Файл: Безбах, Д. К. Сварка на открытых площадках в судостроении и судоремонте.pdf

Взаимодействие ветра с дуговыми струями. Сложный, беспрерывно изменяющийся состав движущихся газов и паров, их высокая темпе­ ратура, обилие твердых раскаленных частиц и брызг не позволяют ни теоретически, ни экспериментально получить достоверную кар­ тину взаимодействия ветра с дуговыми струями. Теорией турбу­ лентных струй [1 ] установлено, что профиль кривых распределения температуры и скорости газов при действии ветра совпадает. Поэтому по температурному полю можно судить о характере взаимодействия дуговой струи с ветром. На рис. 29 показаны изотермы окружаю­ щих дугу газов при сварке порошковой проволокой в условиях действия встречного ветра. С наветренной стороны дуговая струя распространяется на незначительное расстояние от дуги. В этом

месте участок ванны расплавленного металла обдувается воздухом. Каче­ ственный шов возможен только в том случае, если ванна расплавленного металла будет почти полностью (за исключением придуговой области) покрыта шлаком. В этом отношении порошковые проволоки и покрытые электроды имеют определенные пре­ имущества перед легированной про­ волокой однородного сечения.

плавления электродного стержня. В случае применения порошковых проволок проблема решается путем увеличения диаметра проволоки и сосредоточения металлической части сердечника в его центре. Приме­ ром может служить двухкольцевая проволока марки ПП-АНЗ. Кроме того, в покрытия электродов и в сердечники порошковых проволок вводят газообразующие компоненты (карбонаты, оксицеллюлозу, крахмал и т. п.), с таким расчетом, чтобы образующихся газов и паров было достаточно для защиты расплавленного металла от воздуха. В табл. 17 приведен расход газообразующих компонентов в % от электродного металла при плавлении некоторых электродных материалов. Для сравнения приведен удельный расход газа при сварке в среде углекислого газа.

Устойчивая защита расплавленного металла при ветре зависит не только от количества образующихся газов, но и от скорости их движения, т. е. от кинетической энергии движущихся частиц. Сог­ ласно Меккеру [см. 801, кинетическая энергия частиц в струе дуги пропорциональна произведению силы тока на его плотность. Сле­ довательно, сварка на повышенных режимах с этой точки зрения для открытых площадок более предпочтительна.

50

слого газа

§ 6. Взаимодействие ветра со струями защитных газов

Сварка в среде защитных газов позволяет повысить уровень механизации сварочных работ на открытых площадках. Затрудняет применение этого прогрессивного способа сварки на открытых площадках ветер. Для успешного предотвращения сдувания защит­ ной струи ветром необходимо знать закономерности истечения газа из сопл сварочных горелок и взаимодействия его с ветром.

Схема струи защитного газа. Струя, истекающая из сопла сва­ рочной горелки, относится к турбулентным затопленным струям малой скорости и характеризуется начальной скоростью vr и величиной начальной турбулентности. От этих параметров, а также от диа­ метра сопла dc зависит высота конуса потенциального ядра струи Лк и угол расширения струи а (рис. 30). Незначительное влияние на форму струи оказывает молекулярный вес газа, его кинемати­ ческая вязкость, разность температур газа и окружающего воздуха.

Для защиты расплавленного металла при сварке используется потенциальное ядро струи. Участок, прилегающий к ядру, состоит из смеси защитного газа и газов окружающей среды. В турбулент­ ных струях концентрация проникающего в струю воздуха изме­ няется плавно [1].

Механизм проникновения воздуха в струю следующий. Погра­

Вто же время вследствие кинематической вязкости эти макро­ объемы со стороны оси струи увлекаются ядром и получают враща­ тельное движение. В результате вращательного движения макро­ объемов пограничного слоя и диффузии газов струя обогащается воздухом и постепенно замедляет скорость.

Взону дуги защитный газ можно подавать различными спосо­ бами. Наиболее распространены горелки, у которых оси струи

в о з д у х а . П ок азан и я т а к и х ротам етров п роп ор ц и он альн ы к и н етщ ч еск ой эн ер ги и части ц газов

где рг, рв — плотность защитного газа и воздуха, г/м3; нг, vB— ско­ рость истечения защитного газа и воздуха соответственно, м/с. Из уравнений (32—34) находим

Скорость истечения углекислого газа можно определить по формуле

не изменяется; потеря энергии между двумя сечениями струи равна разности кинетических энергий газа в этих сечениях, а количество движущейся массы от сечения к сечению в единицу времени практи­ чески не изменяется.

В теории турбулентных струй [1] получены формулы для рас­ чета различных параметров струн. Расчетные формулы для осе­

структуры струи а, характеризующий неравномерность скорости газа в начальном сечении струи. Значения указанного коэффициента для различных сопл, а также углы расширения струи и высота конуса потенциального ядра приведены в табл. 19.

От значения коэффициента турбулентной структуры струи зави­ сит ее устойчивость при воздействии ветра, что в конечном счете определяет экономию защитного газа. Чем совершеннее сварочная горелка, тем равномернее скорость истечения газа из сопла, тем меньше значение коэффициента а и тем меньше расход защитного газа при данной скорости ветра.

Установки для имитации ветра и испытания сварочных горелок. Скорость перемещения частиц при ветре непостоянна по величине и направлению. Поэтому для определения эффективности защиты расплавленного металла от воздействия воздушного потока реко­ мендуется использовать упрощенную аэродинамическую трубу (рис. 31). Воздушный поток в трубе создается центробежным воз­ душным насосом. Направляющие каналы применяются для умень­ шения турбулентности потока. Сварку производят в полуоткрытой

53

трация

трубе. Перепад скорости воздушной струи в начале и в конце сварки в такой трубе не превышает нескольких процентов. Для изменения скорости воздушного потока на входном отверстии насоса устана­ вливают сменные накладки с калиброванными отверстиями. Реко­ мендуется иметь набор накладок, позволяющих создать следующие

54

значения скорости воздушного потока: 0,5; 1,7; 3,3; 5,2; 7,4; 9,8; 12,4; 15,2 м/с. Эти значения являются максимальными для соот­ ветствующих диапазонов специальной шкалы Бофорта. Абсолют­ ную величину скорости воздушного потока измеряют ручным чашеч­ ным анемометром, а направление— с помощью тонкого неупругого волоска длиной 8— 10 мм, наклеенного на острие державки.

Границы струи вблизи дуги можно установить методом специ­ альной фотографии, основанной на интерференции когерентных

лучей, или проанализировав состав газов, отобранных из струи тонким шприцем [23, 76]. Однако оба эти метода сложно применять в производственных условиях. Для сварочного производства важно знать главным образом размеры и положение защищенного пятна, поэтому можно воспользоваться методом окисления поверхности изделия или натянутой параллельно изделию струны.

Наружную границу струи можно определить методом термопар; этим же методом можно воспользоваться для определения параметров струи защитного газа при отсутствии сварочной дуги. Схема уста­ новки для испытаний сварочных горелок методом термопар пока­ зана на рис. 32.

Для использования метода термопар защитный газ на входе р сварочную горелку необходимо либо подогревать, либо охлаждать

55