Диссертация (1024714), страница 34

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

Текст из файла (страница 34)

Второйпричиной появления дефектов является формирование сварочной ванны вусловиях повышенной интенсивности теплового потока на боковыеповерхности кромок. Из-за этого, в зауженной разделке излучение столбадуги эффективно поглощается боковыми поверхностями узкой разделки,снижая тепловой поток непосредственно в сварочную ванну.Выполненныеисследования[153,159,199]повлияниютехнологических факторов на пространственную устойчивость дуги взауженной разделке выявили, что при высоком напряжении дуга теряетпространственную устойчивость и горит между электродом и одной избоковых поверхностей кромок.

Влияет на устойчивость дуги и вылетэлектрода из токоподводящего мундштука. Большая длина вылета электродапри сварке корневого и нижних проходов является причиной нагревания249электрода проходящим по нему током, что существенно уменьшаетпроплавляющуюспособностьдуги,атакжеснижаетустойчивостьсаморегулирования процесса [109]. Установлено [153], что негативноевлияние этих явлений устраняется при сварке дугой, длина которой непревышает половину ширины разделки кромок и при использованииэлектродных проволок повышенного диаметра Дополнительным факторомпо обеспечению устойчивого пространственного положения дуги являетсясварка в разделку с небольшим (10..150) углом раскрытия между боковымиповерхностями кромок.

В то же время оптимальное формирование шва придвухдуговой сварке обеспечивается при формировании двух отдельныхсварочных ванн, предельно близких друг к другу [230], когда вторая дугаперемещается уже по нагретому металлу.Ввиду широкого использования компьютеров при технологическойподготовке сварочного производства для установления зависимости междупараметрами режима сварки и качеством сварного соединения целесообразноиспользовать компьютерное моделирование процессов сварки. Основнымтребованием при этом является адекватное отражение сущности физическихявлений, определяющих формирование шва, что весьма сложно из-замногофакторности и сложности формирования качественных характеристиксварных соединений. Проблемой является и то, что характеристики шваявляются следствием физических явлений при заданных параметрахпроцесса, а задачей расчета режима сварки является определение параметровпо заданным значениям характеристик шва.

Однако выполнение расчетовпутем полного моделирования процесса формирования многопроходногошва требует больших затрат времени. Для технологической подготовкипроизводства нужны более эффективные методики определения параметровсварки.Разработатьтакиеметодикиможнопутемупрощенияматематического описания процессов сварки.Главной характеристикой зауженной разделки является ее ширина,которая определяет возможность устойчивого горения дуги. Очевидно, что250ширина разделки не может быть меньше диаметра электрода и капель,которые формируются на его конце. Кроме того, невозможно обеспечитьточное пространственное положение конца электрода в разделке придлинном вылете, что вынуждает увеличить ширину на возможнуюпогрешность положения электрода в разделке [231]. Но важнейшимфактором является диаметр факела дуги, при котором обеспечиваетсяплавление, как дна, так и боковых кромок разделки. Поэтому первой задачейрасчета является определение мощности, диаметра и длины дуги, а такжерасстояния между кромками, обеспечивающих их сплавление.

Эта задачаеще больше усложняется при сварке с колебаниями электрода в разделке[232, 233]. Так как при сварке плавящимся электродом ток и мощность дугиопределяется скоростью плавления электрода, то при решении этой задачинеобходимо учитывать заполнение разделки электродным металлом. Средняявысота наплавки зависит как от соотношения скоростей плавления электродаи сварки, так и ширины разделки. В свою очередь, форма поверхности валиказависит от соотношения между средней высотой валика и высотойрасплавления боковой поверхности разделки [234, 235]. Эта логическаявзаимозависимость параметров режима сварки показывает, что в ходерасчета перечисленных параметров нужно задаться некоторой ширинойразделки, скоростью сварки, токоми длиной (напряжением) дуги,определить расположение изотермы плавления в металле свариваемыхкромок и рассчитать количество плавящегося электродного металла.Решение этих задач позволяет определить достаточность проваракромок и характер формирования поверхности валика.

Очевидно, что принедостаточном проваре нужно увеличить мощность (ток) дуги илиуменьшить ширину разделки. Можно также уменьшить скорость сварки, ноэто нежелательно из-за снижения производительности процесса. Приформировании валика с выпуклой поверхностью следует увеличитьнапряжение (длину) дуги или увеличить скорость сварки. Для случая сваркидвумяпоследовательнымидугамиванндопустиморассматривать251формирование шва отдельно от каждой дуги, но при определении параметровсварки второй дугой нужно учитывать подогрев металла первой дугойЭтот анализ показывает, что определение параметров сварки взауженную разделку является достаточно сложной системной задачей,которая должна решаться поэтапно.

При этом основные расчетныесоотношения должны учитываться в модели дуги, модели плавленияэлектродной проволоки и модели границ металла шва.5.1.2. Расчет параметров дуги при сварке по узкому зазоруПри решении тепловых задач тепловой поток дуги традиционноописывают нормальным законом распределения.

Но это приемлемо толькодля случая ее горения над плоской поверхностью.Для учета влияния формы поверхности для короткой дуги в работах[236] предложено определять плотность теплового потока в зависимости отрасстояния r от точки поверхности до конца электрода, рис. 5.1.Рис. 5.1. Основные геометрические характеристики процесса сварки вузкую разделку252 r2 qr   Q exp  2  , R (5.1)где Q – максимальная плотность потока, R – радиус факела дуги.Радиус факела определяется по каналовой модели [107, 148] взависимости от тока I дуги:I,jR(5.2)где j=500 А/см2 – плотность тока свободной дуги в двуокиси углерода.Максимальная плотность потока определяется по общей мощноститеплового потока из решения интегрального уравнения:S qr dS  IU(5.3)0где S – координаты поверхности свариваемых кромок, I,U – ток инапряжение дугиСреднее расстояние L от конца электрода до поверхности кромокопределяется напряжением дуги U:L1(U  U a  U k ) ,E(5.4)где E=50 В/см – градиент потенциала в столбе дуги, Ua=6 В – анодноепадение напряжения, Uk=8 В – катодное падение напряжения дуги, горящей всреде двуокиси углерода [199, 229].По средней длине дуги определяется расположение торца электроднойпроволоки относительно поверхности кромок решением интегральногоуравнения:S1 11dS 2S 0rL(5.5)Необходимо отметить, что при сварке по узкому зазору расстояниемежду концом электрода и дном разделки может быть значительно меньшим,чем между торцом электрода и боковой стенкой разделки.

Зависимостьсреднего значения длины дуги от расстояния между электродом и дном узкойразделки при разном угле наклона ее боковых стенок показана на рис. 5.2.253Рис. 5.2. Зависимость среднего значения L длины дуги от расстояния Yмежду электродом и дном узкой разделки кромок при разном угленаклона боковых стенокРешениесистемыуравнений(5.1–5.5)позволяетопределитьраспределение плотности теплового потока по поверхности кромок узкойразделки.2545.1.3.

Учет границ металла шва в методике расчета параметровПри сварке по узкому зазору большое значение имеет возможностьточного определения границ зоны сплавления, которая разделяет основнойметалл и металл шва. Наиболее рациональным путем определения границысплавления является установление изотермы плавления TL из решенияуравнения теплопроводности, граничное условие которого учитываеттепловой поток дуги (5.1):div( gradT)  vw gradwT  0(5.6)где λ=0.3 Вт/см/оС – коэффициент теплопроводности стали, T –распределение температуры в объёме металла, vw – скорость сварки, gradwT –градиент температуры по направлению сварки.Граничные условия этого уравнения учитывают форму разделкикромок и температуру T0 их предварительного подогрева от действия дуг, чтопозволяет оценивать распределение температур от воздействия как первой,так и второй дуги.По распределению температуры определяются высота Hb и глубина Zbплавления боковой стенки разделки кромок, глубина проплавления днаразделки Z0., а также длина сварочной ванны Lw.Для учета подогрева металла при сварке второй дугой в конце расчетатемператур первой дуги фиксируется распределения температур позадисварочной ванны T0.5.1.4.

Характеристики

Список файлов диссертации