Газовая линза к горелкам для сварки в среде защитных газов

 

(72) Авторы изобретеивя

А.И. Горшков и В.Т. Казина (7! ) Заявитель (54) ГАЗОВАЯ ЛИНЗА К ГОРЕНКАМ ДЛЯ СВАРКИ

В СРЕДЕ ЗАЩИТНЫХ rASOe

Изобретение относится к дуговой сварке в среде защитных газов и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства при сварке конст.рукций из активных материалов..

Известны .газовые линзы к горелкам для ручной дуговой сварки, состоящие из набора сатен (1) и линзы из керамики и металлокерамики $2).

Однако газовые линзы, состоящие из сеток, набивки стружки, не обеспечи" вают постоянных параметров истечения газов из-за различной плотности упаковки, сотрясений горелок, они не выдерживают высокой температуры. Порис- >> тая керамика не обеспечивает равномерного ламинарного потока газа вследствие наличия закрытых каналов, несообщения пор между собой.

Наиболее близким к изобретению по о технической сущности и достигаемому эффекту является газовая линза к горелкам для сварки в среде защитных, газов, центральная и периферийная зо2 на которой выполнены иэ шариков диаметром 0,008-0;015.внутреннего диаметра сопла горелки. Эти линзы обеспечивают ламинарный поток защитного газа P3).

Однако известные линзы могут быть использованы в застойной атмосфере воздуха, т. е, в специальных ограж" денных помещениях, где отсутствует движение воздуха. Такие линзы не имеют защиты сбоку от ветра. В случае сквозняков, ветра возможно сдувание газового потока и ухудшение защитных свойств газового потока, а,следова" тельно, и качества сварных швов.

Цель изобретения - повышение ка" чества сварных швов путем повышения устойчивости ламинарного истечения газового потока.

Цель достигается тем, что газовая линза к горелкам для сварки в среде защитных газов с центральной зоной, выполченной из шариков диаметром

0,008-0,015 внутреннего диаметра соп3 996 ла горелки, выполнена с кольцевой периферийной зоной шириной 1/6-1/5 диаметра линзы, изготовленной из шариков диаметром 0,004-0,11 внутреннего диаметра сопла. 5

Высота линзы выполнена равной 0,10,3 внутреннего диаметра сопла.

На фиг. 1 схематически изображена предложенная газовая линза., разрез; на фиг. 2 - соотношенйе диаметров ша- 1я риков линзы; на фиг. 3 .". распределение скоростей потока газа (вектор скорости потока V расположен по вертика" ли).

На фиг. 1-3 введены следующие обо-, значения:

d - диаметр шариков центральной части равен 0,008-0,015 внутреннего диаметра сопла горелки 0

- диаметр шариков периферийно- щ го кольца линзы равен 0,004-0,11 внутреннего диаметра сопла горелки D, Ф - наружный диаметр газовой линзы равен внутреннему диаметру сопла

0 =50-60 мм;

И

p< — диаметр отверстия равен диаметру электрода; Ф вЂ” диаметр центральной части линзы равен (4/5 5/6) высота газовой линзы равна (0,t-0,3) О,.

Рассматривая теоретически истечение газа из сопла горелки видно, что турбулентность газовой струи при прохождении через газовое сопло сварочной горелки вызывается избытком кинетической энергии при переходе от высокоскоростной струи на выходе из отверстий s низкоскоростной струе, истекающей иэ сопла. Величина этого избытка тем больше, чем больше разнятся эти скорости:

u=(0 008"0 01;)----кем

Э 1 Др (3) Из формулы (3) следует, что средняя скорость истечения зависит от диаметра шариков линзы, которая и определяет создание равномерного ламинарного потока газа и его длину.

Регулируя скорость истечения газа путем изменения диаметра шариков, регулируется кинематическая энергия газа согласно формулы (1), а тем самым ликвидируется турбулентность.

Наличие постоянных упорядоченных, равномерно расположенных по всему сечению и высоте линзы капилляров создает ламинарный равномерный поток газа.

Благодарю.наличию линзы над ней в сопле горелки образуются камеры с избыточным давлением защитного газа.

Гаэ, проходя через капилляры линзы с большой скоростью, ламинарно истекает и на выходе расширяется, теряет скорость и избыток кинетической энергии. В результате чего снова создается избыточное давление, которое вытесняет воздух в полости под соплом, и образует столб ламинарного потока газа на большой длине. Это создает возможность сварки с большим вылетом электрода, что также весьма важно для сварки конструкции с труднодоступными местами. Газовые линзы иэ шариков могут быть изготовлены плоскими, выпуклыми, вогнутыми, что позволяет регулировать вектор скорости истечения газового потока по сечению сопла и находить оптимальный вариант.

Исходя из условий качественной защиты зоны сварки, найден диаметр сопла, равный 50-60 мм.

В случае применения большего диаметра сопла отсутствует возможность слежения за местом сварки, сварочной ванной и подачей присадочного материала. Меньший диаметр сопла и обеспечивает защиту остывающего металла шва, выходящего из-под сопла горелки.

Диапазон ширины периферийной зоны выбирают в пределах 1/6- 1/5 диаметра линзы из расчета обеспечения качестаИ вЂ” н(Н -V ) (2) где V - -скорость истечения из отверЪ стий;

V - скорость истечения из сопла.

Образование ламинарного потока при прохождении газа сквозь различные препятствия объясняется поглощением избытка энергии на трение, например на трение в капиллярах газовой линзы.

Критерий, определяющий этот переход, выражается обычно числом Рейнольдса, которое определяется соотношением:

130 4 где D — диаметра сопла;

IJ - средняя скорость потока; плотност газа; - кинематическая вязкость газа.

Выражая через d=(0,008-0,015)0 и подставляя в формулу (2), получаем выражение дяя средней скорости истечения газа:

0 С го ламинарного потока (0,1-0,3 внутреннего диаметра сопла). Высота газо" вой линзы выбрана экспериментально, для газовых аргонодуговых горелок, у которых избыточное давление равно

0,15-0,3 атм. Увеличение избыточного давления в горелке свыше 0,15-0,3 атм нежелательно, так как оно может привести к разрыву шлангов,-образованию течей аргона в соединениях горелки.

При высоте линзы менее О, 1 0 сопротивление линзы мало, давление над ней падает, поэтому плохо происходит истечение и формирование газового по" тока до ламинарного с требуемой длиной. При высоте линзы более 0,3 ОВ возрастает ее сопротивление и над ней требуется высокое давление, как пока-. зывают эксперименты, намного выше до-. пустимого (0,3 сети), что также нежелательно. Исследовано формирование потока для различных линз. Данные экспериментов приведены в табл. 3.

Изготовление газовых линз выполняют следующим образом.

Шарики различного диаметра из любого металла получают при помощи центробежного распыления металла в вакууме.

После получения шарики сортируют-. ся по фракциям, т.е. по заданному диаметру путем просеивания через. сито.

Полученную фракцию диаметром 0,0080,015 внутреннего диаметра сопла горелки укладывают в центральной зоНе . линзы, а шарики диаметром (0,5-0>75)

-диаметра шариков центральной зоны укладывают по кольцу по периферийной зоне линзы шириной 1/6- 1/5 диаметра линзы. Уложенные по. форме линзы шарики подпрессовывают давлением 15 кГс/см поверхности и устанавливаоТ в печь для диффузионного сращивания.

Газовые линзы вставляют в специальные насадки (сопла) горелок с допуском +0,2 мм.

Газовые линзы могут быть применены в судостроительной, оборонной, авиационной, атомной и др. отраслях.

5 99613 ва защиты металла шва при боковом ветре 10 M/éèí, при оптимальном диа" метре шариков. Исследования проводят при диаметре шариков 0,004-0,11 р линзы, которые показывают, что при тон- s ком слое периферийной зоны менее 1/6 диаметра линзы происходит сдувание и сдвиг потока ветром и смешение его с воздухом, при этом наблюдается окисление металла шва. При слое, равном

1/5 диаметра линзы скоростной поток обеспечивает защиту эоны сварки и предохраняет поток газа от смешения с воздухом. Цвет металла шва получается серебристый, окисления не происхо- 1> дит. При толщине слоя свыше 1/5 диаметра линзы скоростной поток сокращает площадь основного защитного газового потока с ламинарным истечением газа, что ухудшает формирование факела 20 дуги.

Данные экспериментов приведены в табл. l.

Анализируя скорость истечения газа согласно формуле (3), видно, что ско- ЭЭ рость истечения зависит от диаметра шариков. Подставляя вместо д d< =6,004О,ll р в формулу (3), видно, что скорость истечения газа по периферии линзы увеличивается в 1,5-2 раза. зр

Проведенными исследованиями установлено, что при сварке сплава ВТ-20, толщиной 3,0 мм по режиму:

Сварочный ток, А 120

Напряжение дуги, В 10-18

Диаметр электрода, мм

Расход аргона, л/мин 25 и при скорости бокового ветра (движение воздуха) 10 м/мин при шариках диаметром d< =0,004 gr, не происходит сдувания газового потока, а при диаметре dq =0,11 gf наблюдается сдвиг потока аргона и перемешивание его c воздухом. В результате этого происходит незначительное окисление металла сварного шва. Результаты исследований содержания кислорода приведены в табл. 2.

Таким образом установлено, что при шариках диаметром 0,004-0,11 у не происходит насыщения шва газами, поэтому этот интервал является оптимальным.

Диапазон высот газовой линзы выбран из условия обеспечения давления, способствующего формированию газово"

По сравйению с прототипом предлагаемые газовые линзы обеспечивают " сварку активных материалов на воздухе в полевых условиях.

996130 8

Табли ца 1

Содержание

0, Ж

Внешний вид шва

Ширина периферийной эоны линзы

Синий

0,25

Синий

Оэ23

0,12

Серебристый

Серебристый

Желтый

0,12

0,20

Таблица. 2

Диаметр шариков Содержание кислорода в шве, 3

Внешний вид шва

0,18

Желтый

0,12

0,12. 0,12

0,2

О,26

Серо-синий

Таблица 3

Высота линзы

Давление над линзой., формирование потока атм

o,О5 0

092

Поток турбулентный, хаотичный

0,25

То же

Поток ламинарный .

То же

0,28,0 3

0 3

Поток турбулентный

0,4 0

0,8 ральной зоной, выполненной из шариков диаметром 0,008-0,015 внутреннего диаметра сопла горелки, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения формула изобретения

1. Газовая линза к горелкам для сварки в среде защитных газов с центЬ

1/7 0 . 1/6 0в

1/5 DS

1/4 0

0,002 М

0,004 р

0,008 р

0,11 $f

0,02

0>3 Ф о,o8 0

0,1 0

O,ã 0

0,3 DI, Серебристый

Серебристый

Серебристый

Синий

Составитель Г. Квартальнова

Редактор А. Химчук Техред А.Бабинец Корректор В. Бутяга

)е

Тираж 1104 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

° г»

Заказ 797/21

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4

9 996130 . - 10 качества сварных швов путем повыше- . 1. Авторское свидетельство СССР ния устойчивости ламинарного истече- 202386, кл. 8 23 К 9/28, ния газового потока, линза .выполнена 28.06.66. с кольцевой периферийной зоной шириной 1/6- 1/5 диаметра линзы, изготов- у 2. Потапьевский А.Г. Сварка в эаленной из шариков диаметром 0,004- щитных газах плавящимся электродом.

0,11 внутреннего диаметра сопла. И., Машиностроением, 1974, с. 80, 2. Линза по и. 1, о т л и ч а ю- рис. 36. щ а я с я тем, что ее высота равна

0,1-0,3 внутреннего диаметра сопла. О 3. Авторское свидетельство СССР

Источники информации, . Н 880653, кл. 8 23 К 9/16, 22. 11.79: принятые во внимание при экспертизе (прототип).