленной частоты 50 Гц // Сварка и контроль-2001: Тез. Докл. Воронеж: ВГАСУ, 2001. С. 118-121.

24. Сварка плавящимся электродом в защитных газах с электромагнитным перемешиванием / В.П. Игумов [и др.] // Автоматическая сварка. 1983. № 3. С. 41-42, 59.

25. Ковалев И.М. Отклонение сварочной дуги в поперечном магнитном поле // Сварочное производство. 1965. № 10. С. 4-9.

26. Hicken G.K., Jackson С.Е. Effects of applied magnetic fields on welding arcs // Welding Journal. 1966. Vol.45. № 11. P. 515-525.

27. Ando K., Nishikawa J., Yamanouchi N. Effects of the magnetic fields on bead formation in TIG arc welding // Journal of the Japan Welding Society. 1968. Vol.37. № 1. P. 41-50.

28. Jayarjan T.N., Jackson C.E. Magnetic control of gas tungsten-arc welding process // Welding Journal. 1972. Vol.51. № 8. P. 377-385.

29. Аргонодуговая сварка нержавеющих труб с использованием магнитных полей / В.Е. Завьялов [и др.] // Сварочное производство. 1979. № 12. С. 19-20.

30. Рыжов PH., Семенюк B.C., Титов А.А. Особенности формирования и

кристаллизации швов при TIG-сварка с отклонением дуги магнитным полем // Автоматическая сварка. 2004. № 4. С. 17-20.

31. Дуговая сварка кабельных оболочек в поперечном магнитном поле / И.М. Ковалев [и др.] // Сварочное производство. 1977. № 11. С. 37-38.

32. Ковалев И.М., Кричевский Е.М., Львов В.Н. Аргонодуговая сварка труб из стали 1Х18Н10Т неплавящимся электродом с формированием шва в поперечном магнитном поле // Сварочное производство. 1975. № 5. С. 15-17.

33. Демчинский Ю.А., Дятлов В.И. Магнитное поле при газоэлектрической сварке плавящимся электродом // Автоматическая сварка. 1963. № 4. С. 82-83.

34. Сердюк Г.Б., Корниенко А.Н. Сварочная дуга в переменном магнитном поле // Автоматическая сварка. 1963. № 10. С. 9-14.

35. Бачелис И.А. О расчете отклонения сварочной дуги в постоянном поперечном магнитном поле // Сварочное производство. 1963. № 7. С. 8-10.

36. Kang YH., Na S.A. Characteristics of welding and arc signal in narrow groove gas metal arc welding using electromagnetic arc oscillation // Welding Journal. 2003. Vol.3. P. 93-99.

37. Pat. 2,884,705 USA CI. 219-61. Welding method and apparatus / H.J. Bowman [et al.] (USA). No 556,174; apl. 29.12.1955; pat. 22.07.1958. 6 p.

38. Размышляев А.Д., Маевский В.P. Влияние управляющих магнитных полей на геометрические параметры шва при дуговой сварке под флюсом // Сварочное производство. 1996. № 2. С. 17-19.

39. А.с. 316542 СССР, МКИ В 23 К 9/08. Способ дуговой сварки / А.Г. Потапьевский, B.C. Мечев, Н.И. Костенюк (СССР) № 1420626/25-27; заявл. 20.03.1970; опубл. 07.10.1971, Бюл. № 30. 2 с. : ил.

40. Jetline Egineering. Magnetic arc control systems, [electronic resource] URL: http://www. ietline.com/fdownload. aspx?r=2&q= 176 (дата обращения:

15.11.2015).

41. А.с. №1318355 СССР, МГЖ В 23 К 9/08. Устройство для сварки в поперечном магнитном поле / А.Н. Сергеев, Г.В. Осянкин, В.М. Бурдыкин и А.Г. Девяткин (СССР) № 4026969/31-27; заявл. 26.02.86; опубл. 23.06.87, Бюл. № 23. 3 с. : ил.

42. А.с. №1574391 СССР, МГЖ В 23 К 9/08. Способ дуговой сварки и устройство для его осуществления / М.Ф. Кусков, В.Ф. Сидоренко, С.Н. Паращенко, И.П. Лепейко и Н.Ф. Зубова (СССР) № 4412291/31-2; заявл. 18.04.88; опубл. 30.06.90, Бюл. № 24. 6 с. : ил.

43. Kobayashi Н., Nakahara S. The effects of filler wire and magnetic control in MIG arc welding // Welding International. 1990. Vol.3. № 10. P. 761-767.

44. Корниенко А.Н. Магнитное управление процессом наплавки ленточным электродом под флюсом // Сварочное производство. 1964. № 4. С. 12-14.

45. Luo J., Luo Q.Y., Lin Y.H., Xue J. A new approach for fluid flow model in gas tungsten arc weld pool using longitudal electromagnetic control // Welding Journal. 2003. Vol.82. № 8. P. 202-206.

46. Особенности формирования швов при дуговой сварке титана с электромагнитным перемешиванием / Шеленков Г.М. [и др.] // Сварочное производство. 1977. № 3. С. 24-25.

47. Абралов М.А., Абдурахманов РУ, Йулдашев А.Т. Влияние электромагнитно воздействия на свойства и структуру сварных соединений сплава 01420 // Автоматическая сварка. 1977. № 5. С. 21-24.

48. Yin X.Q., Luo J. Improving solidfication structure and mechanical properties of LDIOCS aluminum alloy by electromagnetic stirring // Mechanical Science and Technology. 1999. № 5. P. 822-824.

49. Абралов M.A., Абдурахманов РУ Некоторые особенности формирования вторичных границ в сварных швах при электромагнитном воздействии // Автоматическая сварка. 1980. № 2. С. 12-14.

50. Абралов М.А., Абдурахманов РУ О механизме измельчения первичной

структуры металла сварного шва при электромагнитном воздействии // Автоматическая сварка. 1982. № 2. С. 18-21.

51. Якушин Б.Ф., Мисюров А.И. Повышение технологической прочности швов при сварке среднелегированной стали с электромагнитным воздействием // Сварочное производство. 1979. № 12. С. 7-9.

52. Curiel F.F., Garcia R., Lopez V.H., et al. Effect of magnetic field applied during gas metal arc welding on the resistance to localised corrosion of the heat affected zone in AISI 304 stainless steel // Corrosion Science. 2011. Vol.53. № 7. P. 2393-2399.

53. Влияние внешнего магнитного поля на кристаллизацию и технологическую прочность при аргонодуговой сварке магниевых сплавов / A.M. Болдырев [и др.] // Сварочное производство. 1974. № 9. С. 14-16.

54. Структура и свойства металла шва при сварке в продольном магнитом переменном поле низкой частоты / Е.В. Бардокин [и др.] // Сварочное производство. 1975. № 11. С. 12-14.

55. Рыжов PH., Кожухарь В.А., Максимов С.Ю., Прилипко Е.А. Влияние внешних электромагнитных воздействий на микроструктуру и химический состав швов при подводной мокрой сварке // Автоматическая сварка. 2005. № 10. С. 41-42.

56. Черныш В.П., Пахаренко В.А., Кузнецов В.Д. Влияние режима электромагнитного перемешивания на химическую микронеоднородность швов // Автоматическая сварка. 1980. № 1. С. 76-77.

57. Автоматическая сварка изделий из стали X17H13M3T большой толщины с электромагнитным перемешиванием сварочной ванны / А.Н. Брискман [и др.] // Химическое и нефтяное машиностроение. 1973. № 9. С. 25-26.

58. Чаюн А.Г., Сыроватка В.В., Матяш В.И. Дуговая сварка алюминиевого сплава 01420 с применением электромагнитного перемешивания // Автоматическая сварка. 1981. № 6. С. 19-21.

59. Рыжов PH., Кожухарь В.А., Максимов С.Ю., Прилиико Е.А. Применение внешних электромагнитных воздействий для улучшения механических свойств при подводной мокрой сварке // Автоматическая сварка. 2004. № 11. С. 53-54.

60. Рыжов PH., Скачков И.О., Черныш В.П. Повышение сопротивляемости сварных швов образованию горячих трещин при ручной дуговой сварке неплавящимся электродом // Автоматическая сварка. 1997. № 4. С. 25-29.

61. Czernysz W., Ryzhov R., Tyrec E. Influence of electromagnetic effect in welding on the increase in resistance to hot cracking // Welding International. 2004. Vol.18. P. 275-262.

62. Максимов С.Ю., Прилиико E.A., Рыжов PH., Кожухарь B.A. Влияние внешнего электромагнитного воздействия на содержание водорода в металле швов при мокрой подводной сварке // Автоматическая сварка.

2003. № 6. С. 55-56.

63. Влияние внешнего магнитного поля на плотность металла шва при сварке сплава ОТ4-1 / A.M. Болдырев [и др.] // Сварка и контроль-2001: Тез. докл. Воронеж: ВГАСУ, 2001. С. 164-169.

64. Рыжов PH. Применение комбинированных электромагнитных воздействий для улучшения качества швов при сварке неплавящимся электродом // Автоматическая сварка. 2005. № 7. С. 159-161.

65. Рыжов PH., Кузнецов В.Д., Малыпев А.В. Применение шестиполюсной электромагнитной системы для управления параметрами формирования швов при сварке неплавящимся электродом // Автоматическая сварка.

2004. № 2. С. 45-49.

66. Pat. 6,023,043 USA. CI/ 219-123. Method of welding in the horizontal position and welding apparatus therefor / Y. Manabe [et. al] (Japan). NO 08/983,357; apl. 07.05.1997; pat. 08.02.2000. 11 p.

67. Пат. 422004 Германия, МПК 21 h, 18/30. Способ и устройство для плавки. / О. Мук (Германия). № DENDATM0082891 - заявил. 30.10.23; опубл.

23.11.25. С. 4.

68. Бекетов А.И. Тепловые процессы в пристеночной области сварочной ванны и примыкающей к ней области твердого металла при дуговой сварке: Дис. ... канд. техн. наук. М., 1967. 130 с.

69. Звороно Я.П., Катлер С.М. Дуговая сварка с электромагнитным удержанием сварочной ванны // Сварочное производство. 1970. № 5. С. 3-4.

70. A.c. 210974 СССР, МЕСИ 21h 30/11. Устройство для удержания жидкого металла / С.М. Катлер, Я.М. Звороно(СССР). № 1029507/25-27; заявл. 23.09.65; опубл. 01.04.68, Бюл. № 7. 4 с. : ил.

71. Несмашный В.А. Формирование потолочных швов с помощью магнитных полей при дуговой сварке // Сварочное производство. 1973. № 6. С. 23-24.

72. Несмашный В.А. Особенности магнитного формирования потолочных швов при сварке плавящимся электродом // Новые методы исследования в теоретической электротехнике и инженерной электрофизики: темат. сборник науч. трудов. Иваново, 1973. С. 100-104.

73. Розенкрац A.C., Несмашный В.А. Электромагнитное формирование швов при сварке неповоротных стыков // Строительство трубопроводов. 1973. №3. С. 18-19.

74. Gunter Н. Automatisches Schurez verfahren im Rohrleitungsbau mit magnetish gestenortem lichtbogen // Schweissen and Schneiden. 1958. № 10. S. 385-394.

75. Рыбачук A.M. Разработка и исследование способа формирования шва поперечным магнитным полем. Дис. ... канд. техн. наук. М., 1979. 176 с.

76. Pat. 2,001,179 USA, CI. 219-10. Electric Are Welding / B.J. Brügge (USA). No 654,834; apl. 02.02.1933; pat. 14.05.1935. 5 p.

77. Pat. № 645938 Germany. Klasse 21h Gruppe 3014. Lichtbogenschweissung, bei dem der Lichtbogen magnetisch beeinflusst wird / Siemens-Schuckertwerke Schweissbrenner für elektrische (Germany). № S 100469; erkl.. 18.08.1931; ver. 05.06.1937. 3 s.

78. Pat. 2,809,277 USA, CI. 219-123. Magnetically-impelled arc Welding method and apparatus / R.T. Breimeier (USA). No 530,170; apl. 23.08.1955; pat. 08.10.1957. 4 p.

79. Nomura K., Morisaki K., Hirata Y Magnetic control of arc plasma and its modelling // Welding in the World. 2009. Vol. 53, No 7/8, P. 181-187.

80. Nomura K., Ogino Y, Haga Т., Hirata Y Influence of magnet configuration on magnetic controlled TIG arc welding // Transactions of JWRI. 2010. Vol. 39, No. 2. P. 209-210.

81. Nomura K., Ogino Y., Hirata Y Shape control of TIG arc plasma by cusp-type magnetic field with permanent magnet // Welding International. 2012. Vol. 26, No 10, P. 759-764.

82. A.c. 654964 СССР, МКИ H 01F 3/10. Магнитная система / А.И. Акулов, Б.К. Буль, A.M. Рыбачук [и др.] (СССР). № 2384372/24-07; заявл. 06.07.76; опубл. 30.03.79, Бюл. № 12. 3 с. : ил.

83. Пат. UA 42252 А Украина, МПК В 23 К 9/08. Пальник для зварювання з зовнишним електромагнитними днями / О. В. Малишев, P.M. Рыжов (Украина). № 2000127029; заявл. 07.12.2000; опубл. 15.10.2001, Бюл. № 9. 5 с. : ил.

84. А.с. 2086371 Российская Федерация, МПК В 23 К 9/08. Способ двухдуговой сварки / О.Н. Киселев [и др.] (РФ). № 95121960/02; заявл. 27.12.95; опубл. 10.08.97, Бюл. № 22. 4 с. : ил.

85. А.с. 1592135 СССР, МПК В 23 К 9/08. Способ дуговой сварки / А.Т. Рыбачук (СССР). № 4342124/25-27; заявл. 10.12.87; опубл. 15.09.90, Бюл. № 43. 6 с. : ил.

86. Крысько Н.В. Разработка способа формирования шва поперечным магнитным полем при дуговой сварке плавящимся электродом. Дис. ... канд. техн. наук. М., 2015. 121 с.

87. Дюргеров Н.Г., Щекин В.А. О причинах разбрызгивания металла при газоэлектрической сварке длинной дугой // Сварочное производство. 1973.

№ 10. С. 47-49.

88. Акулов А.И., Рыбачук A.M. Удержание сварочной ванны поперечным магнитным полем при сварке плавящимся электродом // Сварочное производство. 1975. № 11. С. 9-10.

89. Рыкалин Н.Н. Расчеты тепловых процессов при сварке [Текст] / Н.Н. Рыкалин. -М.: МАШГИЗ, 1951.-296 с.

90. Morozionkov J., Virbalis J.A. Investigation of electric reactor magnetic field using finite element method // Electronics and Electrical Engineering. 2008. No. 5(85). P. 9-12.

91. Яворский Б.М., Детлаф A.A. Справочник по физике. М.: Наука, 1974. 942 с.

92. Лесков Г.И. Электрическая сварочная дуга. М.: Машиностроение, 1970. 335 с.

93. Гухман А.А. Введение в теорию подобия. М.: Высш. шк., 1973. 296 с.

94. Рыбачук A.M., Чернышев Г.Г. Распределение сварочного тока в изделии и ванне при дуговой сварке // Сварка и Диагностика. 2011. №6. С. 16-20.

95. Коновалов А.В., Куркин А.С., Макаров ЭЛ., Неровный В.М., Якушин Б.Ф. Теория сварочных процессов: Учебник для вузов / под. ред. В.М. Неровного. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. 752 с.

Акционерное общество "ЕВРАКОР"

Юридический адрес: Россия, 101000, г. Москва, ул. Мясницкая, д. 46, строение 7, помещение III, комната 2 Почтовый адрес: Россия, 105120, г. Москва, Съезжинский переулок, д. 3, строение 1 телефон: [phone], факс: [phone], www.euracor.ru ИНН 7701716324, КПП 770101001, ОГРН 5077746549755, ОКПО 99658733

СПРАВКА

о внедрении результатов исследования, полученных в диссертации Гу Цзэжэнь «Формирование швов магнитным полем при дуговой сварке ферромагнитных материалов»

Результаты, полученные Гу Цзэжэнь в рамках диссертационного исследования на тему «Формирование швов магнитным полем при дуговой сварке ферромагнитных материалов», имеют реальное практическое значение для предприятия. Работа выполнялась в период с 2015 по 2019 г. и была направлена на формирование швов с нулевым обратным валиком при сварке ферромагнитных металлов.

К наиболее существенным результатам исследования относятся:

1)Установлено, что поле плотности электрического тока связно с полем удельного теплового потока при сварке нормально-круговым и нормально-эллиптическим источниками.

2)Установлена взаимосвязь требуемой величины магнитного поля для удержания сварочной ванны с размерами немагнитной зоны и режимом сварки, определяющим длину сварочной ванны и конструкцией магнитной системы.

Результаты, полученные Гу Цзэжэнь в рамках диссертационного исследования, приняты к внедрению при сварке труб из ферромагнитных металлов.

Главный технолог АО «ЕВРАКОР»

отзыв

научного руководителя на диссертацию ГУ ЦЗЭЖЭНЬ

на тему «Формирование швов магнитным полем при дуговой сварке ферромагнитных материалов», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.10 - Сварка, родственные процессы и технологии.

Гу Цзэжэнь окончил в 2015 году окончил Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана по направлению 150700 «Машиностроение». После окончания университета поступил на очное отделение аспирантуры МГТУ им. Н.Э. Баумана кафедры «Технологии сварки и диагностики» (МТ-7), срок окончания которой - сентябрь 2019 года. В период обучения в очной аспирантуре Гу Цзэжэнь показал себя грамотным и целеустремлённым исследователем, способным самостоятельно решать сложные научно-технические задачи.

С 2016 года Гу Цзэжэнь учувствует в проведении лабораторных работ на кафедре «Технологии сварки и диагностики» МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Работа над диссертацией велась активно, творчески, соискатель самостоятельно выполнил значительный объем экспериментальных исследований на базе кафедры «Технологии сварки и диагностики» МГТУ им. Н.Э. Баумана. Особо следует отметить его инициативность в публикации результатов диссертационной работы, участии в конференциях.

Считаю, что по научной квалификации и результатам диссертационной работы Гу Цзэжэнь достоин присуждения ему искомой ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.10 -Сварка, родственные процессы и технологии.

Научный руководитель, к.т.н., доцент кафедры МТ-7 «Технологии сварки и диагностики» ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет

им. Н.Э. Баумана (НИУ)»

Контакты:

К.т.н. (05.02.10), доцент Рыбачук Александр Михайлович

105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д.5, стр. 1 МГТУ им. Н.Э. Баумана

эл. почта: [e-mail]