Диссертация (1024714), страница 24

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 24)

Угол раскрытия кромок - 120, т.е.разделка имела ширину 4 мм снизу. Заварку корня шва для образованияпритупления в донной части разделки выполняли изнутри. Сварку выполняли вгазовой смеси 82% Ar + 18% СО2. При сварке образцов использовалиэлектродную проволоку ОК Autrod 13.31 диаметром 1,0 и 1,2 мм.При планировании тестовых опытов по проверке адекватности физикоматематической модели процесса двухдуговой сварки, описанной в параграфах2.3 и 2.4, учитывали, что особенности сварки по зауженной разделке кромокнаиболее ярко проявляются при выполнении заполняющих слоев, как в доннойчасти разделки, так и лежащих на глубине, превышающей ширину разделки[195]. Поэтому расположение наплавляемого слоя в разделке оценивалисоотношением между шириной Y0 и глубиной Z0 разделки перед дугой.Эксперименты по сварке облицовочных слоев на данном этапе исследований непроводили, так как особенности их выполнения достаточно подробно описаныв работе [196].

Опыты были выполнены при разных комбинациях критическиважных основных параметров процесса сварки: скорости сварки vw, диаметра dfи скорости подачи vf электродной проволоки и длины ее вылета Lf, которым166задавали два уровня значений: 5 и 10 мм. План опытов приведен в табл. 13. Привыполнении опытов измеряли средние значения тока дуги I и напряжения насварочной горелке U0.

После выполнения опытов изготовили макрошлифы, покоторым определили толщину наплавленного слоя H, глубину проплавления ивысоту выпуклости (вогнутости) G поверхности шва.Характерное формирование швов по узкому зазору показано на рис.3.27..3.29.Рис. 3.27. Базовые профили шва для выполнения опытов при разнойглубине расположения дуги в разделке кромок: а) Y0/Z0=4/17, б) Y0/Z0=5/7Рис.3.28. Результаты выполнения опытов при большой глубинерасположения дуги (Y0/Z0=4/17)167Рис. 3.29. Результаты выполнения опытов при малой глубинерасположения дуги (Y0/Z0=5/7)Результаты измерений характерных размеров сварных соединений взависимости от технологических параметров процесса сварки обобщены втабл.13.Таблица 13.План и результаты опытной сварки в узкую разделку№ЗаданоИзмереноопы-Y0/Z0,vw,L f,df ,vf,тамммм/смммммм/с8,4756,32108.47546,321058,47106,3256,3458,42101236784/175/71.21.01.01.2I,AU0,ВРазмеры шваH, ммG,мм127,5257,022,43,1- 1,5186,5305,127,647,7- 3,1186,1190,624,263,2-1,0127,2132,824,772,9- 1,3186,2182,126,422,4- 0,05127,1136,623,562,7+0,9186,6342,925,24.8- 0,9127,1254,822,592,2+0,15По результатам измерений методами регрессионного анализа определилизначимость влияния варьируемых технологических параметров процесса168сварки по узкому зазору на результаты сварки, табл.

14.Таблица 14.Коэффициенты регрессииПараметр YY0[vw][vf][df][Lf][Y0/Z0]Ток дуги I, A+225-4+30+65-7.5+4Напряжение дуги U,В+24.6-0.686+1.27-1.147+0.75-0.16Высота наплавки H,мм+3.58-0.574+0.806+0.594-0.219-0.294Выпуклость G, мм-0.406-0.219-0.081-0.0812+0.056+0.0188Из данных табл. 13 следует, что на ток и напряжение дуги наибольшеевлияние оказывают скорость подачи и диаметр электродной проволоки, а такжедлина вылета, что не противоречит общепринятым данным.

Новым фактомявляется небольшое увеличение тока и уменьшение напряжения дуги приувеличении отношения ширины разделки к ее глубине, т.е. в глубокой разделкеток немного меньше, а напряжение - больше, чем на поверхности. Это можнообъяснить сжатием факела дуги стенками разделки.Влияние скоростей сварки и подачи электродной проволоки, а такжегеометрии разделки на высоту наплавляемого слоя соответствует условиюминимального расхода присадочного материала на формирование шва.Повышение скорости сварки увеличивает вогнутость поверхностинаплавленного валика, так как с увеличением скорости уменьшается высотанаплавки при достаточно хорошем прогреве стенок разделки.

Вогнутостьувеличивается также при увеличении скорости подачи электрода, что связано сувеличением мощности дуги.Опытные данные показали, что увеличение вылета электрода привело куменьшению высоты наплавки при увеличении выпуклости шва. К увеличениювыпуклости шва привело также увеличение ширины разделки. Эти результатыможно объяснить изменением распределения мощности дуги по поверхностиразделки, в частности уменьшением плотности теплового потока на боковыхстенках разделки.Следует отметить, что увеличение вылета плавящегося электрода в серии169опытов вызвало некоторое уменьшение высоты наплавки.

Объяснением можетбыть то, что при удлинении вылета электрода повышается его температура,облегчается плавление электрода и увеличивается длина дуги. Последнееизменяет форму наплавляемого слоя [197].3.5.2. Анализ опытных данных и сравнение с результатом моделированияПри анализе опытных данных проверяли соответствие измеренныхзначений параметров процесса сварки и геометрии поперечного сечениямакрошлифов их значениям, определённым в результате компьютерногомоделирования при прочих равных условиях.Одним из важнейших параметров процесса являются соотношение междуплотностью тока j и скоростью подачи электродной проволоки vf., котороеоценивается коэффициентом:kf Этоткоэффициент,какv f d 2f4Ivfj(3.17).показываютрезультатыфакторногоэксперимента, непостоянен и существенно зависит от многих параметровпроцесса:k f  0.68 - 0.0737[d f ]+0.03875 [v f ] + 0.0187 [L f ] - 0.01125[Y0 /Z 0 ]+0.00625[v w ] (3.18)Зависимость коэффициента kf от скорости подачи, диаметра и вылетаэлектрода очевидна, так как они определяют условия его плавления.

Но внашем случае возможно отклонение в расположения дуги относительно осисимметрииY0/Z0кромокразделки.Именноэтообстоятельствоисвидетельствует об отличии условий плавления электродной проволоки дугой вглубине разделки от условий ее плавления над разделкой.Согласно физико-математической модели формирования швов при сваркепо узкому зазору, подробно описанной в главе 2 (параграф 2.3), значениекоэффициента Y0/Z0 зависит от энтальпии капель электродного металла вмомент их отрыва Hk, эффективного значения анодного напряжения Ua,170нагревающего электрод, и температуры подогрева вылета электрода Tf.Температура нагрева вылета электрода в значительной степени зависит отзначения удельного сопротивления линейного проводника, которое длястальной электродной проволоки обычно равно: (20oC)=25 мкОм*см и(800oC)=80 мкОм*см.Значение энтальпии капель электродного металла Hk и эффективногозначения анодного напряжения Ua точно неизвестно. Согласно данным работ[107, 148, 198] значение анодного напряжения для стальной проволоки и дуги вуглекислом газе лежит в диапазоне Ua=4...8 В и зависит от тока дуги и диаметраэлектрода.

В перечисленных работах указываются и другие характеристикипроцесса сварки в защитных газах. Так, значения катодного напряжения лежатв диапазоне Uk=6…10 В, а значения градиента потенциала в столбе дуги взависимости от доли паров железа в плазме столба дуги указывают в диапазонеE=3...4 В/мм.Ввиду неоднозначности и противоречивости данных о значении анодногонапряжения, обусловленного наличием примесей в свариваемом металле иусловий сварки [199] были приняты средние значения Ua=6,5 В, Uk=7,5 В, E=3,5В/мм. Сведений о температуре капель мало, но очевидно, что она все же вышетемпературы плавления, но ниже температуры кипения электродного металлапри сварке.Эффективный радиус Rarc дуги в модели рассчитывали приняв, что политературным данным [198, 199], среднее значение плотности тока в столбедуги, горящей между стальными электродами в углекислом газе равнымj=400…900 А/см2 , или 7 106 А/м2.Согласнопредставленнойвглаве2(параграф2.3),физико-математической модели температура капель связана с коэффициентомплавления электрода соотношением:Tk U a k f  qLc Tf ,(3.19)где qL – теплота плавления металла электродной проволоки, Дж/см3.171Результаты расчета температуры подогрева вылета, температуры капельэлектродного металла, сопротивления вылета и длины дуги для условийвыполнения опытов, обобщены в табл.

15, и их значение незначительно вышетеоретического, рассчитанного по формуле (3.22).Таблица 15.Результат расчета температуры подогрева вылета, температуры капельэлектродного металла, сопротивления вылета и длины дуги для условийвыполнения опытов№ опытаKf, мм3/с/АT f, о СTk, oCUf,ВLarc,ммRarc,ммTp,оС10,5651824281,352,12,1635020,6974222042,423,22,3676230,7737516421,322,61,8638040,7535116521,212,71,5620850,8148416711,823.01,8643760,6928317300,882,51,6618570,6268323811,972,72,5668880,5676626642,041,92,16285Полученные значения температуры капель лежат в диапазоне значений1700…2700 0С, полученных при калориметрическом измерении [200].3.5.3.

Уточнение физико-математической модели формированиясварного соединения при многопроходной сварке по узкому зазоруКак показали выполненные опыты, значения температуры капель вопытах существенно различаются, что не учитывается моделью, описанной вглаве 2. Для повышения точности модели, гл.2, в ней нужно учитыватьразличие температур капель, которое связывают со значительным изменениемих размера в зависимости от тока сварки [201, 202].Результаты оценки (табл. 15) и литературные данные показали, чтотемпература капель в значительной степени определяется током дуги и172диаметром электрода, рис.

3.30.Рис. 3.30. Зависимость температуры электродных капель от тока дугии диаметра электродной проволокиДляучетаэтойвновьустановленнойзависимостивфизико-математическую модель процесса сварки аппроксимировали качественно новойзависимостью:42. 7 I I Tk  TL  TV  TL  1  exp    exp 2df  80   200d f;(3.20)которая существенно повысила точность расчёта тока дуги:I4v fU ad 2fc Tk T f   qL  .(3.21)Значения радиуса дуги, вычисленные ранее в соответствии с каналовойфизико-математической моделью [198, 199], заметно меньше, чем в нашихрасчетах, или в работах [202, 203].

Характеристики

Список файлов диссертации