Диссертация (1026094), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Методом высокочастотного осциллографирования сварочных токов инапряжений установили, что при использовании горелки с цилиндрическимсоплом в условиях ветра возрастают отклонения сварочного тока инапряжения от среднеарифметической величины соответственно до ±100 А и±6,5 В. При этом частота коротких замыканий увеличивается до 1,77–2,1раза, возрастает длительность КЗ и уменьшается длительность пауз междуКЗ.Применениеновойгорелкипозволилоуменьшитьотклонениясварочного тока и напряжения от среднеарифметической величины посравнению с промышленной горелкой соответственно до ±50 А и ±4,5 В. ПриэтомсущественноуменьшиласьчастотаидлительностьКЗ,чтосвидетельствует об улучшении стабильности горения дуги в условиях ветра.2. Методом высокоскоростной видеосъемки установили, что в условияхвоздействия ветра происходит значительная деформация столба дуги иотклонения от продольной оси дуги, которые достигают до 9–18 мм.
Прииспользовании новой горелки отклонения дуги при воздействии ветрауменьшились до 3–9 мм.3. Механические испытания сварных соединений, полученные влабораторныхипроизводственныхиспользованиигорелкисусловиях,конфузорнымсопломпоказали,вчтоусловияхприветрасреднеарифметическое значение ударной вязкости по шву возрастает до8,3 %, по границе шва до 49,8 %.4. Методом спектрального анализа металла швов сварных соединенийпластин из стали 09Г2С установили, что в условиях воздействия ветра прииспользовании горелки с цилиндрическим соплом средние значенияуглерода, кремния, марганца и никеля уменьшаются соответственно на25,5 %;25,8 %; 13,8 %; 9,9 %, что может отрицательно влиять намеханические характеристики шва.
При использовании новой горелки в160условиях ветра, средние значения углерода, кремния, марганца и никеля вшве увеличились, соответственно на 3,2 %; 3,6 %; 9,6 %, 2,8 %. Анализ швовсварных соединений труб из стали категории прочности К60, выполненных вусловиях ветра показал, что при сварке с конфузорным соплом среднеесодержание углерода увеличивается на 53,3 %, кремния на 10,5 %, марганцана 13,9 %, никеля на 1,9 %, что свидетельствует об улучшении газовойзашиты сварочной ванны.5.Методом газового анализа при восстановительном плавленииобразцов из швов сварных соединений труб из стали категории прочностиК60, выполненных в условиях ветра, установили, что среднее содержаниеэквивалентного кислорода [O] при сварке горелкой с конфузорным сопломуменьшается в корне шва на 20,7 % и в выпуклости шва на 30,7 %.
При этомсреднее содержание эквивалентного азота [N] при сварке горелкой сконфузорным соплом уменьшается в корне шва на 26,2 % и в выпуклостишва на 33,1 %.161Общие выводы и результаты1. Установлено, что при строительстве и монтаже объектов сприменением дуговой сварки в условиях ветра происходит деформациязащитной газовой струи, что приводит к возникновению внутренних ивнешних дефектов, ухудшению механических свойств и химического составанаплавленногометалла,чтоснижаеткачество,надежностьиработоспособность ответственных сварных конструкций.2.
Установлено, что эффективность газовой защиты при сварке на ветруопределяется стабильностью, формой и размерами ядра защитной газовойструи, которые зависят от скорости и характера истечения, расхода газа,траектории движения по соплу и равномерности поля скоростей струи вусловиях воздействия ветра.3. На основе математического моделирования защитной струи впрограмме ANSYS и экспериментального моделирования на испытательномстенде установлено распределение поля скоростей движения газовой струи ирасход защитного газа, в зависимости от формы сопла, его расстояния досвариваемой поверхности и начальной скорости газовой струи на входе всопло.4.
Экспериментально показано, что при различной частоте и скоростиветра с резкими усилениями, эффективность газовой защиты и стабильностьсварочной дуги повышается при увеличении скорости истечения защитнойструи из конфузорного сопла.5. На основе расчетно-экспериментальных данных подобраны режимысварки в условиях ветра в зависимости от диаметра сопла, от величиныотношения скоростей газовой струи и ветра, а также от расстояния междусоплом и свариваемой поверхностью.6.Наосновеанализатехническихрешенийирасчетно-экспериментальных данных, разработана и внедрена в производство162конструкция сварочной горелки, состоящая из конфузорного сопла свнутренней поверхностью в виде двухасимптотной параболической кривой ипакетом сеток, которая позволила увеличить стабильность и размеры ядрагазовой струи при высокой скорости истечения, уменьшить неравномерностьполя скоростей и турбулентность газовой струи на выходе из сопла вусловиях ветра.7.
Разработан универсальный стенд с многорежимной аэродинамическойтрубой и автоматической системой управления для моделирования процессадуговой сварки в условиях воздействия ветра с резкими усилениями.8. Разработан и изготовлен 3D-принтер для аддитивного выращиванияузлов сварочной горелки, состоящий из электромеханического, электронногои программного модулей.9.
Разработан и запатентован макет автоматической системы управленияпроцессом сварки, который позволяет управлять подачей и расходомзащитного газа в зависимости от параметров режима сварки, скорости ичастоты усиления ветра.10. Проведены успешные производственные испытания технологии иоборудования на базе ОАО «Ленгазспецстрой» в рамках НИОКР по заказуООО «ГазпромВНИИГАЗ», путем автоматической сварки магистральныхтруб газопроводов диаметром 1420 мм с толщиной стенки 21,3 мм из стали скатегорией прочности К60 в условиях ветра со скоростью 3 м/с.11.
На основе проведенных комплексных исследований в испытательнойлаборатории ООО «УНТЦ «Сварка» и в лаборатории металлургическойэкспертизы ФГАО ВО «СПбПУ» показано, что показатели прочности,пластичности и геометрические характеристики сварных соединений,выполненных по новой технологии, удовлетворяют требованиям СТОГазпром 2-2.2.-083-2007, СТО Газпром 2–2.2–136–2007. Экспериментальнопоказано, что новая технология и оборудование позволяют улучшитьстабильность сварочной дуги, уменьшить частоту и длительность коротких163замыканий, отклонения сварочного тока и напряжения.Таким образом, применение разработанного оборудования и технологиидля дуговой сварки в условиях ветра позволило повысить эффективностьгазовой защиты и качество сварных соединений, что свидетельствует одостижении цели работы.Результатытеоретическихиэкспериментальныхисследований,универсальный стенд и 3D-принтер внедрены в учебный процесс приподготовке бакалавров и магистров ФГАОУ ВО «СПбПУ».
Системаавтоматического управления потоком защитного газа прошла промышленноеопробование в Научном учреждении «Центр стратегических исследований»,научные результаты диссертации использованы в практике работы ОАО«Концерн ПВО «Алмаз-Антей», экспериментальная технология внедрена вООО«Техник-V»,ООО«МРКМодуль»,оборудованиепрошлопромышленное опробование в ЗАО «Невский завод» (г. Санкт-Петербург, РФ)на предприятии «BUCHER» (г. Вентспилс, Латвия), что подтверждаетсясоответствующими актами о внедрении и промышленном опробовании.164ЛИТЕРАТУРА1. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. М.: Наука, 1984.
716 с.2. Аверьянов А.А., Шарапов М.Г. О возможности применениябезвихревого течения идеальной жидкости к реальным потокам защитныхгазов сварочных горелок // Вопросы материаловедения. 2001. № 1. С. 45–50.3. Акатнов Н.И. Круглая турбулентная струя в сносящем потоке // Изв.АН СССР. МЖ.
1969. № 6. С. 11–19.4.Акатнов Н.И., Барышников А.П., Грищенко Л.В., Федоренко Г.А.,Шведиков В.М. Защитная струя в сносящем потоке при условиях, близких кизотермическим // Науч.-тех. сб. Судпром. Сварка. 1986. № 2. С. 67–77.5. Акулов А.И., Бельчук Г.А., Демянцевич В.П. Технология иоборудование сварки плавлением. М.: Машиностроение, 1977. 432 с.6. Ардентов В.В., Акатнов Н.И., Руссо В.Л. К вопросу о теории струйнойгазовой защиты // Науч.-тех. сб.
Судпром. Сварка. 1968. № 112.7. Ардентов В.В., Руссо В.Л., Федоренко Г.А. Сварка в среде защитныхгазов при сносящих воздушных потоках // Л.: Судостроение, 1971. № 14. С.70–73.8.АрдентовВ.В.,ФедоренкоГ.А.Оструйнойзащитепригазоэлектрической сварке // Сварочное производство. 1973. № 1. С. 3–5.9. Ардентов В.В., Федоренко Г.А. О влиянии конструкции проточнойчасти горелок на характеристики газовой защиты // Сварочное производство.1973. № 10. С. 14–15.10.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
