Плазменная обработка материалов

Для моделирования процесса плазменной сварки проникающей дугой служит кювета 10, заполненная материалом модели. Кювета состоит из двух кварцевых пластин, собранных при помощи зажимов, между пластинами (на концах) установлены ограничители ширины, которыми задают ширину полости – «шва».

Подготовку кюветы проводят следующим образом: материал модели заливают в кювету и там он остывает. Ввиду большой усадки после затвердевания, верхний слой срезают для получения ровной поверхности. Для визуализации движения расплава по полости кратера и в хвостовой части ванны используется угольная пудра, нанесенная на поверхность модели. Для предотвращения сдувания пудры во время эксперимента верхний слой подплавляется.

Для фиксации явлений, происходящих в зоне «сварки» при низкотемпературном моделировании, используется фотоаппарат или видеокамера.

Порядок проведения экспериментов следующий. Устанавливаются параметры режима: скорость перемещения кюветы («сварки») v, расход газовой струи Q, ориентация сопла («сварка» углом вперед и углом назад); ориентация модели («сварка» на подъем и на спуск); крепится на подвижный стол кювета и настраивается съемочная аппаратура. Струей горячего газа обеспечивается сквозное проплавление модели и проводится наблюдение процессов, происходящих в полости кратера.

Точка приложения максимального давления и его величина зависят от угла натекания струи на преграду. Не изменяя энергетических параметров струи, изменением угла наклона сопла (изменением угла натекания струи) можно активно воздействовать на форму фронта плавления и гидродинамические процессы, протекающие в полости кратера. При проплавлении углом вперед происходит сближение точки приложения максимального давления с точкой пересечения струи с преградой, при этом происходит увеличение силового воздействия струи на фронт плавления. В зоне критической точки происходит интенсивное плавление материала и унос расплава, при этом передняя стенка полости кратера получает характерное искривление. При проплавлении углом назад угол наклона фронта плавления асимптотически приближается к углу наклона сопла. Угол «атаки» струи на фронт плавления значительно уменьшается, силовое воздействие струи снижается, вследствие чего падает скорость плавления и уноса с фронта плавления.

112

Угол наклона передней стенки полости кратера (фронта плавления), длина полости, диаметр отверстия в корневой части кратера, форма передней стенки жидкой ванны являются параметрами, которые характеризуют особенности протекания процессов в полости кратера. В экспериментах ставится задача определить зависимость этих параметров от изменения параметров моделирования.

Заметное влияние на поведение жидкой ванны оказывает пространственное положение кюветы при имитации сварки на подъем и на спуск. При продольном наклоне кюветы возникает сила, действующая в направлении, образующем с горизонтом угол ψ :

F = mg sinψ ,

где m – масса жидкой ванны; ψ – угол наклона кюветы.

При «сварке» на спуск сила F способствует натеканию жидкой ванны на фронт плавления, а при сварке на подъем сила F способствует смещениюжидкойваннывхвостовуючасть ирасширению полостикратера.

Порядок проведения работы

1.Подготавливаются кюветы для проведения моделирования.

2.Кювета закрепляется на подвижном столе установки для моделирования.

3.Устанавливается сопло для подачи струи горячего воздуха.

4.Включается электрическое питание установки.

5.Подготавливается видеофотоаппаратура.

6.Включается подогреватель газа.

7.Включается компрессор и устанавливается требуемый расход газа через сопло.

8.При заглублении струи горячего воздуха в материал модели на 2/3 толщины модели включается перемещение модели с заданной скоростью.

9.При сквозном проплавлении модели контролируется стабильность переноса расплава с фронта плавления в хвостовую часть жидкой ванны. Производится наблюдение явлений в «сварочной ванне» и фиксирование на видеоили фотокамеру при изменении параметров моделирования (см. табл. 11).

10.Строятся графики зависимости угла наклона фронта плавления при изменении параметров процесса, при имитации сварки «углом впе-

113

ред и назад» и «на подъем и на спуск». Составляется описание динамики полости кратера в зависимости от угла наклона фронта плавления.

11. Наблюдаются вихревые перемещения расплава в хвостовой части жидкой ванны. Оценивается изменение размеров вихрей и направлений их вращения в зависимости от размеров полости кратера при изменении параметров моделирования.

Контрольные вопросы

1.С какой целью проводится физическое моделирование технологических процессов?

2.Какие условия необходимо соблюдать при физическом моделировании технологических процессов?

3.Что такое критерии подобия?

4.От чего зависят форма и размеры полости кратера?

5.Какие факторы оказывают наибольшее влияние на процессы

вполости кратера при сварке проникающей дугой?

6.Что изменяется при изменении угла наклона сопла при сварке проникающей дугой?

7.Как влияет изменение угла наклона изделия на формирование шва при сварке проникающей дугой?

8.Что является причиной вихревых движений расплава в хвостовой части сварочной ванны при сварке проникающей дугой? Какое влияние оказывают вихревые движения расплава на качество сварного шва?

9.Опишите работу установки для моделирования при сварке проникающей дугой.

10.От чего происходит нарушение формирования сварного шва и образование прожога при сварке проникающей дугой?

11.Для каких металлов проще обеспечить условия стабильного формирования сварного шва при сварке проникающей дугой?

Библиографический список

1.Гарбуль А.Ф. Влияние параметров режима на формирование шва при сварке на весу стыковых соединений плазменной дугой // Сварочное производство. – 1971. – № 8. – С. 28–30.

2.Шиганов Н.В., Трегубов Г.П., Орлов М.П. Некоторые особенности формирования шва при плазменной сварке высокопрочной стали // Сварочное производство. – 1972. – № 1. – С. 16–17.

114

3.Ищенко Ю.С., Букаров В.А., Пищик В.Т. Сварка неповоротных стыков труб без разделки кромок проникающей плазменной дугой // Сварочное производство. – 1975. – № 5. – С. 17–18.

4.Плазменно-дуговая сварка алюминиевых сплавов без формирующих подкладок / М.П. Орлов [и др.] // Сварочное производство. –

1975. – № 11. – С. 23–24.

5.Wu C.C., B.E. Pinfold. Operational envelopes for plasma keyhole welded titanium // Welding and Metal Fabrication. – 1979. – Vol. 47, № 9. –

P. 661–673.

6.Steffens H.D., Kayser H. Automatic control for plasma arc welding. With constant keyhole diametre // Welding journal. – 1979. – Vol. 51, № 6. –

P.408–418.

7.Плазменно-дуговая сварка высококремнистой коррозионностойкой стали 02Х8Н22С6 / О.И. Стеклов [и др.] // Сварочное производ-

ство. – 1987. – № 7. – С. 1–2.

8.Щицын Ю.Д. Устойчивость жидкой ванны при плазменной сварке проникающей дугой // Сварочное производство. – 1997. – № 10. –

С. 3–5.

9.Щицын Ю.Д., Тыткин Ю.М. Взаимодействие сжатой дуги с полостью кратера при плазменной сварке проникающей дугой // Свароч-

ное производство. – 1994. – № 6. – С. 32–33.

10.Повх И.Л. Аэродинамический эксперимент в машиностроении. – М; Л.: Машиностроение, 1965. – 480 с.

11.Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. – М.:

Наука, 1961. – 448 с.

115