Способ определения геометрических параметров и формы внутренней поверхности сварочной ванны

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„80„„1227390 А 1 (gp 4 В 23 К 28/00, 9/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ сварочных ванн за счет обеспечения полного удаления из ванны расплавленного металла, предварительно на вспомогательном образце определяют положение центра тяжести сварочной ванны и время ее существования до начала кристаллизации, используемый образец устанавливают в устройстве со смещением, равным расстоянию от вертикальной плоскости, проходящей через ось вращения>до центра тяжести сварочной ванны по дуге окружности.его вращения, определяемым соотношением

4г — arct) (130 где а поворот рением

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3835778/25-27 (22) 04.01.85 (46) 30.04.86. Бюл ° 1>> 16 (71) Брянский ордена "Знак Почета" институт транспортного машиностроения (72) И.С.Маркушевич и М.P.Íèêîëàåíêo (53) 621.791.754(088.8) (56) Вестник Киевского политехнического института, Сер. Машиностроение, 1981, N> 18 с 69-71.

Авторское свидетельство СССР

9 197809, кл. В 23 К 9/16, 1966. (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И ФОРМ>! ВНУТРЕННЕЙ

ПОВЕРХНОСТИ СВАРОЧНОЙ ВАННЫ, при котором образец устанавливают в устройстве с возможностью поворота относительно горизонтальной оси со смещением от вертикальной плоскости, проходящей через эту ось, в сторону вращения,производят наведение сварочной ванны и поворачивают образец, прицавая ему угловое ускорение, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности определения геометрических параметров и формы глубоких радиус окружности вращения центра тяжести сварочной ванны, м; время, меньшее или равное времени существования сварочной ванны до начала крис таллизации, с, образца производят с ускоf30(, 3 —;;

1 122

Изобретение относится к электродуговой сварке плавлением и может быть использовано для различного рода исследований, связанных с определением формы внутренней поверхности и геомет-. рических параметров сварочных .ванн.

Цель изобретения — повышение точности определения геометрических па- раметров и формы внутренней поверхности,преимущественно глубоких сварочных ванн, за счет достижения полного удаления из ванны расплавленного металла.

Па фиг. 1 представлена схема движения образца при осуществлении пред. лагаемого способа; на фиг. 2 — устройство для осуществления предлагаемого способа.

Сущность способа заключается в следующем.

Одновременно с окончанием процесса сварки платформе 1 с обр-зцом 2 придается равноускоренное вращательное движение под действием силы сжатия пружины К. В процессе равноускоренного вращения на металл сварочной ванны воздействует инерционная сига

Р, постоянно возрастающая по величине и изменяющаяся по направлению,.

Такое изменение инерционной силы обусловлено тем, что в рассматриваемом случае она является результирующей и имеет две составляющие: вращательную силу инерции F „ и центробежную силу инерции F . Последняя. в процессе вращения возрастает вследствие увеличения угловой скОрОсти что приводит к изменению направления результирующей силы инерции Г

Полное удапение расплавленного металла происходит в том случае, если в течение определенного промежутка вре мени после окончания процесса сварки когда еще весь металл сварочной ванны находится в расплавленном состоянии результирующая инерционная сила одновременно достигает величины,достаточной для преодоления силн сцепления расплавленного металла с твердым

P а по направлению совпадает с направлением оТ симметрии поперечного сечения сварочной ванны, не пересекая при этом внутренней поверхности сварочной ванны.

Для выполнения условия, касающегося величины центральной силы, перед приданием образцу ускорения его располагают так, чтобы центр тяжести сварочной ванны был смещен с зенитапо своей, 7390 2 окружности вращения на расстояние в направлении вращения. При этом величина расстояния должна удовлетворять уравнению которое характеризует соотношение между центробежной F и вращательной F силами инерции, в тот момент, когда результирующая сила инерции Г совпадает с осью симметрии поперечного сечения сварочной ванны.

Это уравнение выводится следующим образом. Из схемы приведенной на фиг. 2,видно, %To B ToT момент, когда

F совпадает с осью симметрии нонеР сечения сварочной ванны,Е связана с Г соотношением цв где — угол между линией действия центробежной силы инерции и осью -.îïåðå÷íîãî сечения сварочной ванны.

Угол к равен углу j P образованному осью сиы етрии ноперечного сечения сварочной ванны и радиусом вращения, проходящим через центр тяжести сварочной ванны ври исходном положении образц= . В свок очередь

343 угол / равен углу . Таким образом, если в исходном положении образец смещен зенита на рассгояние

= АБ,. то угол определяется по формуле, rpap

f80 (2) где R — радиус вращения центра тяжести сварочной ванны, Подставив 3BB eIIH у LER IIo формуле (2) в уравнение (1), получим

46 искомое уравнение

Уравнение, дающее .:- . ы -.. :.с-ич=ское

Описание 1 ГО условия выполнение ьо. торого необходимо для полного ::диления металл-. с..::ьро:и:"и ванны, полу-.ается путем ло стиэления в уравнен 1

50 (3) ВслнчИН F и Г,Ль КотОрые эти силы будут иметь через время 6р прошедшее от окончания сварки :. начала вращения образца до момента когда

1 совпадает с осью симметрии поперечного сечения сварочно.:- ванны.

5.2

Формулы определенил Г,. и F„ имеют следующий вид.:

= .p,,", (ц) „=т R (Q.,) (g) 1227390 где m — масса сварочной ванны;

R — радиус вращения центра тяжести сварочной ванны;

j — угловое ускорение придаваемое образцу со сварочной ванной одновременно с окончанием процесса сварки;

à — время, прошедшее от начала вращения образца до момента когда результирующая инер-. ционная сила F сов адаР ет с осью симметрии поперечного сечения сварочной ванны (о — меньше или равно времени существования момен та сварочной ванны в расплавленном состоянии). Путем подстановки значений F u

Fö по формулам (4) и (5) в уравнение (3) получается искомое уравнение, 1 g g - . щ g (g. ) или

180 t г и (6)

Для выполнения 2-ro условия образ- цу со сварочной ванной придают угловое ускорение E величина которого удовлетворяет одновременно уравнению (6) и уравнению, определяющему величину результирующей силы инерции

E з

F = F iF (y) .где Р— величина результирующей инерционной силы,достаточная для преодоления силы сцепления расплав,ленного металла с твердым °

Величина F определяется следуP ющим образом.

Для преодоления силы сцепления рас. павленного металла сварочной ванны с твердым достаточно придать образцу с ванной линейное ускорение а

= 90 м/сг.

Тогда величина результирующей инер. ционной силы равна

Fð =90 т (8) где ш — масса сварочной ванны.

Уравнение, дающее математическое . описание 2-го условия, получается путем подстановки в уравнение (7) значения Fp по формуле (8) и значений F и Р„ по формулам (4) и (5)

9Dmf(m R Г m Rlf ".) ) (9)

Ж Я".," = -.

Формулы для определения величины расстояния L,óäîâëåòâîðÿþùåé уравне-, нию (6) и величины углового ускорения удовлетворяющей одновременно уравнениям (6) и (9), полученные путем совместного решения уравнений (6) и (9) имеют следующий вид (10)

2

10 1.= — агс

180

180 -

15 где R — радиус окружности вращения центра тяжести сварочной ванны, м;

à — время меньшее и равное времени существования металла

20 сварочной ванны в расплавленом состоянии, с.

Устройство для осуществления предлагаемого способа состоит из вращающейся платформы 3, на которой непод25 вижно закреплен образец 4, электромагнитной защелки 5, удерживающей плат:форму 3 в горизонтальном положении во время процесса сварки (образования сварочной ванны на образце 4) двух

l пружин 6, приспособления 7 для натяЗО жения пружин, амортизатора 8 и сварочной горелки 9.

Устройство работает следующим образом.

Платформа 3 устанавливается на тоЗ5 рец рычага электромагнитной защелки

5. На нее устанавливают и закрепляют неподвижно образец 4 таким образом, чтобы центр тяжести сварочной ванны, которая образуется в процессе сварки

У

40 бып смещен с зенита по его окружности вращения в направлении вращения на расстояние L, определяемое по фор муле (10) .

Положение центра тяжести сва45 рочной ванны, которая впоследствии будет образована на об- разце, определяют следующим образом. Предварительно на таком же об/ разце образовывают сварочную ванну, 50 но не удаляют из нее металл. г

Затем изготавливают маКрошлиф продольного и поперечного сечения сварочной ванны, по которым определяют положение центра тяжести . На осно55 ванин полученных данных на торце образца, который используют для удаления металла сварочной ванны, выполняют соответствующую разметку. По

5 12 разметке устанавливают образец на платформе с учетом указанных условий расположения центра тяжести сварочной ванны.

Время осуществования металла сварочной ванны в расплавленном состояний зависит от ее объема и определяется любым известным расчетно-экспериментальным путем.

После того, как образец установлен, платформу 3 нагружают силой сжатия пружин 6. Для этого их натягивают с помощью приспособления 7 ° Величина силы сжатия регулируется степенью растяжения пружин по зависимости,полученной экспериментальным путем. Величину силы, которую необходимо приложить к платформе, определяют по формуле

27390 Ь деляют координаты ее центра тяжести в плоскости, перпендикулярной продольной оси шва. В рассматриваемом случае глубина сварочной ванны составляет

21 мм„ ширина — 11 мм. На торец аналогичного образца наносят точку, соответствующую положению тяжести сварочной ванны. Образец устанавливают на платформу устройства. При этом 0 радиус вращения центра тяжести сварочной ванны составляет 0,153 м. Рассчитывают время существования металла сварочной ванны в расплавленном состоянии 7с,которое составляет 0,52 с.

Расчет - по указанной методике является приближенным, поэтому действительную величину, которую следует подставлять в расчетные формулы, уточняют экспериментальным путем, Ориентиру.

20 ясь на результат расчета, задаются различными значениями и,пользуясь формулами (10) — (12), рассчитывают для каждого значения i величику 1, L,Р, Результаты расчета приведены в таблице.

Результаты эксперимента (тогпцина слоя неуда ленного ме.

P щ

Э 3 платформа 4 получает ускорение под воздействием силы сжатия пружины.Через определенное время происходит удаление.расплавленкого металла, после чего платформа с образцом еще

35 некоторое время продолжает движение, а затем тормозится с помощью амортизатора 8„ Далее образец снимают с платформы и производят измерения геометрических параметров и формы внут- 40 ренней поверхкЬсти сварочной ванны.

Пример. Сварку выполняют под

А -348А проволокой СВ-OBA диаметром

5 мм на образцы из стали ст. 3 размером 40х90х450 мм, массой 12,6 кг.

Режим сварки: сварочный ток l450 Л напряжение дуги 42 В, скорость сварки 20 м/ч.

Масса вращающейся платформы 5 кг.

Определение геометрических парамет50 ров и формы внутренней поверхности сварочной ванны производят в следующей последовательности.

С соблюдением указанных условий эксперимента на образец накладывают сварочный шов без удаления металла сварочной ванны. По продольному и поперечному макрошлифу закристаллизовавшегося металла сварочной ванны опре0

7,с

Е,,1/с

P,Н талла на дне свароч. ной ванны

0,5

0,1

Р=m Е К, — масса образца и платформы; — радиус вращения центра тяжести сварочной ванны;

E — величина ускорения, рассчи танная по формуле (11), Затем производят сварку. Одновременно с окончанием процесса сварки (прекращением горения дуги и перемещения сварочной головки 9) срабатыва. ет элект омагнитная за елка 5 и

Параметры режима процесса удаления металла сварочной ванны

0,013 46,9 126 0,52-0,67

0,062 232,9 627 0-0,05

0,05 0,118 411,1 1107 0-0„05

В соответствии с данными таблицы производят опыты (1-3) по удалению расплавленного металла сварочной ванны. Полноту удаления расплавлеккого металла оценивают гс поперечным шлпфам внутренней поверхности сварочной ванны. Толщину слоя металла, оставшегося ка дне сварочной ванны, измеряют с помощью микроскопа. Полученные результаты свидетельствуют, что если при расчете величин „., L,Р принимать c = 0,,1 с„ обеспечивается практически

/ полное удаление расплавленного металла из глубокой сварочной ванны, полу12273

7 ченной на рассматриваемом режиме сварки.

Для других режимов сварки время существования металла сварочной ванны в расплавленном состоянии определяют аналогично °

Таким образом, применение предлагаемого способа позволяет повысить

:точность определения геометрических параметров и формы внутренней поверх- 10 ности преимущественно глубоких свароч.

90 ных ванн путем полного удаления из ванны расплавленного металла. В результате появляется возможность изучения особенностей процессов плавления и кристаллизации металла шва на форсированных режимах сварки, что в свою очередь, позволяет получать данные для обоснованного выбора оптимальных режимов, обеспечивающих высокую производительность,процесса и качество шва при сварке больших толщин.

Составитель М.Пуянов

Редактор Е.Копна Техред H. Бонкало Koppc- ", Е Сирохман

Заказ 2247/14 Тираж 1001 П о л: с:; о (ВНИИПИ Государс.твенногс комитета ССС!по делам изобретениР: и откр:.г "

113035, Москва, Ж 35, Гаушская i, д, 4/5

Проектная, 4

Производственно-полиграс1н<леское преднр нт е, r Ужгород, ул.