Диссертация (1026094)
Текст из файла
1САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТПЕТРА ВЕЛИКОГОНа правах рукописиИВАНОВА ИРИНА ВЛАДИМИРОВНАУДК 691.791РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯДУГОВОЙ СВАРКИ В СРЕДЕ ЗАЩИТНОГО ГАЗАВ УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЕТРАСпециальность 05.02.10 – Сварка, родственные процессы и технологииДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:доктор технических наук,доцент С.Г. ПАРШИНСанкт-Петербург–20162ОГЛАВЛЕНИЕСтр.ВВЕДЕНИЕ4Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ДУГОВОЙ СВАРКИ В ЗАЩИТНОМ ГАЗЕНА ОТКРЫТЫХ МОНТАЖНЫХ ПЛОЩАДКАХ1.1.10Метеорологические условия сварки на открытых монтажныхплощадках101.2.Анализ дефектов при дуговой сварке в условиях ветра171.3.Анализ способов улучшения эффективности газовой защиты191.4.Цель и задачи работы33Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ИСТЕЧЕНИЯЗАЩИТНЫХ ГАЗОВЫХ СТРУЙ И ХАРАКТЕРИСТИКЭФФЕКТИВНОСТИ ГАЗОВОЙ ЗАЩИТЫ ПРИ СВАРКЕ ВУСЛОВИЯХ ВЕТРА342.1.Строение и свойства защитной газовой струи342.2.Разработка методики исследований эффективности газовойзащиты в условиях ветра2.3.Разработка универсального стенда для моделирования сваркив условиях ветра2.4.2.6.52Исследование влияния ветра на эффективность газовойзащиты2.5.4459Математическое моделирование параметров защитных газовструи при сварке в условиях ветра77Выводы главы 291Глава 3.
РАЗРАБОТКА ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИВ УСЛОВИЯХ ВЕТРА933.1.Анализ конструкций сварочных горелок для сварки на ветру933.2.Разработка конструкции сварочной горелки для дуговойсварки в условиях ветра10633.3.Изготовление сопла методом 3D-печати3.4.Разработка системы управления газовой защитой и режимомдуговой сварки в условиях ветра3.5.3.6.122125Разработка комплекта оборудования для сварки в условияхветра129Выводы главы 3132Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ СВАРОЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХСВОЙСТВ ДУГИ И СВОЙСТВ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙВ УСЛОВИЯХ ВЕТРА1344.1.Исследование сварочных токов и напряжений1344.2.Исследование свойств сварных соединений пластин присварке в лабораторных условиях4.3.141Исследование сварных соединений труб при сварке впроизводственных условиях148Выводы главы 4159Общие выводы по работе161Литература1644.4.4ВВЕДЕНИЕВ судостроении, судоремонте, при строительстве зданий и сооружений,мостов, нефтегазопроводов и в других отраслях народного хозяйствазначительный объем сварочных работ выполняется на открытых монтажныхплощадках.
Ветер нарушает газовую защиту сварочной ванны, что вызываетдефекты, снижает производительность работ и качество сварных соединений.Разработка технологий сварки на ветру началась в конце 60-х годовпрошлого столетия в России, США, Японии, Германии [7, 15, 49, 67, 103].Однако до сих пор получение качественных сварных соединений на ветруявляется актуальным направлением науки и техники. Внедрение разработоктехнологий сварки на ветру в период 60–80-х годов XX века ограничивалисьуровнем развития приборостроения для автоматического регулированиярасхода газа и по измерению скорости ветра.Строительство надежных ветрозащитных сооружений для сварки швовнезначительной протяженности при прокладке трубных магистралей в лесах,долинах, горах, при строительстве или ремонте крупных мостов или другихметаллическихсооруженийобходитсяоченьдорого,крометогоэффективность применения этих сооружений низка.Особенно востребована технология сварки на ветру гражданским ивоенно-морскимфлотомпривосстановленииработоспособностинагруженных конструкций корпусов судов, при аварийных ситуациях вдальнем плавании в море или порту, где нет условий для выполненияремонта.Ранние исследования показали, что для устранения насыщения сварногошва газами атмосферного воздуха следует применять дуговую сварку в средезащитных газах.
Сейчас ее объем в мировом объеме сварочного производствасоставляет более 45 %. В результате применения защитных газов илокальной защиты места соединения достигается высокое качество сварных5соединений при дуговой сварке. Однако, для сварки в условиях ветра,оборудование для дуговой сварки нуждается в серьезной доработке.Существенным недостатком дуговой сварки в среде защитных газовявляется нарушение защиты сварочной ванны при наличии поперечныхвоздушныхпотоков.Дляобеспечениявысокогокачествасварныхсоединений необходима защита расплавленного металла от контакта сокружающей атмосферой. Поскольку эта защита осуществляется потокомзащитного газа, то ее надежность может определяться характеристикамиистекающего из сопла газового потока и устойчивостью потока к действиювозмущающих факторов, к которым относятся: естественное перемещениемасс воздуха, тепломассоперенос в сварочной дуге, влияние геометрииэлектродов и др.
[52].Влияние условий на технологический процесс дуговой сварки в средезащитных газов изложено в трудах Г.А. Николаева, В.Л. Руссо, В.В.Ардентова, Г.А. Федоренко и др. [6–9, 59, 83–93]. Однако для широкоговнедрения процесса дуговой сварки на ветру необходимо было решитькомплекс задач по разработке горелок, приборов для измерения скоростиветра и средств технологической оснастки.В последнее время в Российской Федерации возрастает объем сварочномонтажных работ с применением дуговой сварки в защитных газах, в томчислевозводятвысотныездания,конструкции,мосты,стадионы,магистральные нефтегазопроводы. При этом в трудах ученых К.К. Хренова,Г.А. Николаева, Н.Н.
Рыкалина, А.И. Акулова, Г.Г. Чернышова, Н.М.Новожилова [5, 58, 72, 74, 82] отмечается важность защиты зоны сварки дляповышения качества и надежности сварных конструкций. Потребность всоздании технологий сварки на ветру в условиях судоремонта, ремонтамагистральных трубопроводов и крупных сооружений, выполненных изсталей, алюминиевых и титановых сплавов, существенно увеличилась.Поэтому разработка специализированного оборудования для сварки в6условиях ветра и повышение эффективности газовой защиты позволитулучшить качество и производительность процесса сварки ответственныхконструкций в ряде отраслей промышленности, что свидетельствует обактуальности данной работы.Представляемая работа посвящена повышению эффективности газовойзащиты и качества сварных соединений при дуговой сварке в условияхвоздействия ветра путем разработки специализированного оборудования итехнологии с применением расчетно-экспериментальных и теоретическихметодов исследования: создание физической модели сварочного процесса вусловиях ветра, измерение скорости ветра и газов, изучение размеров зоныгазовой защиты, регистрация полей концентрации газов, видеосъемкасварочной дуги, осциллографирование сварочных токов и напряжений,механические испытания сварных соединений, металлографический анализмикро- и макроструктуры, измерения микротвердости сварных шлифов,химический и газовый анализ сварных швов, планирование эксперимента истатистическаяобработкаэкспериментальныхданных,компьютерноемоделирование истечения струи защитного газа из сопла сварочной горелкив программе ANSYS Fluent с использованием метода конечных элементов,производственные испытания в условиях ветра.Положения, выносимые на защиту:−разработанные математические модели истечения защитных газовыхструй в условиях ветра;−результаты расчетно-экспериментальных исследований параметроврежима сварки в условиях ветра;−оборудование и технология дуговой сварки в условиях ветра;−результаты исследований свойств сварочной дуги и сварныхсоединений в условиях ветра.7Научная новизна работы:1.НаосновемоделированиявсредеANSYSобнаруженаиэкспериментально подтверждена возможность управления эффективностьюгазовой защиты в условиях ветра за счет стабилизации и увеличенияразмеров ядра защитной газовой струи при высоких скоростях истечения изконфузорного сопла сварочной горелки, внутренняя поверхность которойимеет двухасимптотную параболическую форму.2.Установленырасчетно-экспериментальныезависимостимеждуразмерами ядра защитной струи, расходом защитного газа, скоростью ветра,режимамисваркиирасстояниемдосвариваемойповерхности,обеспечивающие эффективную газовую защиту.3.Расчетно-экспериментальнымметодомобнаруженмеханизмуменьшения неоднородности поля скоростей, вращения и турбулентностизащитного газового потока на выходе из сопла сварочной горелки привысоких скоростях истечения защитного газа в условиях сварки привоздействии ветра за счет изменения траектории движения и уменьшенияэнергии потока защитного газа в сопле газовой горелки.Практическая ценность результатов:1.
Разработан универсальный стенд с многорежимной аэродинамическойтрубой и автоматическая система управления стендом для моделированияпроцесса дуговой сварки в условиях воздействия ветра с резкимиусилениями.2. Разработана и внедрена в производство конструкция сварочнойгорелки с конфузорным соплом, внутренняя поверхность которого имеетдвухасимптотную параболическую форму, с устанавливаемыми передвходным отверстием сопла пакетом сеток.3. Разработана и запатентована система автоматического управлениясварочным процессом при дуговой сварке в условиях ветра, позволяющаяувеличить эффективность газовой защиты, за счет регулирования расхода8защитного газа в зависимости от скорости ветра, частоты его усилений,вылета электрода и силы сварочного тока.4.
Установлены оптимальные параметры режимов дуговой сварки всреде защитных газов с применением сварочной горелки с конфузорнымсоплом,которыеобеспечиливысокуюстабильностьгорениядуги,эффективную газовую защиту при различных скоростях и частотевоздействия ветра.5.Установлено,чтоприменениеновойсварочнойгорелкисконфузорным соплом в условиях ветра позволило уменьшить отклонениясварочного тока и напряжения, улучшить механические свойства ихимический состав сварных швов из стали повышенной прочности.Апробация работыОсновные и отдельные положения работы в процессе ее выполнениядокладывались и обсуждались на: научно-технических семинарах кафедрытеории и технологии сварки материалов СПбПУ (С.-Петербург, 2014, 2015,2016 г.); научно-технических семинарах кафедры технологий сварки идиагностики МГТУ (Москва, 2015, 2016 г.); всероссийских научнопрактических семинарах «Металлургия сварки и сварочные материалы(Петровские чтения)» (Зеленогорск, 2015 г., С.-Петербург, 2016 г.);молодежныхфорумахврамкахмеждународнойвыставкиСВАРКА/WELDING (С.-Петербург, 2012, 2016 г.); международных научнотехнических конференциях (Курск, 2014, 2015, 2016 г.); VI Российскойнаучно-практической конференции «Актуальные вопросы нефтегазовогостроительства» (Москва, 2015 г.); научно-техническом семинаре кафедрысварки, обработки материалов давлением и родственных процессов ТГУ(Тольятти, 2015 г.); молодежных научно-практических конференциях врамках Недели Науки СПбПУ (С.-Петербург, 2013, 2014, 2015 г.); научнотехнической секции «Технологии судостроения» Российского Научнотехнического Общества судостроителей им.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
