SU1418013A1

SU1418013A1 - Способ физического моделировани гидродинамических процессов в сварочной ванне и устройство дл его осуществлени

Info

Publication number: SU1418013A1
Application number: SU874181499A
Authority: SU
Inventors: Константин Ефимович Пономарев
Original assignee: Предприятие П/Я М-5729
Priority date: 1987-01-14
Filing date: 1987-01-14
Publication date: 1988-08-23

Abstract

Изобретение относитс к сварке и позвол ет исследовать гидродинамическую природу формообразовани сварного шва на жидкостной модели. Цель - приближение моделировани к естественньм услови г(1. Физическое моделирование гидродинамических Процессов в сварочной ванне осуществл ют при воздействии газовой струей на жидкость, которую подают непрерью

Description

U

нмм потоком через пористую понерх е ь, имитирующую фронт плавлени гкурочной аниы. Устройство состоит И э сопла 20, формирующего газовую струю, расположенного под ни; гид- paвли : чого лотка. Гидравлический лоток мшолнен в виде сферического сегмента 1 из пористого гидропроницаемого материала, состыкованного с цилин/трическим желобом 12 того же

013

диаметра. Г идролоток и сопло 20 закреплены с возможностью фиксированных независимых пространстве п1ьгх перемещений и угловых поворотов. Устройство позвол ет физически моделировать процессы, происход щие в сварочной ванне и привод щие к различному формообразованию сварных пвов. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1

Изобретение относитс к области сварки и позвол ет исследовать гидродинамическую природу формообразова- ни сварногб шва на жидкостной модели .

Целью изобретени вл етс приближение моделировани к естественным услови м.

На чертеже показана конструкци устройства дл физического моделировани 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 шаровыми шарнирами 8, 9, а со- стержнем 4 - двойным цилиндрическим щарниром 10, гидравлический лоток, состо щий из пористого гидропроницаемого сферического сегмента 11 и состыкованных с ним цилиндрического желоба 12 того же радиуса R и гидрокамеры 13 с трубкой 14 дл 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 ) форми рующее газовую струю сопло 20 с труб кой 21 подвода газа.

Посредством поворота шарниров 8 и 9, 17 и 19 лотку могут быть приданы положени от горизонтального до вертикальных, а формирующему газовую струю соплу 20 соответственно от вер

10

15

20

25

30

35

40

тикального до горизонтального в одной плоскости и посредством цилиндрических шарниров 10 - 18 - в другой плоскости (в том числе и взаимные положени ). Продольными перемещени ми стержней 5 и 15 в шарнирах 10 и 18 устанавливаетс положение оси формирующего газовую струю устройства 20 относительно кра сегмента 11 имитирующего фронт плавлени , а продольным перемещением шарниров 10 и 18 по несущему стержню 4 - рассто ние от выходного сечени формирующего газовую струю сопла 20 до сегмента 11. Все это позвол ет моделировать взаимные расположени источника сварочного давлени (дуга, луч лазера и т.д. ) относительно фрбГнта плавлени измен ющиес в естественной сварочной ванне с изменением скорости сварки, с различием теплоотвода в свариваемые кромки, с различием физических посто нных материала свариваемых кромок и т.д. и различные естественные услови сварки (на спуск,на подъем и т.д..).

Способ осуществл етс следующим образом.

Дл моделировани сварки в потолочном положении достаточно из положени , изображенного на фиг.1, стержень 4 закрепить на основании.К другим концом.

. Измен расход газа Q, измен ют, полное давление, оказьшаемое им на гидролоток и жидкость, а измен расход жидкости Q . моделируют различные услови , возникающие с изменением скорости сварки или с изменением теплофизических свойств свариваемых материалов..

314

При воздействии пол давлени , мо дулируклцего сварочное поле давлени , на жидкость, истекшею из стенки фронта плавлени на этой стенке формируетс течение жидкости, подобное наблюдаемым течени м при сварочных процессах,За пределами фронта плавлени , несмотр на отсутствие поддерживаюв ;ей донной поверхности фронта кристаллизации, тенденции реального течени , аналогичного наблюдаемому в естественной сварочной ванне, сохран ютс в течение определенного времени, а затем жидкость общим потоком под действием сил инерции и гравитации стекает за пределы зоны, моделирующей сварочную ванну (вследствие отсутстви кристаллизации} . При этом стекающа жидкость не оказьшает нарушающего обратного воздействи на потоки на фронте плавлени , а характер движени в зоне фронта кристаллизации позвол ет делать вьюод о формообразова- НИИ шва при фиксировании этих форм реальной кристаллизацией.

Величина интегрального давлени регулируетс с помощью ротаметра изменением расхода газа. Расход жид- , кости, проход щей по фронту плавлени , в единицу времени может быть определен с помощью обычных приборов типа водомера, установленных на вход щей 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 пределах полей давлени и расходов жидкости позвол ет моделировать широкую гамму течений, экспериментально вы вленных в сварочной ванне и смоделировать которые прежде не уда- валось.

Пример. Изготавливают .стенд, состо щий из лабораторного штатива и закрепленных на нем посредством шар- нирно-стержневых систем гидролотка и устройства дл формировани газово струи. Гидролоток изготовлен в виде сегмента из многослойного пористого сетчатого материала (четверть сферы диаметром 22 мм) и приваренных к нему с внутренней стороны разрезной трубки то го же диаметра, а с наружной замкнутой гидрокамеры с трубкой подвода жидкости . При горизонтальном расположении

5 5

О 0 5

Q g

3

модели (фиг.1) над Hefi устан;)п.гат;) сопло, формирующее газоиую струю. Измен структуру пол дзвлеии на жидкость, истекаюното из стенки сегмента , имитирующего фронт плавлени с помощью этого устройства, и располага его ось вертикально и симметрично относительно боковых стенок лотка на рассто нии 3 мм от кра фронта плавлени , получают различные течени жидкости (использована вода, как наиболее удобна в работе жидкость).

Рассмотрим варианты:

1.Расход воды 2 л/мин, расход газа 6 л/мин 5 течение происходит общим потоком с фронта плавлени на дно зоны кристаллизации с некоторым углублением в потоке под газовой струей.

2.Расход воды 2 л/мин, расход газа 8 л/мин, течение раздел етс на два коротких струйных потока, огибающих газовую струю и смыкающихс за

ее пределами и на дне зоны кристалла зации.

3.Расход воды 2 л /мин, расход газа 14 л/мин, течение двум струйными потоками, обегающими зону высокого давлени газовой струи, восход щими к поверхности и смыкающимис в зоне кристаллизации в единый поток , над дном модели.

4.Расход воды 2 л/мин, расход газа 34 л/мин, течение аналогичное течению п.З, только с большей величиной канала между дном и смьжающимс потоком, развита турбулентность струй.

5.Расход воды 2 л/мин, расход газа 60 л/мин, турбулентное течение струй по верхней границе без смыкани (не соприкасаютс ), аналогично

несплавлению.

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

Изобретение позвол ет физически моделировать гидродинамршеские процессы , происход щие в сварочной ванне и привод щие к различному формообразованию сварных щвов, позвол ет исследовать самосто тельное вли ние на гидродинамические процессы структуры пол давлени , воздействующего на жидкий металл снарочм м ванны, и расхода жидкого металла через фронт плавлени , пространственного положени

сварочной ванны и расположени ис- точника сварочного давлени относительно сварочной ванны, что повьппа- ет точность моделировани , приближа моделируемый процесс к естественным услови м сварки.

Claims

1.Способ физического моделировани гидродинамических процессов в сварочной ванне, включаклций воздействие газовой струей на жидкость, ими- тирующее давление источника сварочной энергии на расплавленный металл, отличающийс тем, что, с целью приближени юделировани к естественным услови м, жидкость подают непрерьшным потоком через пористую поверхность, имитирующзпо фронт плавлени сварочной ванны,

2.Устройство дл физического моделировани гидродинамических процессов в сварочной ванне, содержащее сопло, формирующее газовую струю,

.отл И чающеес тем, что, с целью приближени моделировани к

естественным услови м, 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 диаметраj при этом сегмент с внешней стороны имеет трубку дл подвода жидкости, а гидролоток и формирующее газовую струю сопло закреплены с возможностью фиксированных независимых пространствен- ных перемещений и угловых поворотов посредством системы шарнирно соединенных стрежнейо

3, Устройство по п,2, о т л и - чающеес тем, что кажда из систем шарнирно соединенных стержней снабжена не менее чем двум шаровыми шарнирами, а на несзпцем стержне, непосредственно закрепленном на основании , с обоих концов вьшолнены одинаковые посадочные поверхности дл закреплени его на основании.