Диссертация (1024714), страница 29
Текст из файла (страница 29)
В данном примере при увеличении скорости с 5 до 20 мм/смощность теплового потока в сварочную ванну возросла менее чем в 2 раза,мощность дуги более чем 2,7 раза. При этом погонная энергия снизилась болеечем в 1,4 раза.Таблица 19.Результаты моделирования процесса при разном значении скоростисваркиПараметр процессаСкорость сварки, мм/с5,01020Скорость подачи электрода vw, мм/с4590180Ток дуги Iarc, А265425650Длина дуги Larc, мм5,04,22,9Температура нагрева вылета Tf, оС245335420Мощность теплопереноса каплями Pf, Вт186037207440Мощность тепловыделения в активном пятне Pa, Вт210036856440Мощность теплопереноса излучением Pr, Вт255044504500Выпуклость (- вогнутость) hz шва, мм0-1,4-1,6Глубина сплавления на кромках gL, мм1,51,80,2Толщина наплавленного слоя, H, мм5,14,74,7Максимальная глубина проплава, gz, мм5,04,43,2Ограничениями на скорость сварки является возможность появлениянепровара корня шва и несплавлений у боковых стенок разделки gy>0.Таким образом, проведенные исследования наглядно показывают, что сувеличением скорости сварки глубина проплавления уменьшается, особеннобоковых стенок gL, тогда как вогнутость наружной поверхности шва возрастает.2054.4.3.
Влияние напряжения и длины дуги на формообразование швапри многопроходной сварке по узкому зазоруПри моделировании исследовали влияние напряжения и длины дуги наформирование сварочной ванны и шва при скорости сварки 10 мм/с, скоростиподачи 90 мм/с электродной проволоки диаметром 2 мм и токе дуги 425 А вразделке шириной 10 мм. Напряжение сварочной дуги изменяли в диапазоне20…35 В, что вызвало изменение ее длины 0,8…5,8 мм.Результат моделирования представлены на рис. 4.13 и обобщены в табл.20.Рис. 4.13. Влияние напряжения и длины дуги на форму поперечногосечения шва и предельное распределение температурыТаблица 20.Результаты моделирования процесса сварки при изменении напряжениядугиПараметр процессаНапряжение дуги, В202535Длина дуги Larc, мм0,82,55,8Мощность теплопереноса излучением Pr, Вт93627206120Выпуклость (- вогнутость) hz шва, мм-1,2…-4,0-0,1+0,6Глубина сплавления на кромках gL, мм0,850,251,56Толщина наплавленного слоя, H, мм5,55,34,6Максимальная глубина проплава, gz, мм4,54,44,5206Нормальное формирование шва при низком напряжении дуги затрудненонедостаточноймощностьюпроцесса.Крометого,значительнаядолянапряжение падает в вылете электрода и активных пятнах дуги на электроде иповерхности ванны, поэтому напряжение дуги и мощность ее излучения малы.Из-за слабого прогрева боковых поверхностей кромок шов формируется сбольшой выпуклостью и глубокими подрезами.
Наблюдается неустойчивое инесимметричное формирование поверхности, что можно объяснить какблужданием дуги в приосевой зоне, так и характером теплопереноса каплямиэлектродного металла. Тепло, переносимое этими каплями попав в сварочнуюванну, распределяется в соответствии с формой её поверхности. Так какрасположениеповерхностиванныопределяетсярасположениемлинииизотермы плавления на боковой поверхности кромок, то даже небольшоеповышение температуры на одной из боковых поверхностей кромок вызываетперемещение линии изотермы плавления на ней и перераспределение жидкогометалла в сторону отклонения температуры.
Так как металл расплава имеетболее высокую температуру, это вызывает дальнейший рост температуры иперемещения изотермы плавления. На противоположной кромке процесс идёт вобратномнаправлении.Такформируетсянесимметричныйшов.Приповышении тока и напряжения дуги мощность излучения возрастает, подогревкромок усиливается, что приводит к нормальному формированию шва.4.4.4.
Анализ условий слияния сварочных ванн при двухдуговой сваркеДля определения условий образования общей и раздельных сварочныхванн при двухдуговой сварке нужно, прежде всего, знание условийраспределение составляющих давления на поверхности каждой сварочнойванны в продольном и поперечном сечениях.При определении параметров процесса сварки руководствовалисьрекомендациями, сделанными при анализе формирования заполняющихпроходов.
В частности, диаметр проволоки Св-08Г2С для первой дуги выбрали2072,0 мм, второй – 1,2 мм, скорость подачи электродной проволокисоответственно 60 мм/с и 160 мм/с. Скорость сварки выбрали равной 5 мм/с.Токи дуг при этих параметрах составляли 315 А и 280 А.
Напряжение на дугахвыбрано 30 В, что обеспечило длину дуг не более 3 мм.Результаты решения при расстоянии между дугами 25 мм приведены ввиде форм поверхности и распределение температуры в различных сеченияхсварочной ванны (рис. 4.14) с учетом распределения составляющих давления наповерхности сварочной ванны.Рис. 4.14. Распределение составляющих давления (а) на поверхностисварочной ванны и её сечение в плоскости симметрии (б) с учётомгидродинамического давления расплава208Полученное распределение составляющих давления на поверхностисварочнойванныпоказывает(рис.4.14,а)чтодоминируетэлектродинамическое давление дуг pi1, pi2., которое создаёт глубокие кратеры врасплаве, рис.
4.14,б. Давление дуг на поверхность расплава уравновешиваетсяв основном гравитационным pg и капиллярным p давлениями в сварочнойванне. Гидродинамическое давление pv, создаваемое напором потока расплава,невелико и проявляется только в области кратеров от воздействия дуг в зонах смалой толщиной жидкого металла. Особенностью этого давления являетсяизменение направления его действия на поверхность сварочной ванны - ононаправлено против давления дуг на набегающей поверхности, что препятствуетутонению жидкой прослойки под дугой, и наоборот, совпадает с направлениемдавления дуг на сбегающей поверхности.Такое изменение давления гидродинамического напора «сглаживает»поверхность сварочной ванны, уменьшая глубину кратеров под дугами (рис.4.14,б), что особенно заметно под второй дугой, где оказывает поток расплавасущественно больше, вследствие увеличения скорости подачи электроднойпроволоки.Результаты компьютерного моделирования условий слияния сварочныхванн при двухдуговой сварке показаны на рис.
4.15.Наглядно видно, что при слиянии ванн, общая сварочная ванна имеетдостаточно сложную форму. При достаточном удалении дуг ванна между ниминачинает кристаллизоваться, таким образом, вторая дуга переплавляетзакристаллизовавшийсяслойотпервойдуги.Поэтомуповерхностьпредшествующего слоя переплавляется преимущественно первой дугой. Таккак вторая дуга при этом оказывается выше первой относительно донной частиразделки, рис. 4.9 в, то это обстоятельство способствует более равномерномупрогреванию поверхности стыка излучением плазмы дуг в разных сеченияхсварочной ванны (рис. 4.9 г) и формированию ее поверхности с переходом отвыпуклой (рис.
4.9 д) к вогнутой форме, рис. 4.9 е.Это обстоятельство следует учитывать, как важный фактор повышения209качества сварных соединений из высокопрочных сталей, сваренных взауженные разделки.Рис. 4.15. Результат моделирования формирования сварочной ванны придвухдуговой сварке - распределение температуры и форма поверхности: а)сверху стыка, б) на поверхности предыдущего прохода, в) в плоскостисимметрии стыка, г) в поперечных сечениях, д) профиль сеченияпредыдущего прохода, е) предельное распределение температурыПереход от выпуклой к вогнутой форме шва улучшает условияформированияваликапоследующегопрохода,исключаявозможностьпоявления характерных несплавлений и подрезов у кромок разделки.С учетом этого, при определении условий образования общей илираздельных сварочных ванн при двухдуговой сварке нужно, помимо тепловоймощности дуг и расстояния между ними, учитывать условия распределениесоставляющихдавлениянаповерхностикаждойсварочнойваннывпродольном и поперечном сечениях и силы поверхностного натяжения в самихваннах.2104.4.5.
Исследование влияния расстояния между дугами на формированиешваДляопределениявлияниярасстояниямежду дугамивыполнилимоделирование формирования сварочной ванны и шва при разном его значении,сохраняя параметры сварки неизменными. Результаты моделирования показанына рис. 4.16.Рис. 4.16. Влияние расстояния между дугами на предельное распределениетемпературы и форму поверхности шва: а) профиль валика, полученногопри сварке предыдущего прохода, б) сварка одной дугой, в) сварка двумядугами на расстоянии 20 мм, г) сварка двумя дугами на расстоянии 40 ммПри минимальном расстоянии между дугами (сварка одной дугой), рис.4.16 б, дуги заглубляются в металл и формируют очень глубокий кратер наповерхности шва, переплавляя предыдущий слой, рис.
4.16 а. Мощность дугипри этом расходуется на переплав металла предшествующего валика, а кромкиразделки прогреваются недостаточно, что приводит к формированию валика свыпуклой формой поверхности.Увеличение расстояния между дугами уменьшает проплавление иулучшаетпрогревбоковыхповерхностейкромок,чтоспособствуетформированию вогнутой поверхности валиков, рис. 4.16 в.При большом расстоянии между дугами происходит разрыв сварочной211ванны на две, при котором глубина проплавления определяется только первойдугой, а высота наплавки и форма поверхности шва второй дугой, рис.4.16 г.Так как глубина кратеров существенно влияет на глубину проплавления,то влияние гидродинамического давления на результат сварки является важнымфактором, особенно на больших скоростях сварки.На рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
