Проведено детальне теоретичне дослідження та математичне моделювання фізичних явищ, що відбуваються у процесі взаємодії лазерного пучка з дуговою плазмою, а також за умов їх спільної взаємодії з поверхнею оброблюваного металу. Встановлено, що в системі електрична дуга - лазерний пучок можливе виникнення комбінованого лазерно-дугового розряду, який можна використовувати для створення нового комбінованого зварювання, різання та модифікації поверхні. Розроблено принципи побудови та методи розрахунку таких пристроїв, а також дослідні зразки інтегрованих плазмотронів для лазерно-плазмового зварювання та порошкового наплавлення. Досліджено технологічні можливості розроблених плазмотронів, визначено основні причини більш високої ефективності комбінованих процесів у порівнянні зі звичайними дуговими та лазерними технологіями. Проведено теоретичні дослідження, розроблено математичні моделі та проведено числове моделювання процесів лазерної та плазмової взаємодії з дисперсними матеріалами. Створено програмне забезпечення для комп'юбтерного моделювання процесу плазмового напилювання.

Проаналізовано напрямки розвитку вітчизняного флоту та суднобудування. Висвітлено особливості формування, розвиток і результати застосування стохастичної теорії проектування суден. Розглянуто питання розробки й реалізації нової методології проектування та конструювання суден на основі теорії ризику і новітніх комп'ютерних технологій, наукових засад сучасної корабельної інженерії та їх реалізації на базі інтегрального підходу до проектування, конструювання та побудови суден, правил їх класифікації, впровадження сучасних технологій виготовлення корпусу суден. Описано інноваційні технології організації суднобудівного виробництва. Увагу приділено питанням забезпечення високого рівня екологічної безпеки під час побудови та експлуатації суден, розробки наукових основ створення та використання нових засобів океанотехніки.

Розглянуто проблеми, пов'язані з утилізацією твердих побутових і подібних їм промислових відходів на органічній основі, у тому числі токсичних. Описано метод пароплазмового піролізу таких відходів, що базується на використанні для переробки органічних відходів плазми водяної пари. Наведено принципи розрахунку та оптимізації параметрів парових плазмотронів, що становлять основу установок для пароплазмового піролізу.

A simplified model of the physical phenomena occurring in the Knudsen layer of vapor, which is formed near the condensed matter surface during its intensive evaporation or condensation of the vapor phase on this surface, is proposed. The model allows one to calculate the rate of condensation, as well as mass, momentum, and energy flows on the condensed phase surface, depending on the temperature and concentration of ambient vapor, the temperature of the surface, and the condensation coefficient. With the help of the proposed model, the numerical analysis of evaporation and condensation processes on the plane surface with uniform temperature has been made.

Запропоновано наближену математичну модель формування краплі електродного металу (ЕМ) за дугового зварювання плавким електродом, що враховує гідродинаміку розплаву під дією сили тяжіння, поверхневого натягу та електромагнітної сили зварювального струму. Шляхом порівняння з експериментальними даними встановлено, що модель з високою точністю дозволяє прогнозувати динаміку зміни форми краплі на всіх стадіях її формування, а тривалість розрахунків значно скорочується у порівнянні з моделлю, яка базується на повній системі рівнянь Нав'є - Стокса. Досліджено вплив магнітного тиску на характеристики переносу крапель ЕМ.

Викладено спеціальні способи зварювання у твердому стані, плавленням із використанням висококонцентрованих джерел енергії, гібридні технології, спеціальні способи зварювання та споріднені процеси під водою, в космосі та в медицині. Наведено класифікацію спеціальних способів зварювання тиском. Розкрито особливості холодного, ультразвукового, високочастотного, магнітно-імпульсного зварювання, зварювання тертям і вибухом. Подано інформацію про сфери застосування лазерної обробки матеріалів, технологію плазмового зварювання, гібридні лазерно-дугові процеси, високочастотне зварювання живих тканин. Увагу приділено використанню електронно-променевого обладнання за космічних умов.

Індекс рубрикатора НБУВ: Ч214(4УКР)ж

Рубрики:

Організація науки

Шифр НБУВ: Ж20611 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Розглянуто задачу вибору оптимальної форми імпульсів струму, які забезпечують максимальну силову дію електромагнітного поля дуги на метал зварювальної ванни у процесі зварювання неплавким електродом з високочастотною імпульсною модуляцією струму. Наведено необхідну і достатню умову досягнення оптимальної форми імпульсів струму. Однією з можливих оптимальних форм імпульсної модуляції струму є меандр. В електричних колах із дугою формування прямокутних імпульсів струму є неможливим, тому як наближення розглянуто імпульси трапецеїдальної форми. Для таких імпульсів із фіксованою тривалістю переднього та заднього фронтів наведено результати параметричної оптимізації часових параметрів імпульсної модуляції струму.

Виконано огляд робіт, присвячених процесам зварювання неплавким електродом в інертному газі з модуляцією зварювального струму. У першій частині огляду основна увага приділялась роботам, що стосуються особливостей протікання теплових, газодинамічних та електромагнітних процесів у нестаціонарних дугах із тугоплавким катодом за різних режимів модуляції струму дуги.

Виконано огляд робіт, присвячених процесам зварювання неплавким електродом в інертному газі з модуляцією зварювального струму. Друга частина огляду присвячена аналізу робіт, в яких розглядаются особливості проплавлення металу (алюмінієві сплави, нержавіючі сталі, нікель-хромові жаростійкі сплави) та формування швів при TIG зварюванні модульованим струмом.

Одним із сучасних інноваційних способів зварювання тонколистових нержавіючих сталей, що надають можливість мінімізувати залишкові деформації, отримувати високоякісні та довговічні з'єднання, є гібридне лазерно-мікроплазмове зварювання (ЛМПЗ). Відпрацьовано базові технологічні прийоми гібридного лазерно-мікроплазмового зварювання, уточнено параметри режимів, а також оцінено механічні властивості та корозійну стійкість одержуваних сполук сталі SUS304. Експериментально підтверджено перспективність застосування ЛМПЗ для з'єднання нержавіючих сталей малої товщини.

Виконано огляд робіт щодо процесів зварювання неплавким електродом у інертному газі з модуляцією зварювального струму. Проаналізовано роботи щодо теоретичного дослідження та математичного моделювання процесів тепло-, масо- та електропереносу в дуговій плазмі та зварюваному металі за TIG зварювання модульованим струмом. Описано різні підходи до теоретичного дослідження зазначених процесів, а також відповідні математичні моделі, з урахуванням умов зварювання неплавким електродом з низько- (до 10 Гц) і високочастотною (вище 10 кГц) імпульсною модуляцією зварювального струму. Наведено результати числового аналізу розподілених та інтегральних характеристик аргонової дуги з тугоплавким катодом у випадку імпульсної зміни струму, виконаного на базі моделей нестаціонарної дуги з розподіленими та зосередженими параметрами. Проаналізовано результати комп'ютерного моделювання теплових, гідродинамічних та електромагнітних процесів у зварюваному металі (в тому числі за самоузгодженого врахування процесів, що протікають в дуговій плазмі) для випадку точкового TIG зварювання з низькочастотною імпульсною модуляцією струму. Наведено аналітичні залежності, що описують вплив форми та параметрів імпульсів зварювального струму на характеристики динамічної дії дуги з тугоплавким катодом на метал зварювальної ванни.

Виконано огляд робіт, присвячених процесам зварювання неплавким електродом в інертному газі з модуляцією зварювального струму. У першій частині огляду основна увага приділялась роботам, що стосуються особливостей протікання теплових, газодинамічних та електромагнітних процесів у нестаціонарних дугах із тугоплавким катодом за різних режимів модуляції струму дуги.

Виконано огляд робіт, присвячених процесам зварювання неплавким електродом в інертному газі з модуляцією зварювального струму. Друга частина огляду присвячена аналізу робіт, в яких розглядаются особливості проплавлення металу (алюмінієві сплави, нержавіючі сталі, нікель-хромові жаростійкі сплави) та формування швів при TIG зварюванні модульованим струмом.

Одним із сучасних інноваційних способів зварювання тонколистових нержавіючих сталей, що надають можливість мінімізувати залишкові деформації, отримувати високоякісні та довговічні з'єднання, є гібридне лазерно-мікроплазмове зварювання (ЛМПЗ). Відпрацьовано базові технологічні прийоми гібридного лазерно-мікроплазмового зварювання, уточнено параметри режимів, а також оцінено механічні властивості та корозійну стійкість одержуваних сполук сталі SUS304. Експериментально підтверджено перспективність застосування ЛМПЗ для з'єднання нержавіючих сталей малої товщини.

Виконано огляд робіт щодо процесів зварювання неплавким електродом у інертному газі з модуляцією зварювального струму. Проаналізовано роботи щодо теоретичного дослідження та математичного моделювання процесів тепло-, масо- та електропереносу в дуговій плазмі та зварюваному металі за TIG зварювання модульованим струмом. Описано різні підходи до теоретичного дослідження зазначених процесів, а також відповідні математичні моделі, з урахуванням умов зварювання неплавким електродом з низько- (до 10 Гц) і високочастотною (вище 10 кГц) імпульсною модуляцією зварювального струму. Наведено результати числового аналізу розподілених та інтегральних характеристик аргонової дуги з тугоплавким катодом у випадку імпульсної зміни струму, виконаного на базі моделей нестаціонарної дуги з розподіленими та зосередженими параметрами. Проаналізовано результати комп'ютерного моделювання теплових, гідродинамічних та електромагнітних процесів у зварюваному металі (в тому числі за самоузгодженого врахування процесів, що протікають в дуговій плазмі) для випадку точкового TIG зварювання з низькочастотною імпульсною модуляцією струму. Наведено аналітичні залежності, що описують вплив форми та параметрів імпульсів зварювального струму на характеристики динамічної дії дуги з тугоплавким катодом на метал зварювальної ванни.

Запропоновано спрощену математичну модель процесів руху та нагрівання крапель розплавленого металу в рідкому шлаку при ЕШП у двох варіантах постановки задачі: крапля зберігає вихідну сферичну форму; крапля деформується та набуває форму сплюснутого (в напрямку руху) сфероїда. Показано, що деформація краплі чинить істотний вплив на швидкість і тривалість її руху в шарі шлаку, а також на площу поверхні краплі (при збереженні її об'єму), яка визначає умови нагрівання і взаємодії металу краплі з розплавленим шлаком. Доведено, що внаслідок збільшення площі поверхні та зменшення швидкості руху крапель більшого діаметру їх нагрівання в шарі шлаку відбувається більш ефективно в порівнянні зі сферичними краплями.

Розглянуто 2 програмних засоби для моделювання фізичних явищ у зварювальній ванні: COMSOL Multiphysics і власний програмний модуль, який реалізовано у середовищі Wolfram Mathematica та базується на методі скінченних елементів. Із метою валідації розглянуто дві тестові задачі, пов'язані з термокапілярною конвекцією Марангоні. Отримані результати добре узгоджуються з наявними у літературі розв'язками вибраних тестових прикладів. Розроблені числові алгоритми та програмне забезпечення можна використати для розв'язання мультифізичних задач, що виникають при теоретичному дослідженні зварювальних процесів.

Описано самоузгоджену математичну модель нестаціонарних процесів перенесення енергії, імпульсу, маси та заряду в плазмі стовпа та анодного шару електричної дуги з тугоплавким катодом, що горить в інертному газі атмосферного тиску за імпульсної модуляції струму. Виконано числове дослідження розподілених та інтегральних характеристик плазми аргонової дуги завдовжки 2 мм у випадку модуляції струму прямокутними імпульсами частотою 10 кГц з різними значеннями коефіцієнта заповнення (0,3, 0,5, 0,7) за умови, що величина середнього струму зберігається незмінною, рівною 140 А. Для обраних значень коефіцієнта заповнення наведено розрахункові залежності від часу температури, швидкості плазми та щільності струму в центрі стовпа дуги, а також осьових значень температури та тиску плазми поблизу поверхні анода, щільності струму на аноді та теплового потоку в анод. Розраховано радіальні розподіли усереднених за період модуляції струму значень теплового потоку, що вводиться дугою в анод, тиску та сили тертя потоку дугової плазми на його поверхні, які є визначальними для моделювання теплових і гідродинамічних процесів у зварюваному металі за TIG зварювання з високочастотною імпульсною модуляцією струму. Результати моделювання характеристик нестаціонарної дуги зіставлено з відповідними результатами для дуги постійного струму, за величиною, що дорівнює середньому значенню модульованого. Аналіз отриманих результатів надає змогу зробити висновок, що у випадку TIG зварювання з імпульсною модуляцією струму дуги на частоті 10 кГц зменшення коефіцієнта заповнення (збільшення струму в імпульсі) за постійного значення середнього струму призводить до збільшення силового впливу такої дуги на метал зварювальної ванни та відповідно підвищення її проплавляючої здатності.

Про те, як живе легендарний Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України, переорієнтацію основних напрямів наукових досліджень з урахуванням викликів сьогодення, передові результати прикладних досліджень науковців у галузі електрозварювання та споріднених технологій, які вже приносять користь для суспільства та держави, а також як поєднує роботу в Інституті та у Відділенні фізико-технічних проблем матеріалознавства НАН України та своє бачення того, як зробити зв'язок між наукою та виробництвом максимально тісним та ефективним в інтерв'ю програмі "Про науку. Компетентно" для YouTube-каналу НАН України розповів директор Інституту електрозварювання, академік-секретар Відділення фізико-технічних проблем матеріалознавства НАН України академік Ігор Крівцун.