Диссертация (1026094), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Асвойства эти, впервые изложенные в работах [15, 64, 67, 78] получены наструях, вытекающих из цилиндрических сопел. И именно горелки,представленные выше, и относятся к классу горелок с цилиндрическойпроточной частью (ЦПЧ).Расчет коэффициента эффективности газовой защиты этих горелокпоказал, что высокие показатели эффективности имеют горелки с малымидиаметрами сопел, при увеличении диаметра снижается эффективность (угорелок с D0 = 8 мм Кэф = 0,79; у горелок с D0 = 18 мм Кэф = 0,33). Горелки сD0 > 18 мм необходимо серьезно модернизировать [60].99Таблица 16.Типы и марки горелок, выпускавшихся в конце XX столетияДиапазон изменения диаметров сопел D, ммI группа: 8 ≤ D < 10II группа: 10 ≤ D <13III группа: 13 ≤ D <18IV группа: 18 ≤ D <22Опыт, накопленный в области создания аэродинамических труб,позволил отказаться от большого количества конструктивных решенийпроточной части горелок и предложить их всего 2 варианта: один – дляструй, обеспечивающих эффективную газовую защиту только при низких100числах Рейнольдса, и другой – для струй, не имеющих ограниченияэффективности газовой защиты по числам Рейнольдса [8, 18, 65, 89].Следует отметить, что к началу 70-х годов, кроме горелок, имеющихпроточную часть, аналогичную представленным в табл.
16, появилисьгорелки с сетками, установленными во входном сечении сопла или ввыходном сечении проточной части (Рис. 58). Эти горелки, как ипредыдущие, имели верхний предел расхода защитного газа. Но именногорелки с цилиндрическими соплами, оборудованные во входном сечениипакетом мелкоячеистых сеток, обладают самыми высокими свойствами всегокласса горелок с ЦПЧ.Для горелок с цилиндрическими соплами существует еще один вариантпакетов сеток, который недостаточно изучен. Это пакет сеток с переменнымсопротивлением, минимальным в середине и возрастающим по радиусу кпериферии. Применение таких сопротивлений по результатам исследованийувеличивает протяженность начального участка струи, вытекающей изцилиндрических сопел, и повышает Reкр [34].Рис.
58. Конструкция ручной аргонодуговой горелки со специальнымнаконечником: 1 – корпус, 2 – цанга, 3 – трубка подвода газа, 4 – колпачок,5 – трубки подвода и отвода воды, 6 – резиновый корпус рукоятки,7 – металлический корпус рукоятки, 8 – пластмассовый корпус рукоятки,9 – тумблер, 10 – кнопка, 11 – кольцо, 12 – сопло, 13 – кольцо для установкипакета фильтров, 14 – обойма пакета фильтров, 15 – вольфрамовый электрод,16 – сетка пакета фильтров, 17 – фильтрующий материал101Дляизготовленияпакета,однасетка,обращеннаяксоплу,устанавливается нормально к оси сопла, а вторая сетка со стороны камерыгорелки, под некоторым углом к первой сетке таким образом, чтобырасстояние между сетками в центре пакета было минимальным (например,1–1,5 мм) и увеличивалось к периферии (например, до 4–5 мм).
Пространствомеждусеткамипередустановкойнаружнойобоймызаполняетсяметаллической дробью или мелкой стружкой. Верхний предел скоростиистечения газа на этих горелках предусматривает применение таких горелоктолько в цеховых условиях при скоростях сквозняков не более 0,5 м/с.Проанализировано большое количество разработок, связанных ссозданием горелок для сварки в среде защитных газов на ветру, но у каждойгорелки есть свои недостатки, поэтому они так и не получили массовогоприменения в сварочном производстве.Известна горелка для дуговой сварки в среде защитных газов,содержащая корпус, навитый из токопроводящей трубки, конусообразноесопло и электрододержатель (Рис.
59) [10].Рис. 59. Конструкция горелки для аргонодуговой сварки неплавящимсяэлектродом: 1 – сопло; 2 – изоляционная втулка; 3 – корпус; 4 – цанга;5 – неплавящийся электрод; 6 – цилиндрическая втулка; 7 – токопроводящаятрубка; 8 – полый канал; 9 – ряд аксиальных отверстий; 10 – цилиндрическаявтулка; 11 – демпфирующая камера; 12 – криволинейная поверхность102Недостатком этой горелки является сложность конструкции, выраженнаяв наличии демпфирующей камеры и аксиальных отверстий, а такженевозможность создать требуемый профиль скорости и обеспечить низкийуровень турбулентности потока на выходе из сопла, необходимый дляобеспечения надежной защиты металла.Известна горелка для дуговой сварки в среде защитных газов,содержащая корпус с кольцевой накопительной камерой, штуцер сцилиндрическим каналом для подачи газа, а также сопло и ячеистуюперегородку с увеличивающейся по радиусу длиной каналов (Рис.
60) [12].а)б)Рис. 60. Конструкция горелки: а – общий вид; б – пример профилированияперегородкой скорости на срезе сопла: 1 – корпус;2 – кольцевая накопительная камера; 3 – штуцер; 4 – канал для подачи газа;5 – сопло; 6 – входное отверстие сопла; 7 – выходное отверстие сопла;8 – перегородка; 9 – колпачок для зажима электрода; 10 – электрод;11 – электроизоляционное термостойкое покрытиеГорелка для дуговой сварки в среде защитных газов обеспечиваетполучение на срезе выходного отверстия сопла мелкомасштабного струйногопотока газа с однородным профилем скорости с низкой интенсивностьютурбулентности. Недостатком известной горелки является невозможность103создать равномерный профиль скорости и недостаточно надежная защитасварочной ванны.Также известна горелка для сварки в среде защитных газов с соплом скольцевыми щелями для нескольких замкнутых потоков защитных газов(Рис.
61) [13].Защитный инертный газ подают по патрубку через кольцевой каналнепосредственно к дуге со сварочной ванной. Перегретый водяной парподают по патрубку через камеру с винтовыми каналами, где формируетсявращающая коническая кольцевая струя перегретого водяного пара.Ориентировочноможнопредположить,чтоприиспользованиипредлагаемого способа расход дорогостоящих защитных инертных газовзначительно уменьшается, а именно, на величину расхода перегретоговодяного пара, что особенно важно при сварке на режимах с дугой большоймощности и при необходимости защиты сварочной ванны от ветровыхвоздействий.Рис.
61. Конструкция горелки с соплом с кольцевыми щелями длянескольких замкнутых потоков защитных газов: 1 – корпус; 2 – электрод;3 – кольцевой канал; 4 – патрубок; 5 – камера для формированиявращающегося потока; 6 – винтовые каналы; 7 – направляющий аппарат;9 – патрубок; 10 – свариваемое изделиеНедостатком известной горелки является невозможность обеспечитьнизкий уровень интенсивности турбулентности, достаточную жесткость104защитной струи, также при таком способе сварки часто наблюдается подсосвоздуха в зону сварки, взаимодействие водяного пара с жидким металлом.Известна также горелка для сварки в среде защитного газа, содержащаяпрофилированное сопло с мелкоячеистой сеткой на входе и продольнымипластинами, установленными радиально под одинаковыми углами одна поотношению к другой, выступающие за срез сопла (Рис.
62) [11].B потоке защитной струи, направляемой острыми кромками пластин ипротекающей в зазоре между пластинамии поверхностью электрода,турбулентность снижается, вследствие чего размеры ядра струи неуменьшаются. Такая конструкция обеспечивает максимальное использованиекинетической энергии струи инертного газа для защиты от ветра иповышение устойчивости защитной струи к сносящим воздушным потокам.Недостатком этого изобретения является сложность конструкции,выраженнаявналичиинесколькихпластин,трудностьсоблюденияравномерности углов при установлении этих пластин по окружности, а такженевозможность создать равномерный профиль скорости на выходе из сопла.Рис. 62. Конструкция горелки: 1 – корпус; 2 – сопло;3 – сетка; 4 – пластины; 5 – неплавящийся электрод105Из последних разработок известен новый способ сварки с двухструйнойгазовой защитой, который обеспечивает жесткость внутренней струиподаваемого газа и улучшает защиту сварочной ванны [71].Двухструйное сварочное сопло обеспечивает более качественнуюгазовую защиту, чем при одноструйном способе защиты области сварки (Рис.63).
В этом случае наблюдается явление прижимания внешним кольцевымгазовым потоком отраженного от поверхности свариваемой детали газовогофронта. Таким образом формируется более устойчивый и максимальнопокрывающий поверхность свариваемого изделия поток защитного газа. Приэтом, внешняя кольцевая струя обеспечивает надежную защиту зоны сваркиот влияния атмосферного воздуха [96].Недостаток известного способа – сварка с двухслойным потокомзащитного газа, повышение расхода защитного газа и удорожание за счетэтого стоимости процесса сварки.
Кроме того, при таком способе сваркивозможен подсос воздуха в зону сварки.Рис. 63. Конструкция горелки с двухструйной газовой защитой:1 – двухструйное сопло; 2 – мундштук с наконечником и электроднойпроволокой; 3 – свариваемые детали106Также, помимо отечественных разработок, не стоит забывать и озарубежном опыте сварки на ветру. Зарубежные разработки направлены наиспользованиемеханизированнойсваркисамозащитнойпорошковойпроволокой, например, проволокой типа «Иннершилд», разработаннойкомпанией «Линкольн Электрик» (США).Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что применяемые наоткрытых площадках сварочные горелки, должны быть более простойконструкции и обеспечивать требуемую устойчивость защитной газовойструи при оптимальных скоростях истечения защитного газа.3.2.
Разработка конструкции сварочной горелки для дуговой сварки вусловиях ветраПроточная часть горелки с конфузорной проточной частью создаваласьпо опыту, накопленному в аэродинамике при создании аэродинамическихтруб. Учтены требования по конструктивному исполнению проточной частигорелок с неограниченной по расходам эффективностью газовой защиты.Проточная часть такой горелки состоит из корпуса I, которыйнадеваетсянаметаллическуюголовкугорелки,пакетасетокII,расположенного между корпусом, в который поступает защитный газ, исоплом горелки III. Конструктивные параметры деталей проточной частипредставлены на Рис.
64 [32, 34].Среди горелок с конфузорными соплами, образующая которыхвыполнена по профилированной кривой, можно выделить два типа. Вгорелках первого типа за сеткой располагалась цилиндрическая часть сопла,которая под углом, близким к прямому, переходила в сужающую часть,образующая которой была выполнена по кривой Витошинского.В горелках второго типа за сеткой располагался конфузор, образующаякоторого была выполнена по профилированной параболической кривой,107асимптотически стремящиеся к прямой, параллельной оси сопла по мереприближения к сетке.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
