CC BY
5
ИССЛЕДОВАНИЕ СВАРОЧНОЙ ДУГИ В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ В УСЛОВИЯХ СНОСЯЩИХ ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ
Иванова Ирина Владимировна, соискатель, старший преподаватель Кобецкой Николай Григорьевич, к.т.н., доцент Калинина Вера Ивановна, к.т.н., доцент, доцент Паршин Сергей Георгиевич, д.т.н., профессор
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Представлены результаты исследования выполнения сварки в условиях сносящих воздушных потоков. Экспериментально обоснован выбор, параметры и конфигурация сопел горелок, формирующих струю защитного газа.
При изготовлении конструкций на открытых площадках действуют неблагоприятные факторы, которые снижают качество сварных соединений: ветер, температура и влажность окружающей среды [1]. Трудности сварки в защитных газах на ветру связаны с удалением от жидкой сварочной ванны газовой защиты, создаваемой защитной струей. Следствием является насыщение сварного шва газами атмосферного воздуха (кислорода, азота, водорода), которые снижают пластичность и делают металл хрупким и непригодным для эксплуатации [2].
Эффективность струйной газовой защиты тем выше, чем однороднее поле скоростей струи на срезе сопла горелки и ниже степень ее турбулентности [3]. Газовая защита обеспечивается ядром затопленной струи, содержащим исходную концентрацию защитного газа [1, 3]. Из теории турбулентных струй известно, что струя в сносящем потоке деформируется и отклоняется от первоначального направления. Экспериментальные исследования показывают, что ось струи, вытекающей из круглого отверстия в поперечный сносящий поток, отклоняется, причем отклонение оси струи п=(р1¥1)/(р2¥2), где р1 и р2 - плотности газов сносящего потока и струи; У1 и У2 - скорости сносящего потока и струи. Таким образом, при сварке в условиях сносящих потоков для предотвращения нарушений газовой защиты необходимо увеличивать скорость истечения газа из сопла.
Стабилизировать форму и размеры ядра защитной струи при высоких скоростях ее истечения возможно с помощью горелки с соплом, которое должно иметь форму двухасимптотного конфузора, во входном сечении которого установлены сетки [4].
Авторами проведены экспериментальные исследования поведения сварочной дуги и качества защиты сварочной ванны при сносящих потоках ветра. Эксперименты выполнены при горении дуги с неплавящегося электрода в аргоне на специально разработанном стенде [5]. Стенд состоит из сварочного оборудования и аэродинамической трубы с вентилятором и асинхронным двигателем с частотным преобразователем, управляемым компьютером. Исследования проведены на горелке с цилиндрической
проточной частью и горелке с конфузорной проточной частью [3]. Во время горения дуги проведена скоростная видеосъемка. В ходе экспериментов варьируется скорость истечения защитного газа из сопла горелки Узг и скорость сносящего потока воздуха Ув. Качество защиты определяется по отпечатку пятна на нержавеющей стали Х18Н9Т. Характерные кадры горения дуги и изменение зоны газовой защиты представлены на рис. 1 и 2.
Узг = 0,3 м/с, Ув = 0 м/с Узг = 2,0 м/с, Ув = 3,5 м/с Узг = 3,0 м/с, Ув = 4,5 м/с Рис. 1. Горение дуги и изменение газовой защиты при использовании горелки с цилиндрической проточной частью сопла (сварочный ток 150 А,
напряжение 14 В)
Узг = 0,3 м/с, Ув = 0 м/с
Узг = 3,0 м/с, Ув = 4,8 м/с Узг = 3,0 м/с, Ув = 7 м/с Рис. 2. Горение дуги и изменение газовой защиты при использовании горелки с конфузорной проточной частью сопла (сварочный ток 150 А, напряжение 14 В)
Из сравнения рис. 1 и 2 можно сделать вывод, что дуга, горящая из горелки с конфузорным соплом, значительно устойчивее к сносящим потокам ветра. При скорости ветра 4,5 м/с дугу с защитной струей из цилиндрического сопла практически полностью сносит. О качественной защите здесь говорить не приходится. У горелки с цилиндрической проточной частью при УЗГ = 2,0 м/с защита сварочной ванны отсутствует при скорости ветра, равной нулю, из-за турбулентности защитной струи. У горелки с конфузорной проточной частью устойчивость дуги распространяется до значений 7 м/с. Защита сварочной ванны при этом удовлетворительная.
Таким образом, горелка с конфузорной проточной частью, образующая сопла которого выполнена по двухасимптотной кривой, во входном сечении которого установлен пакет сеток, значительно увеличивает устойчивость дуги при сносящих потоках воздуха (ветра), обеспечивая при этом удовлетворительную защиту сварочной ванны.
Список литературы
1. Федоренко Г. А., Иванова И.В., Синяков К. А. Совершенствование технологического процесса сварки в защитных газах на ветру. / Сварочное производство. - 2010. - № 1. - С. 6-13.
2. Завьялов В.Е., Иванова И.В. Калинина В.И., Кобецкой Н.Г. Развитие технологии и оборудования сварки на ветру. / Современные материалы, техника и технология: 4-я Междунар. науч.-практ. конф. (25-26 декабря 2014 г.) - Юго-Зап. гос. ун-т, Курск, 2014. - С. 175-178.
3. Иванова И.В. Горелка для сварки в защитных газах - инструмент эффективности газовой защиты. / Инструмент и технологии. - 2010. - № 32-33. - С. 32-38.
4. Иванова И.В. Янулинас В.Ю. Исследование возможности управления сварочными процессами в среде защитных газов в условиях ветровой нагрузки. / Сб. докладов молодежной науч.-практ конф в рамках Недели науки СПбПУ (1-6 декабря 2014 г.). -СПб : Изд-во Политехн. ун-та, 2014. - С. 183-190.
5. Иванова И.В., Кобецкой Н.Г., Калинина В.И., Завьялов В.Е. Автоматизированная установка для проведения экспериментальных исследований эффективности газовой защиты при сварке в сносящих воздушных потоках. / Современные материалы, техника и технология: 4-я Междунар. науч.-практ. конф. (2526 декабря 2014 г.) - Юго-Зап. гос. ун-т, Курск, 2014. - С. 209-211.
