DOI: https://doi.org/10.32515/2409-9392.2018.31.80-90
Qualitative Characteristics of Heat Sources on Steel Electrodes
About the Authors
Victor Nosulenko, Professor, Doctor in Technics (Doctor of Technics Sciences), Central Ukrainian National Technical University, Kropyvnytskiy, Ukraine, E-mail: nosulenko@kntu.kr.ua
Vitaliy Shmelyov, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Central Ukrainian National Technical University, Kropyvnytskiy, Ukraine, E-mail: shmelyovvm@gmail.com
Abstract
The electric arc is considered as the sum of three independently operating heat sources at the cathode, anode and arc column. At the same time, the qualitative characteristics (quality) of the heat source at the cathode determine the possibility and the qualitative side of the cathode erosion process, and the qualitative characteristics (quality) of the heat sources at the anode are the possibility and the qualitative side of the anode erosion process (treatment). Comparative quantitative and qualitative estimates of heat sources at the cathode and anode, in turn, allow us to draw conclusions about the polarity of electrical erosion, since, as is known, the effect of electric erosion is polar, that is, both quantitatively and qualitatively the erosion of the cathode and anode differ.
Create a reliable energy balance for the cathode region and separately for the anode region of the arc, that is, to give a quantitative and qualitative characterization of heat sources separately at the anode and separately at the cathode, using existing classical concepts of elementary processes in the arc, at the present time is impossible. The quality of the heat sources on the electrodes is described by the volume density of thermal power in the cathode and anode heat sources, which, in turn, is determined by the current density and the electric field strength, respectively, in the cathode and anode regions of the arc.
The qualities and qualitative and quantitative characteristics of the process of dimensional processing by an electric arc are determined by the qualitative characteristics (quality) of the heat sources on the electrodes, first of all, by the volume density of the thermal power. The latter, in turn, is determined by the dynamic pressure of the flow of the working fluid, as well as, in certain limits, by the polarity of the electrodes. In this connection, it is possible to easily control the quality of the heat sources on the electrodes, and consequently the quality of the erosion process, performing processing irrespective of the current in a wide range of modes, beginning from rough sized melting and to prevailing thin dimensional evaporation.
The physical process of electric erosion during dimensional processing by electric arc is characterized by a continuous supply of energy to the treatment zone, continuous burning of the arc and the continuous existence of heat sources at the electrodes. So the thermal effect of the discharge on the electrodes is continuous and the process of erosion is continuously proceeding.
Described according to the existing ideas in the field of the physics of thermal processes, some qualitative characteristics of heat sources on electrodes under conditions of dimensional processing by an electric arc and their correspondence to experimental data for electrodes from iron and steels.
Keywords
electric arc, anode, cathode, arc column, source of heat, working fluid, current density
Full Text:
PDF
References
Mazel, A.G. (1969). Tekhnologicheskie svoystva elektrosvarochnoy dugi [Technological properties of electric-welding arc]. Moskow: Mashinostroenie.
Kesaev, I. G. (1968). Katodnye protsessy elektricheskoy dugi [Cathodic processes of an electric arc]. Moskow: Nauka.
Samervill, Dzh. M. (1962). Electric arc. L. Yu. Abramovicha (Ed.). (K. L. Greben, Trans). Moskow; Leningrad: Gosenergoizdat.
Ekker, G. (1973). Sovremennoe razvitie teorii prielektrodnykh oblastey elektricheskoy dugi [Modern development of the theory of near-electrode regions of the electric arc]. Teplofizika vysokikh temperatur – Thermal physics of high temperatures, Vol. 2, 4, 865-870.
Nosulenko, V. I. (1998). Pro jakistj dzherel tepla na elektrodakh i poljarnistj elektrychnoji eroziji pry ROD [On the quality of heat sources on the electrodes and the polarity of electric erosion with dimensional arc machining]. Zbirnyk naukovykh pracj KISHM – Collection of scientific works of the Kirovograd Institute of Agricultural Engineering, 2, 141-147.
Nosulenko, V. I. (1999). Rozmirna obrobka metaliv elektrychnoju dughoju [Size machining of metals by electric arc]. Extended abstract of Doctor’s thesis. Kyiv.
Nosulenko, V.I. & Shmelev, V.N. (2014). Fiziko-tekhnologicheskie osobennosti i klassifikatsiya sposobov elektrorazryadnoy obrabotki metallov [Physical Technological features and classification of methods of electric discharge processing of metals]. Nauchno-teoreticheskiy i prakticheskiy zhurnal "Sovremennyy nauchnyy vestnik". Seriya "Tekhnicheskie nauki. Sovremennye informatsionnye tekhnologii" – Scientific-theoretical and practical journal "The modern scientific bulletin". A series of "Technical Sciences. Modern Information Technologies" , 19 (215 , 56-62.
Nosulenko, V.I. & Shmelev, V.N. (2014). O kachestve istochnikov tepla na elektrodakh v usloviyakh protsessa razmernoy obrabotki elektricheskoy dugoy [On the quality of heat sources at the electrodes under the conditions of dimensional processing the electric arc]. Nauchno-teoreticheskiy i prakticheskiy zhurnal "Oraldyn gylym zharshysy". Seriya "Tekhnicheskie nauki. Fizika. Sovremennye informatsionnye tekhnologii". "Oral kalasi" – Scientific-theoretical and practical journal "Scientific-research organization". A series of "Technical Sciences. Physics and Modern Information Technologies" , № 8 (87), 61-68.
Idelchik, I. Ye. (1992). Reference book on hydraulic resistance. (M. O. Shteynberga Ed.). (3d ed.). Moskow: Mashinostroenie.
Solonin, N. S. (1972). Matematicheskaya statistika v tekhnologii mashinostroeniya [Mathematical statistics in technology of mechanical engineering]. Moskow: Mashinostroenie.
Sergeev, N. V. & Shepel, G. A. (1969). Plotnost toka elektrodnykh pyaten dugi s metallicheskimi elektrodami [Current density of electrode spots arc with metal electrodes]. Zhurnal inzhenernoy fiziki – Journal of Engineering Physics, Vol.17, 6, 1041-1049.
Kesaev, I. G. (1961). Katodnye protsessy rtutnoy dugi i voprosy ee ustoychivosti [Cathode processes of mercury arc and problems its stability]. Trudy VEI – Treatise of the All-Union Electrotechnical Institute, 67, 312-316.
GOST Style Citations
- Мазель А.Г. Технологические свойства электросварочной дуги [Текст] / А.Г. Мазель – М.: Машиностроение, 1969. – 178 с.
- Кесаев И. Г. Катодные процессы электрической дуги [Текст] / И. Г. Кесаев – М.: Наука, 1968. – 244 с.
- Самервилл, Дж. М. Электрическая дуга [Текст] / Пер. с англ. К. Л. Гребень; Под ред. Л. Ю. Абрамовича. - Москва ; Ленинград : Госэнергоиздат, 1962. – 120 с.
- Эккер Г. Современное развитие теории приэлектродных областей электрической дуги [Текст] / Г. Эккер // Теплофизика высоких температур. – 1973. – Т.2. – вып.4. – С. 865-870.
- Носуленко В. І. Про якість джерел тепла на електродах і полярність електричної ерозії при РОД [Текст] / В.І. Носуленко // Збірник наукових праць КІСХМ. – 1998. – Вип 2. – C. 141-147.
- Носуленко В. І. Розмірна обробка металів електричною дугою [Текст] : Автореф. дис. д-ра техн. наук: 05.03.07. / В.І. Носуленко. – Кіровоградський держ. техн. ун-т. – К., 1999. – 32 с.
- Носуленко В.И. Физико-технологические особенности и классификация способов электроразрядной обработки металлов [Текст] / В.И. Носуленко, В.Н.Шмельев // Научно-теоретический и практический журнал "Современный научный вестник". Серия "Технические науки. Современные информационные технологии". – №19 (215) –. Белгород. – 2014. – C. 56-62.
- Носуленко В.И. О качестве источников тепла на электродах в условиях процесса размерной обработки электрической дугой [Текст] / В.И. Носуленко, В.Н.Шмельев // Научно-теоретический и практический журнал "Оралдын гылым жаршысы". Серия "Технические науки. Физика. Современные информационные технологии". – № 8 (87) –. Казахстан – 2014. C. 61-68.
- Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям [Текст] / Под ред. М. О. Штейнберга. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1992. – 672 с.
- Солонин Н. С. Математическая статистика в технологии машиностроения [Текст] / Н. В. Солонин – М.: Машиностроение, 1972. – 216 с.
- Сергеев Н. В. Плотность тока электродных пятен дуги с металлическими электродами [Текст] / Н. В. Сергеев, Г. А. Шепель // Журнал инженерной физики. – 1969. – Т.17. – №6. – C. 1041-1049.
- Кесаев И. Г. Катодные процессы ртутной дуги и вопросы её устойчивости [Текст] / И. Г. Кесаев // Труды ВЭИ. – 1961. – Вып. 67. – C. 312-316.
Copyright (c) 2018 Victor Nosulenko, Vitaliy Shmelyov
Qualitative Characteristics of Heat Sources on Steel Electrodes
About the Authors
Victor Nosulenko, Professor, Doctor in Technics (Doctor of Technics Sciences), Central Ukrainian National Technical University, Kropyvnytskiy, Ukraine, E-mail: nosulenko@kntu.kr.ua
Vitaliy Shmelyov, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Central Ukrainian National Technical University, Kropyvnytskiy, Ukraine, E-mail: shmelyovvm@gmail.com
Abstract
Keywords
Full Text:
PDFReferences
Mazel, A.G. (1969). Tekhnologicheskie svoystva elektrosvarochnoy dugi [Technological properties of electric-welding arc]. Moskow: Mashinostroenie.
Kesaev, I. G. (1968). Katodnye protsessy elektricheskoy dugi [Cathodic processes of an electric arc]. Moskow: Nauka.
Samervill, Dzh. M. (1962). Electric arc. L. Yu. Abramovicha (Ed.). (K. L. Greben, Trans). Moskow; Leningrad: Gosenergoizdat.
Ekker, G. (1973). Sovremennoe razvitie teorii prielektrodnykh oblastey elektricheskoy dugi [Modern development of the theory of near-electrode regions of the electric arc]. Teplofizika vysokikh temperatur – Thermal physics of high temperatures, Vol. 2, 4, 865-870.
Nosulenko, V. I. (1998). Pro jakistj dzherel tepla na elektrodakh i poljarnistj elektrychnoji eroziji pry ROD [On the quality of heat sources on the electrodes and the polarity of electric erosion with dimensional arc machining]. Zbirnyk naukovykh pracj KISHM – Collection of scientific works of the Kirovograd Institute of Agricultural Engineering, 2, 141-147.
Nosulenko, V. I. (1999). Rozmirna obrobka metaliv elektrychnoju dughoju [Size machining of metals by electric arc]. Extended abstract of Doctor’s thesis. Kyiv.
Nosulenko, V.I. & Shmelev, V.N. (2014). Fiziko-tekhnologicheskie osobennosti i klassifikatsiya sposobov elektrorazryadnoy obrabotki metallov [Physical Technological features and classification of methods of electric discharge processing of metals]. Nauchno-teoreticheskiy i prakticheskiy zhurnal "Sovremennyy nauchnyy vestnik". Seriya "Tekhnicheskie nauki. Sovremennye informatsionnye tekhnologii" – Scientific-theoretical and practical journal "The modern scientific bulletin". A series of "Technical Sciences. Modern Information Technologies" , 19 (215 , 56-62.
Nosulenko, V.I. & Shmelev, V.N. (2014). O kachestve istochnikov tepla na elektrodakh v usloviyakh protsessa razmernoy obrabotki elektricheskoy dugoy [On the quality of heat sources at the electrodes under the conditions of dimensional processing the electric arc]. Nauchno-teoreticheskiy i prakticheskiy zhurnal "Oraldyn gylym zharshysy". Seriya "Tekhnicheskie nauki. Fizika. Sovremennye informatsionnye tekhnologii". "Oral kalasi" – Scientific-theoretical and practical journal "Scientific-research organization". A series of "Technical Sciences. Physics and Modern Information Technologies" , № 8 (87), 61-68.
Idelchik, I. Ye. (1992). Reference book on hydraulic resistance. (M. O. Shteynberga Ed.). (3d ed.). Moskow: Mashinostroenie.
Solonin, N. S. (1972). Matematicheskaya statistika v tekhnologii mashinostroeniya [Mathematical statistics in technology of mechanical engineering]. Moskow: Mashinostroenie.
Sergeev, N. V. & Shepel, G. A. (1969). Plotnost toka elektrodnykh pyaten dugi s metallicheskimi elektrodami [Current density of electrode spots arc with metal electrodes]. Zhurnal inzhenernoy fiziki – Journal of Engineering Physics, Vol.17, 6, 1041-1049.
Kesaev, I. G. (1961). Katodnye protsessy rtutnoy dugi i voprosy ee ustoychivosti [Cathode processes of mercury arc and problems its stability]. Trudy VEI – Treatise of the All-Union Electrotechnical Institute, 67, 312-316.
GOST Style Citations
- Мазель А.Г. Технологические свойства электросварочной дуги [Текст] / А.Г. Мазель – М.: Машиностроение, 1969. – 178 с.
- Кесаев И. Г. Катодные процессы электрической дуги [Текст] / И. Г. Кесаев – М.: Наука, 1968. – 244 с.
- Самервилл, Дж. М. Электрическая дуга [Текст] / Пер. с англ. К. Л. Гребень; Под ред. Л. Ю. Абрамовича. - Москва ; Ленинград : Госэнергоиздат, 1962. – 120 с.
- Эккер Г. Современное развитие теории приэлектродных областей электрической дуги [Текст] / Г. Эккер // Теплофизика высоких температур. – 1973. – Т.2. – вып.4. – С. 865-870.
- Носуленко В. І. Про якість джерел тепла на електродах і полярність електричної ерозії при РОД [Текст] / В.І. Носуленко // Збірник наукових праць КІСХМ. – 1998. – Вип 2. – C. 141-147.
- Носуленко В. І. Розмірна обробка металів електричною дугою [Текст] : Автореф. дис. д-ра техн. наук: 05.03.07. / В.І. Носуленко. – Кіровоградський держ. техн. ун-т. – К., 1999. – 32 с.
- Носуленко В.И. Физико-технологические особенности и классификация способов электроразрядной обработки металлов [Текст] / В.И. Носуленко, В.Н.Шмельев // Научно-теоретический и практический журнал "Современный научный вестник". Серия "Технические науки. Современные информационные технологии". – №19 (215) –. Белгород. – 2014. – C. 56-62.
- Носуленко В.И. О качестве источников тепла на электродах в условиях процесса размерной обработки электрической дугой [Текст] / В.И. Носуленко, В.Н.Шмельев // Научно-теоретический и практический журнал "Оралдын гылым жаршысы". Серия "Технические науки. Физика. Современные информационные технологии". – № 8 (87) –. Казахстан – 2014. C. 61-68.
- Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям [Текст] / Под ред. М. О. Штейнберга. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1992. – 672 с.
- Солонин Н. С. Математическая статистика в технологии машиностроения [Текст] / Н. В. Солонин – М.: Машиностроение, 1972. – 216 с.
- Сергеев Н. В. Плотность тока электродных пятен дуги с металлическими электродами [Текст] / Н. В. Сергеев, Г. А. Шепель // Журнал инженерной физики. – 1969. – Т.17. – №6. – C. 1041-1049.
- Кесаев И. Г. Катодные процессы ртутной дуги и вопросы её устойчивости [Текст] / И. Г. Кесаев // Труды ВЭИ. – 1961. – Вып. 67. – C. 312-316.