Способ физического моделирования гидродинамических процессов в сварочной ванне и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к сварке и позволяет исследовать гидродинамическую природу формообразования сварного шва на жидкостной модели. Цель - приближение моделирования к естественньм условияг(1. Физическое моделирование гидродинамических Процессов в сварочной ванне осуществляют при воздействии газовой струей на жидкость, которую подают непрерью

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН цц4 В 23 К 9/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 4181499/25-27 (22 ) 14,01,87 (46) 23,08 88. Бюл. Ф 31 (72) К,Е. Пономарев (53) 621 791.75 (088.8)i (56) Кудояров Б.В. и др. О связи между отклонением сварочной дуги и образованиеМ газовых полостей в сварном шве. — Сварочное производство, )972, В 4, с. 9-10.

Столбов В,И. и др. Технология сварки толстых листов из алюминиевых сплавов трехфазной дугой. — Автоматическая сварка, 1971, У 10. . qa с . Ф

„„Я(3„„1И 8013 Д1 (54) СПОСОБ ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В

СВАРОЧНОЙ ВАННЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57} Изобретение относится к сварке и позволяет исследовать гидродинамическую природу формообразования сварного шва на жидкостной модели.

Цель " приближение моделирования к естественным условиям. Физическое моделирование гидродинамических процессов в сварочной ванне осуществляют при воздействии газовой струей на жидкость, которую подают непрерыв1418013 вы . потоком через пористую поверхв сь, имитирующую фронт плавления св; рочной ванны, Устройство состоит и сопла 20, формирующего газовую струю, - расположенного под им гидравли ;ого лотка. Гидравлический лоток . .:полнен в виде сферического сегменi.à 1! из пористого гидропроницаемого материала, состыкованного с цилиндрическим желобом 12 того же

Изобретение относится к области сварки и позволяет исследовать гидродинамическую природу формообразова.ния сварногО шва на жидкостной модели.

Целью изобретения является приближение моделирования к естественным условиям.

На чертеже показана конструкция устройства для физического моделирования гидродинамических процессов в сварочной ванне.

На основании 1 в посадочном отверстии 2 закреплен зажимным винтом

3 несущий стержень (стойка ) 4, имеющий с обоих концов одинаковые посадочные поверхности. На стержне 4 закреплены посредством системы стрежней

5-7, соединенных между собой шаровы20 ми шарнирами 8, 9, а со стержнем 4— двойным цилиндрическим шарниром 10, гидравлический лоток, состоящий из пористого гидропроницаемого сферического сегмента 11 и состыкованных с ним цилиндрического желоба 12 того же радиуса Я и гидрокамеры 13 с трубкой 14 для подвода жидкости, а также закрепленное посредством системы стержней 15 и 16, соединенных между собой шаровым шарниром 17, с несущим стержнем 4 через двойной цилиндрический шарнир 18 (непосредственно через шаровой шарнир 19 ) формирующее газовую струю сопло 20 с труб- 35 кой 21 подвода газа.

Посредством поворота шарниров 8 и 9, 17 и 19 лотку могут быть приданы положения от горизонтального до вертикальных, а формирующему газовую струю соплу 20 соотве;ственно от вердиаметра. Гидролоток и сопло 20 закреплены с во .çìoæíîñòüí> фиксированных независимых пространственных перемещений и угловых поворотов. Устройство позволяет физически моделировать процессы, происходящие в сварочной ванне и приводящие к различному формообразованик сварных швов. 2 с. и

1 з.п. ф-лы, 1 ил. тикалъного до горизонтального в одной плоскости и посредством цилиндрических шарниров 10 — 18 — в другой плоскости (в том числе и взаимные положения). Продольными перемещениями стержней 5 и 15 в шарнирах 10 и

18 устанавливается положение оси фор— мирующего газовую струю устройства

20 относительно края сегмента 11 имитирующего фронт плавления, а продольным перемещением шарниров 10 и

18 по несущему стержню 4 — расстояние от выходного сечения формирующего газовую струю сопла 20 до сегмента

11. Все это позволяет моделировать взаимные расположения источника сварочного давления (дуга, луч лазера и т.д. ) относительно фронта плавления (изменяющиеся в естественной сварочной ванне с изменением скорости сварки, с различием теплоотвода в свариваемые кромки, с различием физических. постоянных материала свариваемых кромок и т.д.) и различные естественные условия сварки ("на спуск","на подъем" и т.д.,).

Способ осуществляется следующим образом.

Для моделирования сварки в "потолочном положении достаточно из положения, изображенного на фиг.1, стержень 4 закрепить на основании 1. другим концом.

Изменяя расход газа Q,, изменяют. полное давление, оказываемое им на гидролоток и жидкость, а изменяя расход жидкости Q, моделируют различные условия, возникающие с изменением скорости сварки или с изменением теплофизических свойств свариваемых материалов..

3 I 1801

IlpH Bo .4деис т вин ИОля давлен ия мо дулирующего сварочное по.пе давления, на жидкость, истекщую из стенки фронта плавления на этой стенке

5 формируется течение жидкости, подобное наблюдаемым течениям при свароч11 ных процессах. За пределами фронта плавления", несмотря на отсутствие поддерживающей донной поверхности 10

"фронта кристаллизации, тенденции реального течения, аналогичного наблюдаемому в естественной сварочной ванне, сохраняются в течение опре— деленного времени, а затем жидкость 15 общим потоком под действием сил инерции и гравитации стекает за пределы зоны, моделирующей сварочную ванну (вследствие отсутствия кристаллизации ). При этом стекающая жидкость не оказывает нарушающего обратного воздействия на потоки на фронте плавления, а характер движения в зоне фронта кристаллизации позволяет делать вывод о формообразова- 25 нии шва при фиксировании этих форм реальной кристаллизацией.

Величина интегрального давления регулируется с помощью ротаметра изменением расхода газа. Расход жид-, gp кости, проходящей по фронту плавления", в единицу времени может быть определен с помощью обычных приборов типа водомера, установленных на входящей трубке. Наблюдение за гидродинамическим процессом возможно визуальное, невооруженным глазом или с регистрацией на фото-, кинопленку и др. При этом возможно измерение ско— ростей потока. Изменение в широких 4р пределах полей давления и расходов

20 жидкости позволяет моделировать широкую гамму течений, экспериментально выявленных в сварочной ванне и смоделировать которые прежде не уда- 45 валось.

Пример. Изготавливают .стенд, состоящий из лабораторного штатива и закрепленных на нем посредством шарнирно-стержневых систем гидролотка и устройства для формирования газовой струи. Гидролоток изготовлен в виде сегмента из многослойного пористого

I сетчатого материала (четверть сферы диаметром 22 мм} и приваренных к нему с внутренней стороны разрезной трубки того же диаметра, а с наружной замкнутой гидрокамеры с трубкой подвода жидкости. При горизонтальном расположении

4 модели 1фиг. 11 над ней устанавлияак1т

СОПЛО > фОРМЦР УЮЩЕЕ Г а 3C II )Ч0 С тР УЮ.

Изменяя структуру поля давления на жидкость, истекающую цз стенки сегмента, имитирующего фронт плавления с помощью этого устройства, и рас— полагая его ось вертикально и симметрично относительно боковых стенок лотка на расстоянии 3 мм от края фронта плавления, получают различные течения жидкости (использована вода, как наиболее удобная в работе жидкость).

Рассмотрим варианты:

1, Расход воды 2 л/мин, расход газа б л/мин, течение происходит общим потоком с фронта плавления на дно зоны кристаллизации с некоторым углублением в потоке под газовой струей.

2. Расход воды 2 л/мин, расход газа 8 л/мин, течение разделяется на два коротких струйных потока, огибаю-щих газовую струю и смыкающихся за ее пределами и на дне зоны. кристаллц зации

3. Расход воды 2 л /мин, расход газа 14 л/мин, течение двумя струйными потоками, обегающими зону высокого давления газовой струи, восходящими к поверхности и смыкающимися в зоне кристаллизации в единый поток, над дном модели, 4, Расход воды 2 л/мин, расход газа 34 л/мин, течение аналогичное течению п,3 только с большей величиной канала между дном и смыкающимся потоком, развитая турбулентность

I струй.

5. Расход воды 2 л/мин, расход ra— за 60 л/мин, турбулентное течение струй по верхней границе без смыкания (не соприкасаются), аналогично несплавлению.

Изменение расхода воды приводит к не менее радикальным изменениям гидродинамических процессов в модели.

Изобретение позволяет физически моделировать гидродинамические процессы, происходящие в сварочной ванне и приводящие к различному формообразованию сварных швов, позволяет исследовать самостоятельное влияние на гидродинамические процессы структуры поля давления, воздействующего на жидкий металл свароч . и ванны, и расхода жидкого металла через фронт плавления, про с транс тв е н ног о положения

18013

Формула изобретения

Составитель Г. Тютченкова

Техред И.Верес Корректор В.Бутяга

Редактор О. Головач

Тираж 922

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 4099/11

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 14 сварочной ванны и расположения источника сварочного давления относительно сварочной ванны, что повьппает точность моделирования, приближая моделируемый процесс к естественным условиям сварки.

Способ физического моделирования гидродинамических процессов в сварочной ванне, включающий воздействие газовой струей на жидкость, имитирующее давление источника сварочной энергии на расплавленный металл, отличающийся тем, что, с целью приближения моделирования к естественным условиям, жидкость подают непрерывным потоком через пористую поверхность, имитирующую фронт плавления сварочной ванны.

2. Устройство для физического моделирования гидродинамических .процессов в сварочной ванне, содержащее сопло, формирующее газовую струю, .о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью приближения моделирования к естественным условиям, оно снабжено гидравлическим лотком, который расположен под рабочим торцом сопла, закреплен с ним на одном основании. и выполнен в виде сферического сегмента из пористого гидропроницаемого материала, состыкованного с цилиндрическим желобом того же диаметра, при

Ip этом сегмент с внешней стороны имеет трубку для подвода жидкости, а гидролоток и формирующее газовую струю сопло закреплены с возможностью фиксированных независимых пространствен15 ных перемещений и угловых поворотов посредством системы шарнирно соединенных стрежней.

3. Устройство по п.2, о т л и—

20 ч а ю щ е е с я тем, что каждая из систем шарнирно соединенных стержней снабжена не менее чем двумя шаровыми шарнирами, а на несущем стержне, непосредственно закрепленном на основа2б нии, с обоих концов выполнены одинаковые посадочные поверхности для закрепления его на основании.