Способ определения геометрических параметров и формы внутренней поверхности сварочной ванны

СОЮЗ СОВЕТСНИХСООИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 3 К 28 00, 9 1 ИСАНИ ТОР СКОМУ СТВУ И Е(21) 38 (22) 04 (46) 30 5778/2501.8504.86,нскийтрансп ечени плавленна вспоБюл. В 1 рдена "3 ак Почета"ашиностроеют полоой ванны инститния72 И го чал Р.Николаенко олитехничесобразецо смещеот вертий через юстроение,ва го во СССР 6, 1966- асс1 ВО где- радиус оцентра т ванны, мвремя,ме дружности вращен яжести сварочной ньшее или р но свад очноиаллиза нны до начали, с,роизводят с рис а поворот образрением уск ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(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, про ящей через эту ось, в сторону вращ ния,производят наведение сварочной ванны и поворачивают образец, прицавая ему угловое ускорение, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения точности определения геомет рических параметров и формы глубоких сварочных ванн за счет обес полного удаления из ванны р ного металла, предварительн могательном образце определ жение центра тяжести свароч и время ее существования до кристаллизации, используемый устанавливают в устройстве нием, равным расстоянию кальной плоскости, проходящ ось вращениядо центра тяжест рочной ванны по дуге окружност вращения, определяемым соотноше ремени существовани1Рвр Ц"ць, 122Изобретение относится к электродуговой сварке плавлением и может бытьиспользовано для различного рода исследований, связанных с определениемформы внутренней поверхности и геометрических параметров сварочных ванн.Цель изобретения - повышение точности определения геометрических па-раметров и формы внутренней поверхности,преимущественно глубоких сварочных ванн, за счет достижения полногоудаления из ванны расплавленного металла,Па фиг. 1 представлена схема движения образца при осуществлении предлагаемого способа; на фиг. 2 - устройство для осуществления предлагаемого способа,Сущность способа заключается вследующем,Одновременно с окончанием процесса сварки платформе 1 с обр-зцом 2придается равноускоренное вращательное движение под действием силы сжатия пружины К. В процессе равноускоренного вращения на металл сварочнойванны воздействует инерционная сигаР , постоянно возрастающая по величике и изменяющаяся по направлению,.Такое изменение инерционной силыобусловлено тем, что в рассматриваемом случае она является результирующей и имеет две составляющие: вращательную силу инерции Р и центробежную силу инерции Р , Последняяв процессе вращения возрастает вслед.ствие увеличения угловой скорости,что приводит к изменению направлениярезультирующей силы инерции РПолное удапение расплавленного металла происходит в том случае, если втечение определенного промежутка времени после окончания процесса сваркикогда еще весь металл сварочной ванны находится в расплавленном состояниирезультирующая инерционная силаодновременно достигает величины,достаточной для преодоления силн сцепления расплавленного металла с твердыма по направлению совпадает с направлением от симметрии поперечного сечения сварочной ванны, не пересекая приэтом внутренней поверхности сварочной ванны.Для выполнения условия, касающегосявеличины центральной силы, перед приданием образцу ускорения его располагают так, чтобы центр тяжести сварочной ванны был смещен с зенитапо своей,7390 2окружности вращения на расстояние 1,в направлении вращения. При этом величина расстояния 1, должна удовлетво.рять уравнению которое характеризуетсоотношение между центробежной Ри вращательной Р силами инерции,в тот момент, когда результирующаясила инерции Р совпадает с осьюсимметрии поперечного сечения сварочной ванны,Это уравнение выводится следующимобразом, Из схемы приведенной нафиг. 2,видно, что в тот момент, когдаР совпадает с осью симметрии нонеречного сечения сварочной ванны,Рсвязана с Р . соотношениемцв где Г - угол между линией действияцентробежной силы инерциии осью поперечного сечения сварочной ванны.Угол к равен углу (, образованному осью сиыетрии поперечного сечения сварочной ванны и радиусомвращения, проходящим через центр тяжести сварочной ванны при исходномположении образц=. В свою очередь Зг угол,9 равен углу. Таким образом, если в исходном положении образец смещен зенита на рассгояние= АБ то угол определяется по формуле, град 180 1,(2)где К - радиус вращения центра тяжести сварочной ванны,Подставив значение угла.по формуле (2) в уравнение (1), получим4 Оискомое уравнение Уравнение, дающее .:-";.тич=скоеписание 1-го условия, выполнение ко.торого необходимо для полного пиления металп: в . с ."проп."й ванны, получается путем ло.р;.тэления в уравнен.к 50 (3) ВслнчИН Рь и Р ь которыеэти силы будут иметь через время 6 рпрошедшее от окончания сварки :". начала вращения образца до момента когдасовпадает с осью симметрии поперечного сечения сварочно.: ванны, 55Формулы определениз 1. и Римеют следующий вид.:г,:;и К:". Г 4); 1 и,ь= (Е Ц (5), 1227390- масса сварочной ваннь;- радиус вращения центра тяжести сварочной ванны;Е - угловое ускорениепридаваемое образцу со сварочнойванной одновременно с окончанием процесса сварки;Г - время, прошедшее от началавращения образца до моментакогда результирующая инер-. Оционная сила Р совдадаРет с осью симметрии поперечного сечения сварочной ванны ( ь - меньше или равновремени существования момента сварочной ванны в расплавленном состоянии).м подстановки значений Р, иформулам (4) и (5) в уравне"получается искомое уравнение 20 ,щ 1 Е.д,Ц(.) или180 Ьб где ш КПутеР ьние (3) ес "1 (" )Для выполнения 2-го условияцу со сварочной ванной придаютвсе ускорение Е, величина котоудовлетворяет одновременно ура(6) и уравнению, определяющемучину результирующей силы инерци зуглоен ли следу пределяе ющим образом.Для преодоления силы сцепления рас павленного металла сварочной ванны с твердым достаточно придать образцу с ванной линейное ускорение а= 90 м/сТогда величина рез ирующей инер ционной силы равнаГр -.90 т (8)где ш - масса сварочной ванны.Уравнение, дающее математическое описание 2-го условия, получается путем подстановки в уравнение (7) значения Рр по формуле (8) и значений Р и по формулам (4) и (5)9 й ".)1 . ульт 55,инерционной силы,доста- З 5 точная для преодолениясилы сцепления расплав,ленного металла с твердым еВеличина Р о тс 0Формулы для определения величины расстояния Ь,удовлетворяющей уравне-, нию (6) и величины углового ускоренияудовлетворяющей одновременно уравнениям (6) и (9), полученные путем совместного решения уравнений (6) и (9) имеют следующий вид 71- дгсд",180) (11) ности вращения ти сварочной де В. - радиус ок центра тянны, м; ремя меньшее и равноеени существования металл Платформа 3 устанавливается на торец рычага электромагнитной защелки5, На нее устанавливают и закрепляютнеподвижно образец 4 таким образом,чтобы центр тяжести сварочной ванны,которая образуется в процессе сваркибыл смещен с зенита по его окружности вращения в направлении вращенияна расстояние Ь, определяемое по формуле (10),Положение центра тяжести сварочной ванны, которая впоследствии будет образована на об-разце, определяют следующим образом, Предварительно на таком же об/разце образовывают сварочную ванну,но не удаляют из нее металл.1Затем изготавливают мгКрошлифпродольного и поперечного сечениясварочной ванны, по которым определяют положение центра тяжести. На основании полученных данных на торце образца, который используют для удаления металла сварочной ванны, выполняют соответствующую разметку. По сварочнои ванны в расплавленом состоянии, с.Устройство для осуществления предлагаемого способа состоит из вращающейся платформы 3, на которой неподвижно закреплен образец 4, электромагнитной защелки 5, удерживающей плат:форму 3 в горизонтальном положении во время процесса сварки (образования сварочной ванны на образце 4) двух пружин 6, приспособления 7 для натяжения пружин, амортизатора 8 и сварочной горелки 9.Устройство работает следующим образом.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-экспери. ментальным путем.После того, как образец установлен, платформу 3 нагружают силой сжатия пружин 6, Для этого их натягивают с помощью приспособления 7Величина силы сжатия регулируется степенью растяжения пружин по зависимости,полученной экспериментальным путем.Величину силы, которую необходимо приложить к платформе, определяют по фор- муле 27390 Ьделяют координаты ее центра тяжестив плоскости, перпендикулярной продольной оси шва. В рассматриваемом случаеглубина сварочной ванны составляет21 мм ширина - 11 мм. На торец аналогичного образца наносят точку, соответствующую положению тяжести сварочной ванны. Образец устанавливаютна платформу устройства. При этом 10 радиус вращения центра тяжести сварочной ванны составляет 0,153 м. Рассчитывают время существования металласварочной ванны в расплавленном состоянии с,которое составляет 0,52 с.Расчгт Ф по указанной методике является приближенным, поэтому действительную величину , которую следует подставлять в расчетные Формулы, уточняют экспериментальным путем, Ориентиру 20 ясь на результат расчета, задаютсяразличиями значениями и,пользуясь Фор.мулами (10) - (12), рассчитывают длякаждого значения с величику 1, Е,Р,Результаты расчета приведены в 25 таблице. Результаты эксперимента(тогдцинаслоя неудаленного ме. Р щ 3 платформа 4 получает ускорение под воздействием силы сжатия пружины,Через определенное время происходит удаление расплавленкого металла, после чего платформа с образцом еще35некоторое время продолжает движение, а затем тормозится с помощью амортизатора 8 Далее образец снимают с платформы и производят измерения геометрических параметров и ФоРмы внут ренней поверхкЬсти сварочной ванны.П р и м е р. Сварку выполняют под АНА проволокой СВА диаметром 5 мм на образцы изстали ст. 3 размером 40 х 90 х 450 мм, массой 12,6 кг.45Режим сварки: сварочный ток 1450 А напряжение дуги 42 В, скорость сварки 20 м/ч.Масса вращающейся платформы 5 кг.Определение геометрических парамет 50 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 опре 07,с Е 1 с Р,Н талла на дне сварочной ванны 0,5 О,Р=в Е К,- масса образца и платформы;- радиус вращения центра тяжести сварочной ванны;б - величина ускорения, рассчитанная 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 процессаудаления металла сварочной ванны 0,013 46,9 .126 0,52-0,670,062 232,9 627 0-0,05 0,05 0,118 411,1 1107 0-005 В соответствии с данными таблицы производят опыты (1-3) по удалению расплавленного металла сварочной ван. ны, Полноту удаления расплавлеккого металла оценивают го поперечным шлифам внутренней поверхности сварочной ванны. толщину слоя металла, оставшегося ка дне сварочной ванны, измеряют с помощью микроскопа. Полученные Результаты свидетельствуют, что если при расчете величин , 1 Р принимать 7 ь 0,1 с обеспечивается практически полное удаление расплавленного металла из глубокой сварочной ванны, полу 122737ченной на рассматриваемом режиме сварки.для других режимов сварки время существования металла сварочной ванны в расплавленном состоянии определяют аналогичноТаким образом, применение предлагаемого способа позволяет повысить точность определения геометрических параметров и формы внутренней поверх ности преимущественно глубоких свароч 90ных 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 оптималь" ных режимов, обеспечивающих высокую производительность ,процесса и качество шва при сварке больших толщин..Кон едакто 1 ул. Проектная Производственно-полиграф;:веское преднр ит е, с 247/1 Тир ИПИ Государств по делам изобр 035, Москва, Ж ж 1001 Под . Гс:; оннного комитета ССС.тенин и откр;,ги"35, Гаушская., д, 4/5