Вестник МГТУ, 2025, Т. 28, № 4/1.

Савчук В. С. и др. Составной электропривод сварочного электротехнического комплекса Результаты и обсуждение В рамках предыдущих исследований определено, что имитационный моделируемый объект - сварочная дуга - имеет множество инерционных составляющих (Савчук и др., 2023). Динамические характеристики сварочной системы (инерционные параметры) играют важную роль в процессе сварки. Они определяют устойчивость самого процесса, качество формируемого шва и эффективность управления оборудованием. По сути, эти параметры показывают, как система реагирует на любые изменения в режимах сварки, внешние помехи и переходные процессы, которые неизбежно возникают. К основным инерционным параметрам относятся1: - инерция механической части, зависящая от массы всех движущихся элементов сварочной установки (горелки, манипулятора и механизма подачи электродной проволоки), а также от инерции вращающихся деталей (например, приводных шестерен). Именно механическая инерция влияет на точность позиционирования сварочного инструмента и скорость, с которой система реагирует на поступающие управляющие сигналы; - тепловая инерция, определение которой основано на уравнении теплопроводности Фурье - Кирхгофа, выражается следующим образом: pcp = V (k -VT ) + Q, at где Q - мощность источника нагрева; к - теплопроводность; cp - теплоемкость. Причиной отставания прогрева при скачкообразном изменении мощности (например, в импульсной сварке) и нелинейного охлаждения после прекращения подачи энергии является электромагнитная инерция, которая учитывается в модели дуги как R-L-цепь. Данные процессы оказывают влияние на структуру металла (например, способствуя образованию мартенсита в сталях): U =IR +L — , dt где L - индуктивность сварочного контура. В результате этого процесса происходит замедление стабилизации при смене полярности (в сварке AC TIG) и возникают нестабильные режимы дуги при работе с высокочастотными импульсами, что связано с особенностями цепей, обеспечивающих питание дуги (их индуктивными и емкостными характеристиками). Тепловая инерция определяет скорость, с которой материал набирает и теряет тепло. Она зависит от теплоемкости и теплопроводности материала, мощности источника теплового воздействия (дуги, лазера или электронного луча), а также от скорости выполнения сварочных работ. Инерция механизма подачи проволоки обусловлена массой и сопротивлением привода и подающих узлов; этот параметр важен для таких процессов, как MIG/MAG и сварка под флюсом. Инерционные свойства гидравлических и пневматических систем проявляются при подаче защитного газа или охлаждающей жидкости. Часть совокупной инерции по системе возможно компенсировать за счет адаптации работы составного электропривода сварочного комплекса (вылет проволоки, изменяемой скорости подачи и пр.) при введении дополнительного блока. Динамические характеристики механических систем учитываются в уравнении движения т = ЛЭ"+ B Ѳ'+АѲ, где J - момент инерции; B - коэффициент вязкого трения; K - жесткость. В сварочных процессах, особенно при использовании ЧПУ, инерция оборудования может вносить погрешности в работу системы управления2. Для их компенсации применяются алгоритмы, предсказывающие поведение системы, например ПИД-регуляторы с прямой связью (feedforward). При моделировании тепловых процессов в сварке необходимо использовать численные методы, такие как метод конечных элементов FEA, для расчета распределения температуры с учетом тепловой инерции. Эти методы позволяют прогнозировать деформации, возникающие из-за неравномерного нагрева. При анализе электрических процессов в сварке важно учитывать частотные характеристики сварочной цепи, в частности ее импеданс, влияющий на устойчивость дуги при изменении тока (di/dt): Z (ю) = R+joL. В сварочных процессах, таких как ручная дуговая сварка (MMA), аргонодуговая сварка (TIG) и полуавтоматическая сварка (MIG/MAG), инерционные эффекты оказывают заметное влияние. При сварке MIG/MAG инерция механизма подачи проволоки может приводить к нестабильности длины дуги при изменении скорости подачи. В сварке TIG тепловая инерция вольфрамового электрода замедляет процесс стабилизации его температуры. Для решения этих проблем предлагается использовать подающие механизмы с минимальной инерцией, например сервоприводы с обратной связью, а также применять адаптивные режимы сварки (синергетическую сварку), которые автоматически подстраиваются под изменяющиеся условия. 1ФедуловаМ. А. Физико-химические процессы в сварочной дуге. Екатеринбург, 2009. 78 с. 2Буль В. К. Основытеории электрических аппаратов. Москва, 2002. 320 c. 512