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

(19 8 К 91 ИСАЙКЕ РЕТЕ ТЕЛЬСТВУ ВТОРИЧНОМУ зи межи обсв ство,гияиниевых втома 1 вф ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) Кудояров Б.В, и др. О сду отклонением сварочной дугразованиеМ газовых полостейном шве. - Сварочное произво1972, В 4, с. 9-10.Столбов В,И. и др, Технолсварки толстых листов из алюмсплавов трехфазной дугой.тическая сварка, 1971, 9 10, 1418 О 13(54) С НИЯ СВАРОЧН ОСУЩЕС (57) И и позв мическ сварно Цель " естеств модели цессов ют при на жид ПОСОБ ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ВОЙ ВАННЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГОТВЛЕНИЯобретение относится к сваркеляет исследовать гидродинаую природу формообразованияо шва на жидкостной модели.приближение моделирования кенным условиям, Физическоеование гидродинамических пров сварочной ванне осуществлявоздействии газовой струейость, которую подают непрерыв14 8013 цып". потоком через пористую поверхц сь, имитирующую фронт плавлениясварочной ваццы, Устройство состоити сопла 20, формирующего газовуюструю, ц расположенного под цим гидравли:ого лотка. Гидравлическийлоток .:цолцец в виде сферическогосегмента 11 из пористого гидропроницаемого материала, состыкованного сцилиндрическим желобом 12 того же 1Изобретение относится к области сварки и позволяет исследовать гидро- динамическую природу формообразования сварцогб шва на жидкостной модели.5 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 винтом15 3 несущий стержень (стойка ) 4, имеющий с обоих концов одинаковые посадочные поверхности. На стержне 4 зак. реплецы посредством системы стрежней 5-7, соединенных между собой шаровы 20 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 Р 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 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. Гцдролоток и соило 20 закреплены с возможностью фиксированных независимых пространственных перемещений и угловых поворотов, Устройство позволяет физически моделировать процессы, происходящие в сварочной ванне и приводящие к различному формообразованию 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 другойплоскости (в том числе и взаимныеположения), Продольными перемещениями стержней 5 и 15 в шарнирах 1 О и18 устанавливается положение оси фор -мирующего газовую струю устройства20 относительно края сегмента 11 имитирующего фронт плавления , а продольным перемещением шарниров 10 и18 по несущему стержню 4 - расстояние от выходного сечения формирующегогазовую струю сопла 20 до сегмента11, Все зто позволяет моделироватьвзаимные расположения источника сварочного давления ( дуга, луч лазераи т.д. ) относительно фронта плавления (изменяющиеся в естественнойсварочной ванне с изменением скорости сварки, с различием теплоотводав свариваемые кромки, с различиемфизических. постоянных материала свариваемых кромок и т.д.) и различныеестественные условия сварки ("наспуск","на подъем" и т.д.).Способ осуществляется следующимобразом,Для моделирования сварки в "потолочном положении достаточно из положения, изображенного на фиг,1,стержень 4 закрепить на основании 1.другим концом,Изменяя расход газа Я, изменяют.полное давление, оказываемое им нагидролоток и жидкость, а изменяярасход жидкости Ямоделируют различные условия, возникающие с изменением скорости сварки или с изменением теплофизических свойств свариваемых материалов3 41801Нри воздействии поля давления, модулирующего сварочное поле давления, на жидкость, истекщую из стенки фронта плавления на этой стенке5 формируется течение жидкости, подобное наблюдаемым течениям при свароч 11 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 нии шва при фиксировании этих форм реальной кристаллизацией.Величина интегрального давления регулируется с помощью ротаметра изменением расхода газа. Расход жидкости, 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 скоростей потока, Изменение в широких 40 пределах полей давления и расходов 20 жидкости позволяет моделировать широкую гамму течений, экспериментально выявленных в сварочной ванне и смоделировать которые прежде не удавалось.П р и м е р. 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 пористогосетчатого 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 3модели 1 фиг,1) над ней устанавлинак 1 тсопло формирующее Газопчй струю.Изменяя структуру поля давления нажидкость, истекающую цз стенки сегмента, имитирующего фронт плавленияс помощью этого устройства, и располагая его ось вертикально и симметрично относительно боковых стеноклотка на расстоянии 3 мм от коаяфронта плавления , получают различные течения жидкости (использованавода, как наиболее удобная в работежидкость).Рассмотрим варианты:1, Расход воды 2 л/мин, расходгаза б л/мин, течение происходит общим потоком с фронта плавления надно зоны кристаллизации с некоторым углублением в потоке под газовойструей.2, Расход воды 2 л/мин, расходгаза 8 л/мин, течение разделяется надва коротких струйных потока, огибаю.щих газовую струю и смыкающихся заее пределами и на дне зоны кристаллцзации3. Расход воды 2 л /мин, расходгаза 14 л/мин, течение двумя струйными потоками, обегающими зону высокого давления газовой струи, восходящими к поверхности и смыкающимисяв зоне кристаллизации в единый поток, над дном модели,4, Расход воды 2 л/мин, расходгаза 34 л/мин, течение аналогичноетечению п,3, только с большей величиной канала между дном и смыкающимсяпотоком, развитая турбулентность1струй.5, Расход воды 2 л/мин, расход газа 60 л/мин, турбулентное течениеструй по верхней границе без смыкания (не соприкасаются), аналогичнонесплавлению,Изменение расхода воды приводитк не менее радикальным изменениямгидродинамических процессов в модели.Изобретение позволяет физическимоделировать гидродинамические процессы, происходящие в сварочной ванне и приводящие к различному формообразованию сварных швов, позволяетисследовать самостоятельное влияниена гидродинамические процессы структуры поля давления, воздействующегона жидкий металл свароч О ванны, ирасхода жидкого металла через фронтплавления, про с транс тв е н ног о положения18013 Формула изобретения Составитель Г. ТютченковаТехред И.Верес Корректор В.Бутяга Редактор О. Головач Тираж 922 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Заказ 4099/11 Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4Ф 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 всварочной ванне, включающий воздействие газовой струей на жидкость, имитирующее давление источника сварочной энергии на расплавленный металл,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью приближения моделирования кестественным условиям, жидкость подают непрерывным потоком через пористую поверхность, имитирующую фронтплавления сварочной ванны,2. Устройство для физического моделирования гидродинамических процессов в сварочной ванне, содержащеесопло, формирующее газовую струю,.о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцельюприближения моделирования к естественным условиям, оно снабженогидравлическим лотком, который расположен под рабочим торцом сопла,закреплен с ним на одном основаниии выполнен в виде сферического сегмента из пористого гидропроницаемогоматериала, состыкованного с цилиндрическим желобом того же диаметра, при О этом сегмент с внешней стороны имееттрубку для подвода жидкости, а гидролоток и формирующее газовую струюсопло. закреплены с возможностью фиксированных независимых пространствен ных перемещений и угловых поворотовпосредством 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 изсистем шарнирно соединенных стержней снабжена не менее чем двумя шаровыми шарнирами, а на несущем стержне, непосредственно закрепленном на основа 2 б нии, с обоих концов выполнены одинаковые посадочные поверхности для закрепления его на основании.