Диссертация (1024714), страница 27
Текст из файла (страница 27)
4.7.190Основными показателями формирования слоёв в узкой разделке являютсятолщина H наплавленного слоя, глубина Z проплавления предшествующегослоя, высота вогнутости h (или выпуклости -h) поверхности валика, глубина gпроплавления боковой стенки разделки кромок (или ширина несплавления -g).Рис.4.7.
Макрошлиф многослойного шва (а) в узкой разделке и типичныйдефект (б) – несплавление между слоями у кромки разделки-g.Ранее было показано в главах 2,3, слои шва с вогнутой поверхностьюформируются только при определённом сочетании параметров технологиисварки.
В частности отмечено, что желательно сварку выполнять на небольшихскоростях и высоком напряжении дуги, использовать электродную проволокубольшого диаметра. Связано это с тем обстоятельством, что имеетсяограниченный диапазонзначений скорости подачи электрода, в которомформируется валик с вогнутой поверхностью.Параметры процесса, обеспечивающие требуемое формирование валика,можно подобрать экспериментально, но это затруднено в связи с большимобъёмом опытов. Поэтому использовали методы компьютерного инженерногоанализа, основанные на численном физико-математическом моделированиисварочного процесса.1914.3.1. Методика анализа причин возникновения дефектов приформировании швовПри выполнении исследования использовали компьютерную модельпроцесса многопроходной дуговой сварки в узкую разделку, описанную в главе2.
Эта модель позволяет виртуально воспроизводить основные физическиеявления, определяющие форму сварочной ванны и шва с учётом особенностейраспределения теплового потока дуги и сопряжения поверхности сварочнойванны в узкой разделке. Анализ был выполнен для случая сварки стали Ст3толщиной 40 мм при щелевой разделке кромок шириной 10 мм.Задачей являлось определение минимального количества проходов ипараметровсваркикаждогоизних.Приопределениипараметровруководствовались рекомендациями, сделанными при анализе формированиязаполняющих проходов. В частности, скорость сварки варьировали в пределах5…15 мм/с, скорость подачи электродной проволоки рассчитывали такимобразом, что бы толщина слоя наплавляемого в каждом проходе была не более3…4 мм.
Ввиду большой длины вылета электрода, который по меревыполнения проходов изменялся в пределах 40…10 мм, анализ выполняли дляпроволоки диаметра 2 мм, чтобы исключить нагревание вылета свышетемпературы разупрочнения 500 оС, и тем самым уменьшить его блуждание вразделке. Напряжение дуги задавали высоким, исходя из необходимостиподогревания стенок разделки излучением столба дуги, но с учетомограничения на длину дуги, которая не должна превышать расстояния отэлектрода до боковых стенок разделки.Так как компьютерная модель виртуально воспроизводит обычныелабораторные опыты, то использовали обычную экспериментальную методикуподбора параметров, ориентируясь на характеристики формирования проходов.Форма шва, полученная после выбора параметров предшествующего прохода,использоваласьвкачествеисходнойформирования следующего прохода.формыразделкиприанализе1924.3.2. Обобщение причин возникновения дефектов формирования швовпри сварке по узкому зазоруВозможным решением повышения эффективности прогрева боковыхстенок разделки являются использование поперечных колебаний электрода,создаваемых механическим путем [210, 211], или магнитным отклонениемфакела дуги [212, 213].
Хотя эти способы сложно осуществить в зауженнойразделке кромок, но они позволяют управлять распределением тепловогопотока дуги между корнем и боковыми стенками разделки, а, следовательно,определять форму поверхности сварочной ванны в наплавляемом валике шва.Другим приемлемым способом дополнительного подогрева боковых стенокразделки является использование двухдуговой сварки [34, 214]. Мощностьпроцесса и количество наплавляемого металла при этом будут сохранены, ноэлектродинамическое давление на расплав каждой из дуг, токи которыхуменьшатся вдвое, снизится вчетверо. Это устранит, как показано в работах[215, 216, 217], возникновение глубокого кратера под дугой и заглубление дуг,что приведет к улучшению нагрева боковых стенок разделки и позволитобеспечить формирование вогнутых поверхностей наплавляемых валиков.Из изложенного следует:- основной причиной дефектов шва в виде межслойных несплавленийявляется формирование заполняющих слоев с выпуклой формой поверхности,сильно затрудняющей обеспечение плавление металла по линии сопряженияэтой поверхности с боковыми стенками разделки;- при достаточно больших значениях напряжения, длины и тока дугиможно избежать несплавлений на кромках, но препятствием являетсязаглубление дуги, вызываемое большим значением электродинамическогодавления при большом токе;- одним из возможных способов устранения этого препятствия являетсяиспользование двухдуговой сварки, при которой сохраняется эффективностьпроцесса и уменьшается давление дуги.1934.3.3.
Результаты по минимизации дефектов при двухдуговой сваркепо узкому зазоруКомпьютерное моделирование позволило на профилях температур впоперечных сечениях шва воспроизвести формирование слоев шва, послепоследовательного выполнения проходов, рис. 4.8.Рис.
4.8. Профиль разделки кромок (а), распределения предельныхзначений температуры при сварке проходов шва (1…11) и их суммарноераспределение (б) в поперечном сечении стыка194При выполнении виртуального эксперимента определены параметрысварки каждого из проходов, табл. 17.Задаваемыми параметрами являлись скорости сварки vw и подачиэлектродной проволоки vf и напряжение питания дуги Uarc. Ток дуги Iarc, еёдлина Larc, температура вылета Tf и размеры валика определялись примоделировании.Таблица 17.Параметры многопроходной сварки стали Ст3 толщиной 40 ммв зауженную разделку№vw,Vf,,Lf, ,Uarc,Iarc,прох.мм/смм/сммВA15,0224025210,07235310,072410,05Tf,,оLarc,,Размеры валика, ммСммZHhg1482802,4-2,61,25,6*353594603,42,67,5-1,22,930353573903,43,15,8-1,20,27225353623243,43,45,0-1,60,210,08621354152903,34,14,5-1,10,2610,08617354214403,24,93,3-0,91,4710,011513405251903,74,63,00,91,7810,011510405251603,74,63,01,21,79**7,51008354801103,40,22,71,91,210**7,575835400983,41,62,00,76,0*117,554835314853,44,02,22,15,7** - ширина шва; ** - смещение электрода от стыка 6 ммУсловия формированию проходов в щелевой разделке неодинаковы.Традиционно выделяют корневой, «горячий», заполняющие и облицовочныепроходы.Корневой проход.
Основным требованием при выполнении корневыхпроходов является стабильное формирование валика с выпуклостью на нижнейповерхности кромок и вогнутой внутри разделки. Компьютерный анализпоказал, что эти требования выполняются только при острой V-образной195разделке кромок, рис. 4.8-1, при которой электродный металл расходуется назаполнение разделки без формирования выпуклости внутри разделки. Крометого такая разделка обеспечивает увеличение отвода теплоты от стыка приувеличении размера ванны, что стабилизирует процесс, уменьшая влияниеслучайных отклонений мощности дуги.Погонная энергия при сварке корневого прохода должна быть достаточнадля сквозного провара V-образной разделки корня, но не должна превышатьзначения, при котором валик корня шва выходит за пределы V-образногокорневого участка узкой разделки.
Поэтому сварку лучше выполнять принизком напряжении дуги, т.е. короткой дугой, имеющей слабое излучениестолба дуги и малый радиус теплового потока.Первый заполняющий проход. Главным требованием к формированиюпервого наплавочного прохода является недопустимость изменения нижнейповерхности валика корневого прохода, т.е. недопустимость сквозногопроплавления (прожога). Это существенно ограничивает ток дуги.
Дляформирования вогнутой поверхности внутри кромок необходимо обеспечить ихсильный подогрев излучением дуги. Это можно достигнуть увеличениеммощности столба дуги, излучение которого полностью поглощается стенкамиразделки.Мощность столба можно увеличивать, повышая напряжение дуги, так какзначение тока ограничено недопустимостью сквозного проплавления корняшва.
Но повышать напряжение дуги можно только до определённого предела,так как длина дуги не должна превышать расстояния от электрода до стенокразделки кромок. При невыполнении последнего условия дуга начинает горетьмежду электродоми стенками разделки,при этомисчезает эффектсаморегулирования дуги и процесс становится чрезвычайно нестабильным.Компьютерный анализ показал, что даже при предельно допустимойдлине дуги мощности излучения недостаточно для прогревания стенокразделки на уровне поверхности расплава сварочной ванны до температурыплавления.
Поэтому удается получить только слабовыпуклую поверхность196валика, рис. 4.8-2.Последующие заполняющие проходы. В отличие от первого (корневого),у последующего заполняющего прохода нет ограничений на глубинупроплавления, что позволяет существенно повысить ток дуги и количествонаплавляемого металла. Но одновременно нужно увеличивать мощностьподогрева боковых стенок разделки, т.е. сварку выполнять при предельнодопустимых значениях напряжения и длины дуги. Так как разделкавыполняется с небольшим углом раскрытия кромок, по мере выполненияпроходов имеется возможность увеличивать напряжение дуги.
Но и привыполнении всех условий трудно обеспечить вогнутую поверхность валиков,рис. 4.8-3…4.8-7. Вогнутая поверхность валиков была получена только впоследних заполняющих проходах, когда близость верхней поверхностикромок ослабила отвод теплоты в стенки разделки, и излучение дуги прогрелоих поверхность до температуры плавления, рис. 4.8-7, 4.8-8.Облицовочныепроходы.Этипроходыдолжнысформироватьслабовыпуклую внешнюю поверхность шва. В один проход эта задача решенабыть не может, так как ширина узкой разделки на выходе заметно превышаетобычную ширину сварочной ванны. При сварке без поперечных колебанийэлектрода и необходимо не менее трёх ниточных облицовочных проходов,первые два из которых выполняются при отклонениях электрода в обе стороныот оси стыка, а последний по его центру. Режимы сварки первого и второгооблицовочных проходов подбираются так, чтобы формируемые валикиполностью заполняли соответствующую половину оставшейся разделки стыка,рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
