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

Устойчивость газовых струй прй воздействии ветра. Наиболее изучено влияние ветра на два метода сварки: неплавящимся электро­ дом в аргоне и плавящимся электродом типа Св-08Г2С в углекислом газе или смеси углекислого газа и кислорода. Сварка порошковой проволокой в углекислом газе значительно меньше исследована — имеются лишь практические рекомендации [21, 47].

Дж. Лоуэри [75] провел обстоятельные иселедоваиия

водивших исследования с углекислым^ газом [23, 61 ]. Ряд важных выводов получил Т. Г. Квирикадзе [23], исследовавший влияние ветра на эффективность защиты при сварке в углекислом газе про­ волокой Св-08Г2С. С помощью оптического метода на базе интер­ ферометра Маха—Цендера, а также метода выявления начала обра­ зования пор при изменении параметров струи он показал, что ско­ рость истечения газа из сопла является важным параметром струи и что, уменьшая диаметр сопла, можно экономить защитный газ.

На рис. 36 показана деформация, струи защитного газа под воздействием ветра. В пограничных районах струи скорость посту­

58

пательного движения частиц газа невелика, поэтому пограничные слои легко сдуваются — струя как бы постепенно оголяется под воздействием ветра. Обтекая наиболее стойкую сердцевину струи, воздушный поток постепенно превращает ее из круглой в подково­ образную.

Деформация струи защитного газа у изделия при воздействии ветра показана на рис. 37. Так же, как и в случае свободно истекаю­ щей струи (при отсутствии изделия), ветер уносит медленно дви­ жущиеся пограничные слои струи, изгибает ее ось, смещает защи­ щенное пятно на изделии и, наконец, уносит отразившиеся от изде­ лия макрообъемы газа.

той частью, которая представляет собой смесь защитного газа с воз­ духом. Если расстояние меньше критического, то ядро струи каса­ ется изделия, однако защищенное пятно будет смещено (рис. 38).

Величину смещения защищенного пятна на изделии под воздей­ ствием ветра можно определить, зная положение оси струи, уравне­ ние которой можно рассчитать аналитически. Из теории турбулент­ ных струй [1] известно несколько эмпирических и полуэмпирических уравнений для оси струи в сносящем потоке, однако, как показало сравнение расчетных и экспериментальных данных, упо­ мянутые уравнения не являются универсальными и пригодны преи­ мущественно для участков струи, удаленных не менее чем на пять диаметров сопла от его торца. По' этой причине они не подходят для условий сварочных защитных струй.

Уравнение для оси струи можно вывести, исходя из следующих соображений. Набегая на струю защитного газа, воздушный поток создает область повышенного давления на передней стороне струи и разрежение на задней. Перепад давлений способствует смещению струи по направлению движения воздушного потока. Сила давления потока равна центростремительной силе, заставляющей молекулы газа струи двигаться по закруглению определенного радиуса.

59

Выделим из струи небольшой участок высотой АII (рис. 38) и заменим его равновеликим цилиндром той же высоты и диаметром d.

Сила, заставляющая данную массу двигаться по закруглению радиусом R , составит:

а сила давления ветра на такую площадку, как следует из уравне­ ния (2),

Нами был принят ряд допущений, в частности, не были учтены кинематическая вязкость газа и воздуха, обтекаемость струи, нали­ чие небольшого угла между линиями действия сил Fг и Р 2, наличие частичного смещения струи по ходу ветра, небольшое отличие диа­ метра струи от диаметра сопла, коэффициенты турбулентности воздушного потока и струи газа и некоторые другие факторы, кото­ рые, однако, не являются решающими. Поэтому уравнять силы Fx и Fa можно только, использовав коэффициент пропорциональности Fc, который в идеальном случае взаимодействия равен единице, а в ре­ альных — близок к ней.

Таким образом,

Радиус закругления струи харатеризует ее устойчивость, поэтому

Для определения величины смещения оси струи от оси сопла воспользуемся рис. 39, где центр осей координат совмещен с центром

60

круга торца сопла и расстояние от торца сопла отложено по оси Я, а смещение точек оси струи — по оси е. Здесь нами принято еще одно допущение: постоянство кривизны оси струи, что может быть справедливо лишь для начального участка струи.

Положение точки А (е, Я), ле­ жащей на окружности радиусом Я,

Из уравнения (49) следует, что при Я = dc, ргн; = рв4 смещение защищенного пятна будет равно диаметру сопла.

Зависимость смещения центра защищепного пятна от кж и зазора между соплом и изделием показана на рис. 40. Расчетные данные удовлетворительно совпадают с экспериментальными.

Условием отрыва ядра струи от изде­ лия является, с одной стороны, нера­ венство е > Я (см. точку В на рис. 39), а с другой, — удаление сопла от изде­ лия на величину, превышающую вы­ соту конуса ядра струи: h3 > hK.

Уравнение (49) справедливо для условий, при которых величина зазора между соплом и изделием удовлетво­ ряет неравенству

веерообразной, истекающей из кольцеобразного зазора, а не из сопла. Обычно такие малые зазоры не применяют, так как в этом случае наблюдать за процессом сварки трудно.

На практике часто приходится выбирать диаметр сопла в зависи­ мости от размеров придугового пятна, которое необходимо защищать.

61