Определение параметров переносимых капель электродного металла методом имитационного моделирования и визуализации

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 maximumThe 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.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

Разработка конструкции исполнительного оборудования, реализующего процесс генерации капель микро- и нанодиапазона

Modeling of velocities and temperatures processes distribution in the plasma-forming channel determining the design features and optimal parameters of the plasma torch nozzle is one of promising directions in development of plasma technologies. The aim of this work was to simulate the processes of velocities and temperature distribution in the plasma-forming channel and to determine the design features and optimal geometric parameters of the plasmatron nozzle  which  ensures  the  formation  of  necessary  direction  of  plasma  flows for generation of surface waves on the surface of a liquid metal droplet under the influence of the investigated instabilities.One of the main tasks is to consider the process of plasma jet formation and the flow of electric arc plasma. For obtaining small-sized particles one of the main parameters is the plasma flow  velocity.  It  is necessary that the plasma outflow velocity be close to supersonic. An increase of  the  supersonic  speed  is possible due to design of the plasmatron nozzle especially the design feature and dimensions of the gas channel in which the plasma is formed. Also the modeling took into account dimensions of the plasma torch nozzle, i. e. the device should provide a supersonic plasma flow with the smallest possible geometric dimensions.As a result models of velocities and temperatures distribution in the plasma-forming channel at the minimum and maximum diameters of the channel were obtained. The design features and optimal geometric parameters of the plasmatron have been determined: the inlet diameter is 3 mm, the outlet diameter is 2 mm.The design of the executive equipment has been developed and designed which implements the investigated process of generating droplets of the micro- and nanoscale range. A plasmatron nozzle was manufactured which forms the necessary directions of plasma flows for the formation of surface waves on the metal droplet surface under the influence of instabilities. An algorithm has been developed for controlling of executive equipment that implements the process of generating drops of micro- and nanoscale range.Моделирование процессов распределения скоростей и температур в плазмообразующем канале, определение конструктивных особенностей и оптимальных параметров сопла плазмотрона является одним из перспективных направлений в развитии плазменных технологий. Целью данной работы являлось моделирование процессов распределения скоростей и температур в плазмообразующем канале и определение конструктивных особенностей и оптимальных геометрических параметров сопла плазмотрона, которое должно обеспечивать формирование необходимых направлений плазменных потоков для образования на поверхности капли жидкого металла поверхностных волн под действием исследуемых неустойчивостей.Одной из главных задач является рассмотрение процесса формирования плазменной струи и течения электродуговой плазмы. Для получения мелкоразмерных частиц одним из главных параметров является скорость течения плазмы. Необходимо, чтобы скорость истечения плазмы была близка к сверхзвуковой. Увеличение скорости до сверхзвуковой возможно добиться за счёт конструкции сопла плазмотрона, а именно конструктивной особенностью и размерами газового канала, в котором образуется плазма. Также при моделировании учитывались размеры сопла плазмотрона, т. е. устройство должно обеспечивать сверхзвуковое течение плазмы при возможно меньших геометрических размерах.В результате исследований получены модели процессов распределения скоростей и температур в плазмообразующем канале при минимальных и максимальных диаметрах канала. Определены конструктивные особенности и оптимальные геометрические параметры сопла плазмотрона: диаметр на входе 3 мм, диаметр выходной 2 мм.Разработана и спроектирована конструкция исполнительного оборудования, реализующая исследуемый процесс генерации капель микро- и наноразмерного диапазона. Изготовлено сопло плазмотрона, формирующее необходимые направления плазменных потоков для образования на поверхности капли жидкого металла поверхностных волн под действием исследуемых неустойчивостей. Разработан алгоритм управления исполнительным оборудованием, реализующем процесс генерации капель микро- и наноразмерного диапазона

Определение параметров переносимых капель электродного металла методом имитационного моделирования и визуализации

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

Проектирование планарного феррозондового датчика по технологии печатных плат

The development of novel methods, scientific devices and means for measuring magnetic fields generated by ultra-low current is among promising directions in the development of medical equipment and instruments for geodetic surveys and space exploration. The present work is to develop a small sensor capable of detecting weak magnetic fields, which sources are biocurrents, radiation of far space objects and slight fluctuations of the geomagnetic field. Scientists estimate the strength of such magnetic fields as deciles of nanotesla. The key requirements for the sensors of ultra-low magnetic field are: resolution, noise level in the measurement channel, temperature stability, linearity and repeatability of the characteristics from one produced item to another. The aforementioned characteristics can be achieved by using planar technologies and microelectromechanical systems (MEMS) in such advanced sensors. The work describes a complete R&D cycle, from creating the computer model of the sensor under study to manufacturing of a working prototype. To assess the effect of the geometry and material properties, the Jiles–Atherton model is implemented which, unlike the majority of the models used, allows considering the non-linearity of the core, its hysteresis properties and influence of residual magnetization. The dimensions of the developed sensor are 40×20×5 mm, while the technology allows its further diminishment. The sensor has demonstrated the linearity of its properties in the range of magnetic field strength from 0.1 nT to 50 μT for a rms current of excitation of 1.25 mA at a frequency of 30 kHz. The average sensitivity for the second harmonic is 54 μV/nT

Разработка конструкции исполнительного оборудования, реализующего процесс генерации капель микро- и нанодиапазона

Modeling of velocities and temperatures processes distribution in the plasma-forming channel determining the design features and optimal parameters of the plasma torch nozzle is one of promising directions in development of plasma technologies. The aim of this work was to simulate the processes of velocities and temperature distribution in the plasma-forming channel and to determine the design features and optimal geometric parameters of the plasmatron nozzle which ensures the formation of necessary direction of plasma flows for generation of surface waves on the surface of a liquid metal droplet under the influence of the investigated instabilities. One of the main tasks is to consider the process of plasma jet formation and the flow of electric arc plasma. For obtaining small-sized particles one of the main parameters is the plasma flow velocity. It is necessary that the plasma outflow velocity be close to supersonic. An increase of the supersonic speed is possible due to design of the plasmatron nozzle especially the design feature and dimensions of the gas channel in which the plasma is formed. Also the modeling took into account dimensions of the plasma torch nozzle, i. e. the device should provide a supersonic plasma flow with the smallest possible geometric dimensions. As a result models of velocities and temperatures distribution in the plasma-forming channel at the minimum and maximum diameters of the channel were obtained. The design features and optimal geometric parameters of the plasmatron have been determined: the inlet diameter is 3 mm, the outlet diameter is 2 mm. The design of the executive equipment has been developed and designed which implements the investigated process of generating droplets of the micro- and nanoscale range. A plasmatron nozzle was manufactured which forms the necessary directions of plasma flows for the formation of surface waves on the metal droplet surface under the influence of instabilities. An algorithm has been developed for controlling of executive equipment that implements the process of generating drops of micro- and nanoscale range

Проектирование планарного феррозондового датчика по технологии печатных плат

The development of novel methods, scientific devices and means for measuring magnetic fields generated by ultra-low current is among promising directions in the development of medical equipment and instruments for geodetic surveys and space exploration. The present work is to develop a small sensor capable of detecting weak magnetic fields, which sources are biocurrents, radiation of far space objects and slight fluctuations of the geomagnetic field. Scientists estimate the strength of such magnetic fields as deciles of nanotesla. The key requirements for the sensors of ultra-low magnetic field are: resolution, noise level in the measurement channel, temperature stability, linearity and repeatability of the characteristics from one produced item to another. The aforementioned characteristics can be achieved by using planar technologies and microelectromechanical systems (MEMS) in such advanced sensors.The work describes a complete R&D cycle, from creating the computer model of the sensor under study to manufacturing of a working prototype. To assess the effect of the geometry and material properties, the Jiles–Atherton model is implemented which, unlike the majority of the models used, allows considering the non-linearity of the core, its hysteresis properties and influence of residual magnetization.The dimensions of the developed sensor are 40×20×5 mm, while the technology allows its further diminishment. The sensor has demonstrated the linearity of its properties in the range of magnetic field strength from 0.1 nT to 50 µT for a rms current of excitation of 1.25 mA at a frequency of 30 kHz. The average sensitivity for the second harmonic is 54 µV/nT.Разработка новых методов, научных приборов и средств для измерения магнитных полей, создаваемых сверхслабыми токами, является одним из перспективных направлений в развитии медицинской техники, геодезических и космических исследований. Целью данной работы являлась разработка малогабаритного датчика, способного детектировать слабые магнитные поля, источниками которых могут быть биотоки, излучения далёких космических объектов и слабые флуктуации магнитного поля земли. Учёные оценивают величины таких магнитных полей в десятые доли нанотесла. Среди ключевых требований к датчикам сверхслабого магнитного поля можно отнести разрешающую способность, уровень шумов в измерительном канале, температурную стабильность, линейность и повторяемость характеристик от изделия к изделию. Предлагается добиться этих характеристик путём применения планарных технологий и микроэлектромеханических систем при изготовлении современных датчиков.В работе описан полный цикл исследования, от создания компьютерной модели исследуемого датчика до изготовления рабочего прототипа. Для оценки влияния геометрических параметров и влияния свойств материала использована модель Джилса‒Атертона, которая, в отличие от большинства используемых моделей, позволяет учесть нелинейность сердечника, его гистерезисные свойства и влияние остаточной намагниченности.Габариты разработанного датчика составляют 40×20×5 мм и технически возможно его уменьшение. Разработанный датчик продемонстрировал линейность характеристик в диапазоне от 0,1 нТл до 50 мкТл при среднеквадратическом токе возбуждения 1,25 мА на частоте 30 кГц. Усреднённый коэффициент преобразования по второй гармонике составляет 54 мкВ/нТл