Регулирование дугового взаимодействия между плавящимся электродом и дополнительной присадочной проволокой при наплавке (DE-GMAW)

Введение. Рассмотрена дуговая наплавка путем подачи дополнительной присадочной проволоки, подогреваемой дополнительной дугой, горящей между присадочной и электродной проволокой. В условиях такой наплавки исследована минимизация поступления металла переплавляемой подложки в наплавляемый металл. Цели работы: изучение условий, обеспечивающих саморегулирование данного перспективного процесса дуговой наплавки, а также оценка возможности управления мощностью теплового воздействия на металл и на поток наплавляемого металла.

Материалы и методы. При решении широкого круга задач сварки и наплавки целесообразно использовать методы инженерного анализа, основанные на физико-математическом моделировании процессов и явлений. К их числу относятся:

• саморегулирование дугового процесса при совместном плавлении электродной и присадочной проволок;
• оценка возможности управления мощностью теплового воздействия на металл и на поток наплавляемого металла при формировании наплавочной ванны.

В работе рассмотрены особенности дуговой наплавки антикоррозионных хромоникелевых сталей на низколегированную сталь.

Результаты исследования. Предложены новые математические зависимости, описывающие физические явления при наплавке с дуговым взаимодействием между электродной и присадочной проволокой. Разработана физико-математическая модель совместного плавления электродной и присадочной проволок. Она позволяет определять значения регулирующих параметров. Кроме того, можно узнать, с какой мощностью на подложку воздействует тепло от:

• тепловыделения в основной дуге,
• потоков капель наплавляемого электродного и присадочного металла,
• излучения плазмы дуг.

Обсуждение и заключения. Установлено, каким образом на ток и длины основной и дополнительной дуг воздействуют напряжения питания. Определена скорость подачи электродной и присадочной проволок диаметром 1,6 мм и 1,2 мм из сплава Inconel 625. Показано, какое тепловое воздействие в этом случае испытывает подложка. Отмечено, что ввиду большего значения тока основной дуги диаметр электродной проволоки должен быть больше, чем у присадочной. Тепловой поток в подложке создается преимущественно потоком капель наплавляемого металла.

1. Zhang, Y. M. Double electrodes improve GMAW heat input control / Y. M. Zhang, M. Jiang, W. Lu // Welding Journal. — 2004. — Vol. 83, no. 11. — P. 39–41.

2. Li, K. H. Consumable double-electrode GMAW. Part 1: The process / K. H. Li, Y. M. Zhang // Welding Journal. — 2008. — Vol. 87, no. 1. — P. 11–17.

3. Li, K. H. Consumable double-electrode GMAW. Part II: Monitoring, modeling and control / K. H. Li, Y. M. Zhang // Welding Journal. — 2008. — Vol. 87, no. 2. — P. 44–50.

4. Lu, Y. Double-Electrode Arc welding process: Principle, variants, control and developments / Yi Lu, Shu Jun Chen, Yu Shi [et al.] // Journal of Manufacturing Processes. — 2014. — Vol. 16, no. 1. — P. 93–108.

5. Günther, K. Hot wire-assisted gas metal arc welding of hypereutectic FeCrC hardfacing alloys: Microstruc- ture and wear properties / K. Günther, J. P. Bergmann, D. Suchodoll // Surface and Coatings Technology. — 2018. — Vol. 334. — P. 420–428.

6. Полосков, С. С. Проблемы наплавки уплотнительных поверхностей трубопроводной арматуры и пути их решения / С. С. Полосков // Вестник Донского государственного технического университета. — 2019.— Т. 19, № 4. — С. 349−356. DOI: https://doi.org/10.23947/1992-5980-2019-19-4-349-356.

7. Физико-математическая модель орбитальной сварки неплавящимся электродом в инертных газах: концепция и возможности / А. В. Шипилов, В. А. Ерофеев, Е. М. Вышемирский, С. И. Полосков // Сварка и диагностика. — 2011. — № 2. — С. 3–9.

8. Winczek, J. Modelling of a temporary temperature field during arc weld surfacing of steel elements taking into account heat of the weld / J. Winczek, G. Rygal // Journal of Applied Mathematics and Computational Mechanics. — 2015. — Vol. 14, no. 1. — P. 111–120.

9. Murphy, A. B. A perspective on arc welding research: The importance of the arc, unresolved questions and future directions / A. B. Murphy // Plasma Chemistry & Plasma Processing. — 2015. — Vol. 35, no. 3. — P. 471–489.

10. Полосков, С. С. Физико-математическая модель дугового взаимодействия при наплавке плавящимся электродом с дополнительной присадочной проволокой / С. С. Полосков, В. А. Ерофеев, М. А. Шолохов // Сварка и диагностика. — 2019. — № 6. — С. 27–31.

11. Физико-математическая модель системы «источник питания — дуга» для сварки плавящимся элек- тродом в защитных газах / О. Б. Гецкин, С. И. Полосков, В. А. Ерофеев, О. П. Витько // Тяжелое машинострое- ние. — 2008. — № 6. — С. 18–20.

12. Waszink, H. Heat generation and heat flow in the filler metal in GMA welding / H. Waszink, C. J. P. M. Van den Heuvel // Welding Journal. — 1982. — Vol. 61, no. 8. — P. 269–280.

13. Ленивкин, В. А. Технологические свойства сварочной дуги в защитных газах / В. А. Ленивкин, Н. Г. Дюргеров, Х. Н. Сагиров. — Москва : Машиностроение, 1989. — 264 с.

14. Chuan Song Wu. Computer simulation of three-dimensional convection in traveling MIG weld pools / C. S. Wu // Engineering Computations. — 1992. — Vol. 9, iss. 5. — P. 529–537.