Диссертация (1026094), страница 10
Текст из файла (страница 10)
10.67Таблица 10.Минимальная скорость истечения аргона из сопла, при которойобеспечивается эффективная газовая защитаH/D0Скорость сносящегопотока, м/сСкорость истеченияструи аргона, м/с0,51,21,50,52,24,00,55,212,21,01,23,31,02,27,11,05,219,6Поприведеннымданнымбылавыведеназависимостьмеждуминимально необходимой скоростью Vc истечения газа из сопла дляобеспечения защиты и скоростью сносящего воздушного потока Vв:Vc = Vв (2,5H/D0 + 0,6h) ,(2)где H – расстояние между соплом и сварным швом;h – эмпирический коэффициент, определяемый по графику (рис.
40, а).Подставив вместо Vc из формулы (1) Q, получили выражение:Q = Vв(2,5H/D0 + 0,6h)*π(D02 – d2)/4 .(3)Экспериментально было исследовано влияние режима сварки наминимальный расход инертного газа в условиях сносящих воздушныхпотоков. Исследования проводили при скорости сносящего воздушногопотока 5,2 м/сек, расстояния между соплом и сварным швом 0,5D0 и 1D0сопла и силе тока 150, 250 и 450 А. Посредством деления величинполученных в опытах минимальных расходов аргона на величинуминимальногорасходапоформуле(3),построилизависимостикоэффициента k, учитывающего влияние режима сварки на величинуминимальных расходов аргона (рис. 35, б).68а)б)в)Рис.
35. Зависимость коэффициентов h (a), k (б), f (в) от скорости ветра Vв ,силы тока дуги I и отношения H/D0При подстановке k в формулу (3), получили выражение:Q = Vвk(2,5H/D0 + 0,6h)*π(D02 – d2)/4 .(4)По указанной формуле можно рассчитать расход газа через сопло присварке на ветру с учетом конкретных значений силы сварочного тока.По аналогичной методике определили коэффициент f, учитывающийизменение минимального расхода газа в сопло при сносящих потоках взависимости от величины H/D0 (Рис.
35, в). В этом случае расход зашитногогаза можно определить по формуле:Q = Vвkf(2,5H/D0 + 0,6h)*π(D02 – d2)/4 .(5)Для проверки достоверности расчетов по формуле в условияхвоздушных сносящих потоков сваривали образцы с применением горелки сконфузорным соплом. Выходной диаметр сопла горелки составлял 21 мм,диаметр вольфрамового электрода 5 мм.
Скорость сносящего потокаопределяли по скорости максимального порыва ветра, которую фиксировалис помощью компьютерной системы управления [37, 39]. Минимальныерасходы аргона в сопло, рассчитанные по формуле (5) и определенныеэкспериментально, приведены в табл. 11.69Таблица 11.Минимальные расходы аргона, обеспечивающие газовую защиту приаргоно-дуговой сварке в условиях сносящих потоковH/D0Скорость сносящегопотока, м/сРасход аргона, л/мин,эксперимент/расчетIсв = 250 АIсв = 400 А0,52,214/1522/250,53,024/2332/360,55,257/5867/640,5795/96115/1191,02,235/3752/561,03,055/5781/781,05,2130/126165/160Примечание: в числителе приведены экспериментальные результаты, а взнаменателе данные, рассчитанные по формуле.Из данных таблицы очевидно, что расчетные данные по расходу газаблизки к экспериментальным данным, следовательно, в условиях сносящихвоздушных потоков расход защитного газа можно рассчитывать по формуле(5).
Зависимости минимальных скоростей истечения аргона из сопла присоответствующих скоростях сносящего потока представлены на Рис. 36.Из зависимостей очевидно, что эффективность газовой защиты вусловиях ветра, главным образом зависит от безразмерных параметровсоотношения между вылетом электрода и диаметром сопла, а также отвеличины сварочного тока.
С увеличением величины H/D0 и увеличениемсварочного тока газовая защита ухудшается и требуется увеличение расходазащитного газа.70Рис. 36. Зависимости минимальных расходов аргона, обеспечивающиеэффективную газовую защиту при аргонодуговой сварке в сносящихпотоках: QГ – расход аргона; Vв – скорость сносящего потока;1 – H/D0 = 0,5; I = 250 A; 2 – H/D0 = 1,0; I = 250 A;3 – H/D0 = 0,5; I = 400 A; 4 – H/D0 = 1,0; I = 400 AПри исследовании эффективности газовой защиты с использованиемнеподвижной горелки в условиях ветра определили расходы защитного газа,при которых наступает нарушение газовой защиты в зависимости отрасстояния между соплом и пластиной при постоянной силе сварочного тока170 А и скорости сносящего потока 1,2 м/с, а также определили скоростисносящего потока при силе тока дуги 170 А и расстоянии между соплом исварным швом H/D0 = 0,5; 0,75; и 1 (Рис.
37). Как видно из Рис. 37,нарушение газовой защиты происходит в случае H/D0 = 0,5 при Q = 15 л/мин,H/D0 = 0,75 при Q = 20 л/мин и H/D0 = 1 при Q = 30 л/мин.Основываясь на этих данных, построили зависимость между скоростьюструи защитного газа при определенной скорости сносящего потока воздухаи отношением H/D0 для достижения эффективной газовой защиты (Рис. 38).71Рис. 37.
Экспериментальные результаты эффективности газовойзащиты при различных H/D0 и расходах аргона Q, H/D0 = 0,5: а – 30,б – 20, в – 15, г – 10 л/мин; H/D0 = 0,75: д – 30, е – 20, ж – 15 л/мин;H/D0 = 1: з – 30, и – 25 л/минРис. 38. Характеристика эффективности газовой защиты при сварке вусловиях сносящих потоков на основе зависимости между скоростьюистечения струи защитного газа при определенной скорости сносящегопотока воздуха и отношением H/D0Для расчета скорости истечения струи защитного газа применилиформулу (5), полученные данные представлены в табл.
12.72Таблица 12.Расход защитного газа в зависимости от относительной скорости струиQ, л/мин30252017,51510Vс/Vв2,52,11,71,41,250,8Жесткость защитной струи в основном зависит от соотношенияскоростей ветра Vв и защитной струи Vс, вылета электрода H/D0 (где H –расстояние между срезом отверстия сопла и защищаемой поверхностью, D0 –внутренний диаметр среза сопла) и силы тока дуги I. Анализ имеющихсяэкспериментальных данных показывает, что эффективность газовой защитына ветру достигается при соотношении Vс/Vв = 1,8 если H/D0 = 0,5 и Vс/Vв =3,2 если H/D0 = 1 [60].Таким образом, скорость защитной струи должна соответствоватьскорости ветра даже при быстро изменяющихся значениях.
Из графикаочевидно, что при H/D0 >1 для компенсации силового воздействия сносящегопотока, в целях сохранения эффективности газовой защиты, требуютсяскорости защитных струй, более чем в 4 раза превышающие скорости ветра,что существенно ограничивает и технические и экономические показателитехнологического процесса сварки на ветру.Поэтому в реальности рабочими расстояниями от среза сопла досвариваемых поверхностей должны быть величины, которые удовлетворяютсоотношению: H/D0 = 1 и менее.Качество газовой защиты оценивали в соответствие с методикой подиаметру пятна Dз в относительных параметрах Dз/D0 при различныхрасстояниях H/D0. Строили зависимости (Dз/D0) = f (D0, I, Н/D0 , t) (Рис.
39).На Рис. 39, 1 и 2 штриховыми линиями показаны постоянные значения Dз/D0в изотермических условиях, которые зависят только от H/D0.При удалении сопла от защищаемой поверхности уменьшаются размеры73ядра в зоне защиты и пропадает ее эффективность. Другим главнымфактором формирования зоны газовой защиты являются режимныепараметры сварочного процесса.Рис. 39. Зависимость зоны газовой защиты от отношения H/D0 ивремени горения дуги t: 1 – H/D0 = 0,5; 1-6 – D0 = 20 мм, I = 490, 400, 350, 220,160 и 120 А соответственно; 7-9 – D0 = 22 мм, I = 490, 350 и 220 А; 2 – H/D0 =1,0; 1, 3-6 – D0 = 20 мм, I = 490, 350, 220, 120 и 90 А; 10-12 – D0 = 18 мм, I =350, 220 и 160 А; 3 – H/D0 = 1,5; 1, 3-6 – D0 = 20 мм, I = 490, 350, 220, 70 и 40А; 4 – H/D0 = 2,0; 1, 3, 4 – D0 = 20 мм, I = 490, 350 и 220 АКак видно из Рис.
39, при малых токах дуги и незначительном времениее горения формируются зоны газовой защиты малых размеров. Диапазонтехнологического применения сварки на низких режимах практическиограничивается только случаями несплавлений и непроваров и никак независит от формирования газовой защиты. В то же время, возможностьприменения высоких сварочных режимов ограничивается нарушениемэффективности зоны газовой защиты. Результаты, относящиеся к зонеэффективной газовой защиты получены при низких и умеренно высоких74режимах. Судя по основным тенденциям развития графиков, при высокихрежимах должны получаться высокие результаты эффективности газовойзащиты, но при увеличении сварочного тока и времени горения дугипроисходит нарушение эффективности газовой защиты.
Видимо, причинаэтого явлениякроется в формировании тороидального вихря и егоинтенсивном увеличении с ростом режимов дуги и увеличением размеровсварочной ванны [92].Таким образом, стабильное существование эффективной газовой защитыпри высоком качестве формирования швов обеспечивается между низкими ивысокими режимными параметрами сварочного процесса.Очевидно,оценитьтехнологическиевозможностиприменениясварочного оборудования можно с помощью установления максимальныхразмеров зоны газовой защиты.По методике пробы на пятно, описанной ранее, для горелок сконфузорными соплами различных типоразмеров, установили максимальныеразмеры зоны газовой защиты при различных скоростях истечения защитнойструи в зависимости от параметра H/D0 при 900 < Re < 3500 (светлые значки)и Re > 10000 (темные значки) (Рис.
40) и уточнили параметры возможногоугла наклона α оси головки горелки к свариваемой поверхности (Рис. 41).Dз/D0Рис. 40. Максимальные размеры зоны газовой защиты прииспользовании сопел D0, мм: 16 (1, 2, 3); 18 (4, 5, 6); 20 (7, 8, 9); 22 (10, 11)75Как видно из Рис.
40, зависимость приобретает экстремальное значениепри H/D0 = 0,5. В диапазоне 0,5 < H/D0 < 4,5 функция линейно уменьшается,а при H/D0> 5 перестает существовать. Таким образом, основныетехнологические параметры горелки с конфузорным соплом соответствуютпредельным максимальным показателям (Dз/D0)п = 2,15 и (Н/D0)п = 4,5.Эти данные можно принять за эталонные, и по ним рассчитыватькоэффициент, характеризующий эффективность газовой защиты горелки.Кэф = (К1 + К2)/2 .Коэффициент по пределам размеров зоны газовой защитыК1 = (Dз/D0)п /2,15 .Коэффициент по пределам вылета электродаК2 = (Н/D0)п /4,5 .Изучение влияния угла наклона горелки к плоскости свариваемойповерхности показало, что деформация зоны газовой защиты начинается сугла наклона головки к нормали поверхности 25 0 и более.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
