Диссертация (1026094), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Неравномерность потока, которая соответствуетотношению разности скоростей перед сеткой V11 – V12 и после сетки V21 – V22обозначается буквой η и представляет степень затухания неравномерностиполя скоростей. Зависимость степени затухания неравномерности отаэродинамического сопротивления сетки ξ представлена на Рис. 68.Рис. 68. Экспериментальная зависимость степени затухания неравномерностиполя скоростей η от аэродинамического сопротивления сетки ξС учётом того, что изменение неравномерности протекает на некоторойдлине канала, в больших аэродинамических трубах применяют величинуξ = 2 с установкой хонейкомбов – решёток с большим размером ячеек.Однако для сварочных горелок протяжённость каналов очень мала, поэтомунеобходимопользоватьсявеличинойболееинтенсивногоизменениянеравномерности.
Поэтому для сварочных горелок необходимо применятьсетки со значением ξ более 10, с малым размером ячеек сетки [45, 65].При использовании сеток с малым размером ячеек в условияхнеравномерности скоростей в струе газа на входе 20–25 %, сокращаяпроходное сечение сопла в 2 раза на длине, равной диаметру сопла, на срезесопла достигается газовый поток с однородным полем скоростей, в котором116на срезе неравномерность продольных скоростей не превышает 3–5 %.Снижение относительной неравномерности скоростей по сечению конфузораувеличиваетсясростомподжатияпотока,крометогоконфузордополнительно уменьшает величину турбулентности [53].Размеры сварочных горелок незначительны и время прохожденияпотока по ним так же мало, поэтому для сварочных горелок должнывыбираться сетки с самым малым размером ячеек lп ≤ 10 dп , где lп –расстояние между соседними проволочками в сетке; dп – диаметр проволочкисетки (Рис.
69).Рис. 69. Конструкция пакета сеток во входном сечении сопла:1 – втулка, 2 – сетка, 3 – кольцо, 4 – корпус117Материал сеток должен обладать коррозионной стойкостью, жесткостьюи прочностью для исключения собственных вибраций и возникновениядополнительной турбулентности. Для изготовления сеток для сварочныхгорелок можно использовать сетку фильтровую саржевую по ГОСТ 3187–76«Сетки проволочные тканые фильтровые» с индексами С и СД от 100 до 140,выполненную из материала 08Х18Н9, 08Х18Н9Т, 08Х18Н10 по ГОСТ 18143–72 с размером ячеек 0,2–0,25 мм.Для повышения выравнивающих свойств, сетки следует собирать впакет, состоящий из двух полотен [24, 95].
Удваивание сопротивления ξ приэтом наблюдается, если расстояние между сетками в пакете не менее 15калибров ячеи. Для указанных выше сеток расстояние составит 3–4 мм.Сетки должны быть установлены во внутреннюю и внешнюю обойму.Внутренняя обойма представляет из себя втулку, через которую проходитнеплавящийся электрод или мундштук плавящегося электрода. И электрод, имундштук после сетки не должны иметь отклонений от цилиндрическойформы (кроме заточки конца электрода) и высокую чистоту поверхности.Для предупреждения прилипания электрода к втулке пакета сеток,следует предусматривать зазор между электродом и стенками втулки длякомпенсации теплового расширения электрода. При малых вылетахэлектрода (один – два диаметра сопла) это влияние несущественно и имможно пренебречь.Но при вылетах электрода более трех диаметров сопла (например, присварке по глубоким узким разделкам) уже на расстоянии от сопла порядка2,5–3 диаметра может происходить разрушение ядра струи.Втулка выполняется из меди марки М3 по ГОСТ 859–2001 для того,чтобы в последующем при сборке можно было загнуть концы, которые будутдержать сетку, и в последующем их завальцевать.
Обод также как и втулкаделается из меди М3, на одной из его сторон делаются небольшие зубья, длятого, чтобы при сборке, когда он загибается, сетки надёжно фиксировались.118Дляполучениясетокнужногодиаметраиспользуетсяспециальноизготовленная просечка. Прокладки выполняются из фторопласта по ГОСТ10007–80.Увеличение количества сеток в пакете для конфузорных горелок болеедвух при повышенных расходах защитного газа на ветру приводит к ростусопротивления и статического давления в подводящих магистралях. Крометого, существенной разницы в эффективности газовой защиты горелок сдвумя и тремя сетками в пакете не наблюдалось [90].Основные элементы проточной части горелок – пакет сеток и соплодолжны располагаться нормально друг к другу, т.е.
плоскость сеток должнабыть нормальна к продольной оси сопла. Для удерживания пакета сеток инасадки на корпусе горелки служит гайка накидная. Изготавливается детальиз того же материала, что и конфузорное сопло – из стали 08Х18Н10Т (Рис.70).Рис. 70. Конструкция накидной гайкиФланец служит для закрепления с одной стороны головки горелкиболтами, с другой – гайки накидной. Материал фланца – сталь 08Х18Н10Т(Рис. 71). Для удержания и закрепления вольфрамового электрода,проходящего через втулку пакета сеток, предназначена цанга, котораявыполняется, как и большинство цанг из меди, в данном случае марки М3(Рис.
72).119Рис. 71. Конструкция фланцаРис. 72. Конструкция цангиВ горелке для сварки плавящимся электродом вместо цанги будетрасполагаться наконечник для подачи сварочной проволоки. Держательиспользуетсякакпаздляцанги,котораяточноизготавливается из меди М3 (Рис.
73).Рис. 73. Конструкция держателясадитсявнего,120Головка горелки служит для закрепления на ней фланца, цанги и ручки,делается из высокотемпературного пластика – фторопласта-4 по ГОСТ10007-80, который выдерживает постоянную температуру до 300 °С, (Рис.74). В ней также находится канал для подвода защитного газа итокопроводящего провода.Рис.
74. Конструкция головки горелкиДлязакручиванияцанги,котораявсвоюочередьзажимаетнеплавящийся электрод, предназначена ручка, которая изготавливается изтекстолита по ГОСТ 2910-74. Допускается изготовление из бакелита ифторопласта (Рис. 75).Рис. 75. Конструкция ручки горелки121Общий вид разработанной горелки представлен на Рис. 76.Рис. 76. Конструкция сварочной горелки с конфузорным соплом:1 – пакет сеток, 2 – сопло, 3 – гайка накидная, 4 – фланец, 5 – цанга,6 – держатель, 7 – головка, 8 – ручка, 9 – электрод, 10 – газотокоподвод,11 – крепежный винтПо сравнению с существующими горелками данная разработка имеетряд преимуществ: в связи с увеличением головки и корпуса горелкивозрастает пропускная способность защитного газа.
Это позволяет достигатьвысокой скорости истечения газа на выходе до 70 м/с. Сопло горелкивыполненовформеконфузора,сасимптотическимипрямыми,стремящимися к параллельности с осью сопла, что позволяет формироватьзащитную струю с увеличенным размером ядра. Благодаря этим факторамудается достигать качественной защиты сварочной ванны при порывах ветрадо 20 м/с.122Таким образом, на основании расчетных и экспериментальных данныхразработали конструкцию сварочной горелки с конфузорным соплом длядуговой сварки в условиях ветра.Разработанная горелка обеспечит увеличение размеров ядра защитнойгазовой струи путем уменьшения неоднородности поля скоростей, вращенияи турбулентности защитного газового потока.Предел зоны газовой защиты составил (Dз/D0)п = 2,3 при Н/D0 = 0,5.Предел эффективности газовой защиты (Н/D0)п = 1,9 при Dз/D0 → 0.Это позволит обеспечить эффективную газовую защиту при высокихскоростях истечения защитного газа в условиях сварки на открытыхплощадках при ветровых нагрузках с резкими усилениями.3.3.
Изготовление сопла методом 3D-печатиПриизготовлениимакетаигорелкидляпроведениясерийэкспериментов по моделированию сварки в условиях ветровых нагрузок,необходимо применение сопел различных конфигураций и типоразмеров.Изготовление деталей достаточно дорогостоящий и трудоемкий процесс,поэтому для снижения трудоёмкости и стоимости изготовления замениличасть операций по механической обработке на аддитивные технологиипослойного выращиванияизделий(AМ–AdditiveManufacturing)[19].Например, при изготовлении сопла различных диаметров и корректировкиформы образующей его внутренней поверхности, предложили изготавливатьсопло путем применения технологии «выращивания» сопла из термостойкогополибензоимидазола (PBI) и полиэфирэфиркетона (РЕЕК).
С помощью такойтехнологии возможно производство литейных форм с последующейотливкойметаллическихдеталей.Такойпластикобладаетвысокойтемпературной стойкостью (+ 310 °С постоянно и до + 500 °С123кратковременно),прочностью,низкимкоэффициентомтепловогорасширения.Для прототипирования разработали и собрали 3D принтер из готовыхмодулей на основе микроконтроллера, работающего по определеннойкомпьютерной программе (Repetier-Host) (Рис.
77).Рис. 77. Модули для принтера: экструдер, микроконтроллер, платав сборе, драйвер, двигательЭкструдер установлен на каретке, скользящей на двух цилиндрическихвалах, приводится в движение с помощью шаговых двигателей с ременнойпередачей. Горячий стол установлен на платформе с винтовым приводом иприводится в движение так же с помощью шагового двигателя (Рис.
78).Рис. 78. Общая схема 3D-принтера124Для изготовления сопла и других деталей выбрали метод струйнойтрехмерной печати (3DP). Этот метод прототипирования позволил на основематематической модели при помощи 3D-принтера получить послойносозданный прототип сопла горелки [44].Производственный цикл начинается с обработки трехмерной цифровоймодели.Вначалевводятсянеобходимыеисходныеданныепоразрабатываемому изделию, расчёты и нужная корректировка деталипроизводится без лишних финансовых затрат на эксперименты.Например, при изготовлении сопла из полимеров, по расчетам,произведенным с помощью программы, сразу известно, сколько оно весит,какой его объём и в течении какого времени оно будет изготовлено, а так жебудет понятно в каком месте не соблюдается плавность линии, по которойвыполняется образующая сопла (Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
