pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2020-11-3-222-227pimi-666Research ArticleМетоды измерений, контроля, диагностикиMethods of measurements, monitoring, diagnosticsОпределение параметров переносимых капель электродного металла методом имитационного моделирования и визуализацииDetermination of Parameters of Electrode Metal Transported Drops by Simulation and VisualizationИльященкоД. П.IlyaschenkoD. P.

Адрес для переписки: Д.П. Ильященко – Юргинский технологический институт (филиал) Национального исследовательского Томского политехнического университета, ул. Ленинградская, 26, г. Юрга 652055 e-mail: mita8@rambler.ru

Address for correspondence: D.P. Ilyaschenko – Yurga Institute of Technology National Research Tomsk Polytechnic University, Leningradskaya st., 26, 652055, Yurga, Russian Federation e-mail: mita8@rambler.ru

mita8@rambler.ruКрюковА. В.KryukovA. V.ЛавроваЕ. В.LavrovaE. V.КузнецовМ. А.KuznetsovM. A.ВерхотуроваЕ. В.VerkhoturovaE. V.Юргинский технологический институт (филиал) Национального исследовательского Томского политехнического университета; Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наукРоссияYurga Institute of Technology National Research Tomsk Polytechnic University; Institute of Strength Physics and Materials Science of Siberian Branch Russian Academy of SciencesRussian FederationЮргинский технологический институт (филиал) Национального исследовательского Томского политехнического университетаРоссияYurga Institute of Technology National Research Tomsk Polytechnic UniversityRussian FederationПриазовский государственный технический университетУкраинаPriazovskyi State Technical UniversityUkraineИркутский национальный исследовательский технический университет; Калининградский государственный технический университетРоссияIrkutsk National Research Technical University; Kaliningrad State Technical UniversityRussian Federation202022092020113222227Copyright © Ильященко Д.П., Крюков А.В., Лаврова Е.В., Кузнецов М.А., Верхотурова Е.В., 20202020Ильященко Д.П., Крюков А.В., Лаврова Е.В., Кузнецов М.А., Верхотурова Е.В.Ilyaschenko D.P., Kryukov A.V., Lavrova E.V., Kuznetsov M.A., Verkhoturova E.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/666

Основным технологическим параметром процесса ручной дуговой сварки, покрытым электродами, существенно влияющим на эффективность его протекания, является характер плавления и переноса расплавленного электродного металла. Поэтому актуальным является вопрос максимально точного определения параметров переносимых капель расплавленного электродного металла и их последующего перехода в сварочную ванну. Целью данной работы являлась разработка методики и визуального представления формы и геометрических параметров (объём, площадь, масса) капли расплавленного электродного металла.

Разработан метод имитационного моделирования и визуализации переноса капель расплавленного электродного металла и их параметров, что позволит получить входные данные с высокой степенью достоверности для разработки математических моделей распределения температурных полей по поверхности свариваемого изделия и её верификации. Алгоритм реализован в виде расчётных программ для определения параметров капли расплавленного металла и средств визуального представления её геометрии и пространственной формы. С помощью данного метода определён ряд параметров капель расплавленного электродного металла: объём, масса, положение центра масс, площадь поверхности.

Установлено, что возможно с максимальной достоверностью производить измерения, увеличить число измеряемых параметров, а также наглядно представить происходящие процессы.

Предложенный метод значительно упрощает трудоёмкость проведения экспериментальных исследований по определению размера капель электродного металла в сравнении со стандартными методами. Зная размер капель при определённых режимах сварки, можно управлять процессом каплепереноса, т. е. уменьшать тепловложение в свариваемое изделие и получать сварные соединения с заданными эксплуатационными свойствами.

The nature of the molten electrode metal melting and transfer is the main process parameter of manual metal arc welding (MMA) with coated electrodes. It significantly affects the efficiency of the welding process. For this reason the relevant task is to identify the parameters of the transferred molten electrode metal drops and their further transfer into the weld pool with maximum accuracy. The aim of the given paper is to develop a method and visual representation of the form and the geometrics (volume, area, mass) of a molten electrode metal drop.

We have developed the method of simulation modeling and visualization for molten electrode metal drops transfer and their parameters. It allows obtaining highly reliable input data to be used for developing and verification of mathematical models for the thermal fields distribution along the welded item surface. The algorithm is realized as the calculation programs for specifying the molten metal drop parameters and means of its geometrics and space form visualization.

We used this method to specify a number of molten electrode metal drop parameters: volume, mass, center-of-gravity position, surface area.

We have established that it is possible to conduct the measurements with maximum

The suggested method significantly decreases the labor intensity of experimental studies aimed at specifying the size of electrode metal drops in comparison to the standard methods. When we know the size of the drops under certain welding conditions we can control the drop transfer process, i. e. reduce the heat input into the welded item and produce weld joints with the tailored performance characteristics.

ручная дуговая сваркакапля расплавленного электродного металламетод имитационного моделированиявизуализацияMMAa drop of molten electrode metalparameterssimulation methodvisualizationThe Russian Science Foundation, grant no. 18-79-10035, supported this work.ReferencesSaraev Y.N., Chinakhov D.A., Ilyashchenko D.I., Kiselev A.S., Gordynets A.S. Investigation of the stability of melting and electrode metal transfer in consumable electrode arc welding using power sources with different dynamic characteristics. Welding International, 2017, no. 31(10), pp. 784−790. DOI: 10.1080/09507116.2017.1343977Saraev Y.N., Chinakhov D.A., Ilyashchenko D.I., Kiselev A.S., Gordynets A.S. Investigation of the stability of melting and electrode metal transfer in consumable electrode arc welding using power sources with different dynamic characteristics. Welding International, 2017, no. 31(10), pp. 784−790. DOI: 10.1080/09507116.2017.1343977Milyutin V.S. Ispytaniya svarochnyh svojstv oborudovaniya dlya dugovoj svarki [Testing the welding properties of equipment for arc welding]. Ekaterinburg, 2019, 466 p.Milyutin V.S. Ispytaniya svarochnyh svojstv oborudovaniya dlya dugovoj svarki [Testing the welding properties of equipment for arc welding]. Ekaterinburg, 2019, 466 p.Lebedev V. Determination of the volume of the different drop of electrode metal in the conditions of vibrations of the bath and electrodewith arc mechanized welding. Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні, 2017, no. 2, pp. 95−99 (in Ukrainian).Lebedev V. Determination of the volume of the different drop of electrode metal in the conditions of vibrations of the bath and electrodewith arc mechanized welding. Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні, 2017, no. 2, pp. 95−99 (in Ukrainian).Makarenko V.D., Paly R.V., Mukhin M Yu. Tekhnologicheskie svojstva montazhnoj svarki truboprovodov [Technological properties of assembly welding of pipelines]. ed. V.D. Makarenko. Moscow: NedraBusiness Center LLC Publ., 2001, 118 p.Makarenko V.D., Paly R.V., Mukhin M Yu. Tekhnologicheskie svojstva montazhnoj svarki truboprovodov [Technological properties of assembly welding of pipelines]. ed. V.D. Makarenko. Moscow: NedraBusiness Center LLC Publ., 2001, 118 p.Krampit A.G., Krampit N.Yu. Method for determining the geometric dimensions and area of the weld. Welding production, 2012, no. 10, pp. 40–42.Krampit A.G., Krampit N.Yu. Method for determining the geometric dimensions and area of the weld. Welding production, 2012, no. 10, pp. 40–42.Votinova E.B., Shalimov M.P. Appication of the complete material balance method to estimate the transition of elements in flux cored arc welding. Solid State Phenomena, 2020, vol. 299 SSP, pp. 559–564.Votinova E.B., Shalimov M.P. Appication of the complete material balance method to estimate the transition of elements in flux cored arc welding. Solid State Phenomena, 2020, vol. 299 SSP, pp. 559–564.Makarenko V.D., Shatilo S.P. Calculation of the kinetic characteristics of electrode droplets during their passage through the arc gap during welding with coated electrodes. Welding production, 1999, no. 12, pp. 6–10.Makarenko V.D., Shatilo S.P. Calculation of the kinetic characteristics of electrode droplets during their passage through the arc gap during welding with coated electrodes. Welding production, 1999, no. 12, pp. 6–10.Il’yaschenko D.P., Chinakhov D.A., Kirichenko K.Y., Sydorets V.N. Mathematical formula to determine geometrical dimensions of electrode metal droplets transferred with short circuits. Materials Science Forum, 2018, vol. 938, pp. 1−6. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.938.1Il’yaschenko D.P., Chinakhov D.A., Kirichenko K.Y., Sydorets V.N. Mathematical formula to determine geometrical dimensions of electrode metal droplets transferred with short circuits. Materials Science Forum, 2018, vol. 938, pp. 1−6. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.938.1Ilyashchenko D.P., Berg V.I., Kryukov A.B., Saranchin A.A. Numerical simulation of thermal processes in welding with pulsed electrode wire feeding. Materials Science Forum, 2018, vol. 927 MSF, pp. 55−63. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.927.55Ilyashchenko D.P., Berg V.I., Kryukov A.B., Saranchin A.A. Numerical simulation of thermal processes in welding with pulsed electrode wire feeding. Materials Science Forum, 2018, vol. 927 MSF, pp. 55−63. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.927.55Chiocca A., Frendo F., Bertini L. Evaluation of heat sources for the simulation of the temperature distribution in gas metal arc welded joints. Metals, 2019, vol. 9(11), p. 1142. DOI: 10.3390/met9111142Chiocca A., Frendo F., Bertini L. Evaluation of heat sources for the simulation of the temperature distribution in gas metal arc welded joints. Metals, 2019, vol. 9(11), p. 1142. DOI: 10.3390/met9111142Yonggang Z., Yanhong Z. High accuracy Numerical simulation on 3D weld-pool shape of large parts. Journal of Physics: Conference Series, 2019, vol. 1187(3), pp. 032−055. DOI: 10.1088/1742-6596/1187/3/032055Yonggang Z., Yanhong Z. High accuracy Numerical simulation on 3D weld-pool shape of large parts. Journal of Physics: Conference Series, 2019, vol. 1187(3), pp. 032−055. DOI: 10.1088/1742-6596/1187/3/032055Votinova E.B., Shalimov M.P. Application of the complete material balance method to estimate the composition of weld metal in manual arc welding. Solid State Phenomena, 2017, vol. 265 SSP, pp. 762−766. DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.265.762Votinova E.B., Shalimov M.P. Application of the complete material balance method to estimate the composition of weld metal in manual arc welding. Solid State Phenomena, 2017, vol. 265 SSP, pp. 762−766. DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.265.762

The authors declare that there are no conflicts of interest present.