Автореферат (Разработка технологии и оборудования для дуговой сварки в среде защитного газа в условиях воздействия ветра)

На правах рукописиИванова Ирина ВладимировнаРАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИИОБОРУДОВАНИЯДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ В СРЕДЕ ЗАЩИТНОГО ГАЗАВ УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЕТРАСпециальность 05.02.10 – Сварка, родственные процессы и технологииАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2017Работа выполнена в федеральном государственном автономном образовательномучреждении высшего образования «Санкт-Петербургский политехническийуниверситет Петра Великого»Научный руководитель:доктор технических наук, доцентПАРШИН Сергей ГеоргиевичОфициальные оппоненты:Доктор технических наукДОРОНИН Юрий ВикторовичООО «АЦГХ»,Начальник лаборатории сваркиКандидат технических наукРЫБАЧУК Александр МихайловичМГТУ имени.

Н.Э. Баумана,кафедра технологий сварки и диагностики,доцентВедущая организация:РГУ нефти и газа имени И.М.Губкина,(Москва)Защита состоится «22» июня 2017 г. в 14:30 часов на заседании диссертационногосовета Д 212.141.01 при Московском государственном техническом университетеим. Н.Э. Баумана по адресу: 105005, Москва, ул. 2-я Бауманская, д.

5, стр. 1.Телефон для справок: +7 (499) 267-09-63.Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатьюорганизации, просим направлять на имя ученого секретаря диссертационногосовета по указанному адресу.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ имени. Н.Э. Баумана ина сайте http://www.bmstu.ru.Автореферат разослан «____» _____________ 2017 г.УЧЁНЫЙ СЕКРЕТАРЬдиссертационного советад.т.н., доцентКоновалов А.В.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. В судостроении, судоремонте, при строительствезданий и сооружений, монтаже нефтегазопроводов значительный объемсварочных работ выполняется на открытых монтажных площадках.

Ветерзатрудняет применение прогрессивных способов механизированной иавтоматической сварки в защитном газе из-за нарушения газовой защитысварочной ванны, и образования дефектов в сварных соединениях, в результатечего снижается качество сварных соединений.По оценке экспертов Национального агентства контроля сварки (НАКС)при строительстве ответственных конструкций, трудно обеспечить надежнуюзащиту зоны сварки от ветра. Например, при монтаже крыши стадиона«Зенит-Арена» в Санкт-Петербурге, необходимо выполнить сварку большогоколичества коротких швов в различных пространственных положениях, чтозатрудняет установку ветрозащитных сооружений.Следовательно, для решения задачи по повышению эффективностигазовой защиты необходимо разработать технологию и оборудование, которыепозволяют обеспечить высокое качество сварных соединений.Степень разработанности темы работыРазработка технологий сварки на ветру началась в конце 60-х годовпрошлого столетия в России, США, Японии, Германии.

Однако внедрениеразработок ограничивалось уровнем развития приборостроения. Влияниеусловий на технологический процесс дуговой сварки в среде защитных газовизложено в трудах ученых Г.А. Николаева, В.Л. Руссо, Н.И. Акатнова, В.В.Ардентова, Г.А. Федоренко, Д.Л. Поправка и др.Исследования Д.К. Безбаха по дуговой сварке на ветру при постояннойскорости ветра показали, что сварочное оборудование нуждается в серьезнойдоработке. В трудах К.К.

Хренова, Г.А. Николаева, Н.Н. Рыкалина, А.И.Акулова, Г.Г. Чернышова, Н.М. Новожилова отмечается важность защиты зонысварки для повышения качества и надежности сварных конструкций. Такжеотмечается, что эффективность защиты зависит от характера истечения газовойструи из сопла горелки. К концу XX века определился единый подход приисследовании процесса струйной газовой защиты на основе применения теориитурбулентных струй. Однако, не были установлены граничные условия дляпараметров режима сварки на ветру, а также предельные скорости ветра, прикоторых обеспечивается эффективная газовая защита. Кроме того, неучитывался тот факт, что в реальных условиях скорость ветра имеет резкиеусиления, что обуславливает проведение исследований в условиях влиянияветра с переменной скоростью.Цель работы: повышение эффективности газовой защиты и качествасварных соединений при дуговой сварке в условиях воздействия ветра путемразработки специализированного оборудования и технологии.Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:1.

Выполнить анализ дефектов и способов улучшения газовой защитыпри дуговой сварке в условиях ветра.32. Исследовать закономерности истечения защитных газовых струй ихарактеристики эффективности газовой защиты при сварке в условиях ветра.3. Разработать специализированное оборудование и технологию для сваркив условиях ветра.4. Исследовать технологические особенности сварочной дуги и свойствасварных соединений, полученных при сварке на ветру.Научная новизна работы:1. На основе моделирования в среде ANSYS обнаружена иэкспериментально подтверждена возможность управления эффективностьюгазовой защиты в условиях ветра за счет стабилизации и увеличения размеровядра защитной газовой струи при высоких скоростях истечения изконфузорного сопла сварочной горелки, внутренняя поверхность которой имеетдвухасимптотную параболическую форму.2.

Установлены расчетно-экспериментальные зависимости междуразмерами ядра защитной газовой струи, расходом защитного газа, скоростьюветра, режимами сварки и расстоянием до свариваемой поверхности,обеспечивающие эффективную газовую защиту в условиях ветра.3.Расчетно-экспериментальнымметодомобнаруженмеханизмуменьшения неоднородности поля скоростей, вращения и турбулентностизащитного газового потока на выходе из сопла сварочной горелки при высокихскоростях истечения защитной газовой струи при воздействии ветра за счетизменения траектории движения и уменьшения энергии защитной струи вконфузорном сопле газовой горелки с устанавливаемым пакетом сеток.Практическая ценность результатов:1. Разработан универсальный стенд с многорежимной аэродинамическойтрубой и автоматическая система управления режимами стенда длямоделирования процесса дуговой сварки в условиях воздействия ветра срезкими усилениями.2.

Разработана и внедрена в производство конструкция сварочной горелкис конфузорным соплом, внутренняя поверхность которого имеетдвухасимптотную параболическую форму, с устанавливаемым перед входнымотверстием сопла пакетом сеток.3. Разработана и запатентована система автоматического управлениярежимами дуговой сварки в условиях ветра, позволяющая увеличитьэффективность газовой защиты за счет регулирования расхода защитного газа взависимости от скорости ветра, частоты его усилений, расстояния от сопла доизделия и силы сварочного тока.4.

Установлены оптимальные параметры режимов дуговой сварки в средезащитных газов с применением сварочной горелки с конфузорным соплом,которые обеспечили высокую стабильность горения дуги, эффективнуюгазовую защиту при различных скоростях и частоте усиления ветра.5.Установлено, что применение новой сварочной горелки сконфузорным соплом в условиях ветра позволило уменьшить отклонениясварочного тока и напряжения, улучшить механические свойства и химическийсостав сварных швов из стали повышенной прочности.4Методы исследованийДлядостиженияпоставленнойцелииспользовалирасчетноэкспериментальные методы исследований, а также методы математическогомоделирования в программе ANSYS. Эксперименты проводили на установке,состоящей из многорежимной аэродинамической трубы, автоматическойсистемы управления, механизма перемещения горелки и источника питанияЛЭТ-350.

Изучение размеров зоны газовой защиты проводили методом пробына пятно, при определении диаметра и конфигурации пятна без цветовпобежалости. Математическое моделирование выполняли на ЭВМ сиспользованием пакетов ANSYS Fluent, ADClab.Видеосъемку сварочной дуги выполняли в прямом свете через зеркальныйсветофильтр с помощью высокоскоростной видеокамеры CITIUS IMAGINGС10 с частотой 2 кГц. Осциллографирование сварочных токов и напряженийпроизводили с частотой 10 кГц с помощью цифрового регистратора сигналов SRecorder 2-Opto.

Скорость ветра и газов измеряли с помощью цифровоготермоанемометра Dwyer Series 471. Регистрацию полей концентрации газовосуществляли на газоанализаторе ГХП-3М.Исследования свойств сварных соединений проводили в испытательнойлаборатории ООО «Учебный Научно-Технический Центр «Сварка» (СанктПетербург) и в лаборатории металлургической экспертизы ФГАОУ ВО«СПбПУ». Испытания на ударный изгиб проводили по ГОСТ 9454-78, ГОСТ6996-66 на копре РН450. Испытания на статическое растяжение проводили поГОСТ 1497-84, ГОСТ 6996-66 на испытательной машине Super «L» 60,измерение твердости проводили по ГОСТ 2999-75 на твердомере «DuraScan20». Химический анализ швов проводили по ГОСТ 18895-97 на оптикоэмиссионном спектрометре «Q4 TASMAN».