Диссертация (1026094), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Движение этого ПЛПС неустойчиво, и достигнув границымежду ядром и пограничным слоем края струи (ПСС), он отрывается отзащищаемой поверхности с образованием пристеночного турбулентногопограничного слоя. Линия этого отрыва, описанная окружностью одногорадиуса с центром в критической точке (КТ), после остывания защищаемойповерхности в струе газа, проявляется в виде четкой границы цветовпобежалости с защищенной поверхностью, находящейся внутри этойграницы.Цвета побежалости образуются из-за того, что в зоне отрыва ПЛПС играницыядраизПССужеприсутствуетвоздух,приносимыйвнезначительных количествах ПСС. Однако, повышенная турбулентнаяинтенсивность смешения этой зоны все время подает новые порции газа ПССк защищаемой поверхности.
Зона серебристого цвета чистого металла,окруженная вокруг пленкой цветов побежалости, называется зоной газовойзащиты. Она обтекается ядром защитного газа и характеризует размеры иформу защищаемой поверхности, которая не контактирует с воздухом. Такимобразом, при сварке, осуществляется визуализация формы и размеров46поверхности, защищенной от контактов с воздухом.Ядро защитной струи, набегающее при горении дуги нормально наплоскую металлическую поверхность, в процесс удара растекается по ней ввиде пятна круглой формы. Горение дуги в центре этого круга образуетрасплавленный металл, окруженный нерасплавленной, но разогретой довысоких температур металлической поверхностью. После зажигания дуги иохлаждения металлической поверхности в струе защитного газа на нейобразуется зона серебристого металлического цвета, очерченная по контурукруга полосой цветов побежалости [93].Эта зона серебристого металлического цвета, окруженная полосойцветов побежалости, называется зоной газовой защиты Dз.
Она характеризуетплощадь поверхности вокруг дуги, в которую не проникает воздух (Рис. 21).Рис. 21. Размер зоны газовой защитыВместе с сокращением ядра струи сокращаются и размеры его пятна назащищаемой поверхности, т.е. сокращаются размеры зоны газовой защиты.Этот факт может помочь более точно установить параметры, прикоторых возможно или невозможно проведение сварки на ветру. Сокращениеразмеров ядра защитной струи можно наблюдать визуальным способом,который положен в основу методики изучения эффективности газовойзащиты.Изучение механизма снижения эффективности газовой защиты присварке на ветру проводили по методике «пробы на пятно» [17, 56]. Для этого47исследовали оплавление образцов из стали 08Х18Н10Т при неподвижнойаргонодуговой горелке.
Режим и длительность горения дуги подбиралитаким образом, чтобы размеры зон газовой защиты соответствовали 0,8D з,где Dз – предельные размеры зоны газовой защиты при выбранном H/D0. Нагорелку устанавливали конфузорные сопла различных диаметров.В процессе проведения одной серии экспериментов поддерживалипостоянные значения H/D0, сварочного тока I, продолжительности горениядуги t, скорости сносящего воздушного потока Vв и от опыта к опытууменьшали расход защитного газа Qг. Затем изменяли один параметр и серииэкспериментов повторяли. Визуально наблюдали по мере снижения расходазащитного газа за изменениями конфигурации зоны газовой защиты наметалле, очерченной кромкой цветов побежалости и фиксировали ее.Повеличинеминимальныхрасходовгаза,обеспечивающихкачественную защиту расплавленного пятна в условиях сносящих потоков,рассчитали минимальные скорости истечения аргона из сопла по формуле:V = 4QГ/π(D02 – d2) ,где V – минимальная требуемая скорость истечения аргона из сопла, м/с;QГ – расход газа через сопло, л/мин;D0 и d – соответственно диаметры сопла и электрода, м.Затем экспериментально определяли минимальные скорости истечениязащитного газа и выводили зависимости расхода газа от скоростей сносящегопотока.
Скорость потоков измеряли с помощью цифрового термоанемометраDwyer Series 471 непосредственно в зоне, в которой производили сварку иопределяли как среднеарифметическое из 10 кратковременных замеров.Качествогазовойзащитыоценивалипоцветампобежалостиоплавленных зон и валиков на пластине. При этом горелку располагали подуглом 45, 90 и 135 градусов к плоскости пластины. Сносящий воздушныйпоток направляли параллельно, а затем перпендикулярно плоскости наклонагорелки.Былоустановлено,чтомаксимальныерасходыаргона48соответствуют перпендикулярному расположению горелки относительносвариваемойповерхности,поэтомуопытыпроводилипритакомрасположении горелки.Помимо качественной оценки газовой защиты определяли с какойскоростью происходило снижение эффективности газовой защиты взависимостиототношенияH/D0.Вкачествекритериясниженияэффективности Vпз применяли отношение площади, покрываемой цветамипобежалости ∆S, к общей площади зоны газовой защиты S, которуюфиксировали при расплавлении пятна в течение одинакового временигорения дуги.
Физический механизм этого явления можно рассматривать какотношение приращения пленки цветов побежалости d(∆S/S), к отношениюизменения скоростей струи и ветра d(Vс/Vв):Vпз = d(∆S/S)/d(Vс/Vв) .Последовательность проведения исследований состояла из следующихопераций:1. Установка пластины (образца) на подставку.2. Установка горелки. Горелка устанавливается таким образом, чтобы её осьсимметрии была нормальной к поверхности пластины (образца).3. Подача газа в горелку с расходом, соответствующим рабочему режиму.4.
Возбуждение дуги неплавящимся вольфрамовым электродом путемкасания с последующим отрывом. Время горения дуги составляло 30 – 40 с взависимости от режима.5. Подачу газа после окончания горения дуги продолжали в течение времениот 30 с до 1 мин.Определяли эффективность газовой защиты следующим образом.Газовая защита является эффективной, если расплавленное пятно и частьосновного металла, разогретая до высоких температур, имеют серебристыйметаллический цвет, а поверхность контура пятна (зона цветов побежалости)имеет форму круга и чёткую (резкую) линию перехода от серебристого цвета49к соломенному, коричневому и фиолетовому (Рис. 22, б). Если зона цветовпобежалости имеет неровную поверхность, то горелка не обеспечиваетэффективную газовую защиту (Рис.
22, а).а)б)Рис. 22. Газовая защита: а – неэффективная, б – эффективнаяТаким образом, выполнение исследований по разработанной методикепозволит установить характер формирования зоны газовой защиты приразличных параметрах режима сварки, которые обеспечивают стабильную иэффективную газовую защиту при высоком качестве формирования швов, атакже установить зависимости ухудшения эффективности газовой защиты отразличных параметров сварки в условиях ветра.
Проведение экспериментовпозволитсопоставитьрасчетныеиэкспериментальныеданныепоминимальной скорости истечения аргона из сопел при соответствующихскоростях перемещения сносящего потока и определить зависимости междуминимальной скоростью истечения газа из сопла (необходимой дляобеспечения защиты) и скоростью сносящего воздушного потока.Экспериментальное изучение полей скоростей и концентраций визотермических условиях проводилось следующим образом. Скоростиизмерялись термоанемометром Dwyer Series 471.
Он позволял измерятьскорости потока в пределах 0–75 м/с с точностью до 0,1 м/с, т.е. при низкихскоростях струи и газа величина погрешности достигала менее 1 % величиныизмеряемого результата. Термоанемометр способен фиксировать тольковеличину скорости без направления, поэтому по результатам замеров50строились не линии тока, а изотохи.При измерении поля концентрации газом защитной струи являласьсмесь водуха (75 %) с СО2 (25 %).
Определение концентрации СО 2 в смесипроизводилось методом выщелачивания СО2 на газоанализаторе ГХП-3М изпроб, отобранных по сечению струи. Газоанализатор позволяет определятьконцентрацию СО2 в пределах 0–100 % объемным методом.Максимальная относительная погрешность измерений в данных опытахсоставляла 1,2 %. Точность установки щупа с датчиком термоанемометра илитрубкой газоанализатора фиксировалась визуально.Экспериментальная горелка имела конфузорное и цилиндрическоесопло диаметром 21 мм.
Модель горелки устанавливалась над экраномразмером (600х600) мм. В опытах расстояние от среза сопла до экрана непревышало 60 мм. Система координат располагалась на экране такимобразом, что ось Z, начинающаяся на экране и установленная нормально кнему, совмещалась с осью сопла горелки. А оси X и Y находились наповерхности экрана.По результатам измерения поля скоростей строились эпюры скорости.Сечения, в которых строились эти эпюры, привязывались к оси Z с нулевойкоординатой на экране. По результатам измерения поля концентрацийстроились границы ядра струи.
Если 100 %-ную концентрацию газазащитной струи обозначить через С, то границей ядра струи является линияС, соединяющая между собой точки с концентрацией 0,95 С. По этим точками строились ядра струй.Температурное поле струи исследовали по изотермам. Подогретая до50 0С (323 К) воздушная струя вытекала из горелки с КПЧ в сносящий поток,имеющий температуру 20 0С (293 К), индуцируемый аэродинамическойтрубой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
