65558

Розробка технології автоматичного зварювання та наплавлення під флюсом конструкційних сталей струмом малої густини

Автореферат

Производство и промышленные технологии

Автоматичне дугове зварювання та наплавлення під флюсом один із провідних процесів при виробництві й ремонті сталевих конструкцій та деталей машин. Технологічна собівартість одної тонни наплавленого металу в якій 71 займають...

Украинкский

2014-07-31

1.02 MB

2 чел.

PAGE 21

Міністерство освіти і науки України

Національний університет кораблебудування

імені адмірала Макарова

ЯРОС ЮРІЙ ОЛЕКСАНДРОВИЧ

УДК 621.791.(07)

Розробка технології автоматичного зварювання та наплавлення під флюсом конструкційних сталей струмом малої густини

Спеціальність 05.03.06 – Зварювання та споріднені процеси і технології

АВТОРЕФЕРАТ

дисертаційної роботи на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Миколаїв 2010


Дисертація є рукописом.

Робота виконана в Національному університеті кораблебудування імені адмірала Макарова (НУК) Міністерства освіти і науки України, м. Миколаїв.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент

Драган Станіслав Володимирович, Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, кафедра зварювального виробництва.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Дубовой Олександр Миколайович, Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, м. Миколаїв, завідувач кафедри матеріалознавства та технології металів;

доктор технічних наук, професор Размишляєв Олександр Денисович, Приазовський державний технічний університет, професор кафедри Обладнання та технологія зварювального виробництва, м. Маріуполь;

Захист відбудеться "21" червня 2010 року о 1300 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 38.060.02 при Національному університеті кораблебудування імені адмірала Макарова за адресою: НУК, проспект Героїв Сталінграда, 9, м. Миколаїв, 54025, Україна.

З дисертаційною роботою можна ознайомитись у бібліотеці Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова за адресою: НУК, проспект Героїв Сталінграда, 9, м. Миколаїв, 54025, Україна.

Автореферат розісланий "17" травня 2010 року.

В. о. Вченого секретаря

спеціалізованої вченої ради

доктор технічних наук, доцент Л.І. Коростильов


ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність дослідження.  Автоматичне дугове зварювання та наплавлення під флюсом – один із провідних процесів при виробництві й ремонті сталевих конструкцій та деталей машин. Технологічна собівартість одної тонни наплавленого металу, в якій 71% займають витрати на зварювальні матеріали, у 1,6…2,2 рази нижча від інших видів зварювання. При цьому заміна електродного дроту діаметром 2 – 3 мм на дріт діаметром 4 – 5 мм при незмінних швидкості зварювання, напруги та сили струму дуги знижує витрати на зварювальні матеріали на 10…14 % і тому є перспективою удосконалення технології зварювання листових конструкцій та ремонту зношених деталей машин.

Перехід до зварювання на режимах з малою густиною струму дозволить: знизити частку участі основного металу в металі шва, уникнути протікання металу ванни в зазор між кромками стику листів при зварюванні на вису й збільшити тривкість струмоведучих наконечників. Але ці переваги технології автоматичного зварювання струмом малої густини можуть бути реалізовані за умови забезпечення стабільності горіння дуги при перехідних процесах, спричинених впливом збурень різного характеру.

Дослідженням стабільності процесу автоматичного зварювання присвячені праці Б. Є. Патона, І. І. Заруби, В. К. Лебедєва, Г. І. Лєскова, В. І. Дятлова, В. А. Ленівкіна, І. В. Пентегова, Н. С. Дюргерова та інших учених.

Відомі дослідження виконані для технології зварювання дротом діаметром 5 мм струмом густиною більше 30 А/мм2, тому такі способи стабілізації зварювального процесу, як зменшення діаметру електродного дроту, підвищення густини струму, зменшення коефіцієнта динамічної стійкості (Ку) системи “джерело живлення – дуга – зварювальна ванна” (“ДЖ – Д – ЗВ”)  і внутрішнього опору джерела живлення (Кип) не можуть бути ефективно використані при зварюванні струмом малої густини. Застосування ж інверторних джерел живлення пов’язано зі значним зростанням капітальних затрат.

Складне технологічне завдання отримання високої якості з’єднань із конструкційних сталей при автоматичному зварюванні під флюсом струмом малої густини можна розв’язати шляхом встановлення закономірностей впливу різних способів стабілізації дугового процесу на параметри системи “ДЖ – Д – ЗВ”, що й зумовило необхідність проведення окремого комплексу досліджень щодо забезпечення стабільності зварювального процесу.

Зв'язок із науковими програмами. Основні етапи дисертації виконувалися відповідно до планів науково-дослідних робіт Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова Міністерства освіти і науки України за темами “Дослідження взаємодії енергетичних параметрів системи “джерело живлення – зварювальний автомат” стосовно до умов суднобудування й судноремонту” (2003 р. № ДР 0104U005442) та “Розроблення принципової енергозберігаючої технології автоматичного наплавлення під флюсом зношенних поверхонь деталей транспортних машин” (2006...2007 р.р. № ДР 0106U008214). Рівень участі в роботах – відповідальний виконавець.

Мета й завдання дослідження. Мета – розробка технології автоматичного зварювання і наплавлення під флюсом конструкційних сталей постійним струмом малої густини, що забезпечує підвищення якості й зниження затрат при виробництві й ремонті зварних виробів.

Для досягнення зазначеної мети були сформульовані та вирішені такі завдання:

  1.  Досліджено енергетичні параметри, що визначають стабільність дугового процесу, та обґрунтовано можливість автоматичного зварювання під флюсом струмом малої густини.
  2.  Досліджено роботу енергетичної системи “ДЖ – Д – ЗВ” і визначено параметри, що регламентують стабільність автоматичного зварювання під час дії технологічних збурень в діапазоні струмів малої густини.
  3.  Розроблено спосіб впливу на систему “ДЖ – Д – ЗВ” для забезпечення стабільного процесу автоматичного зварювання струмами малої густини.
  4.  Розроблено методику експериментального дослідження технології автоматичного зварювання струмами малої густини.
  5.  Експериментально досліджено режими автоматичного зварювання конструкційних сталей струмами малої густини й встановлені мінімальні технологічно допустимі значення сили струму.
  6.  Розроблено й упроваджено у виробництво технологію й обладнання для автоматичного зварювання й наплавлення під флюсом струмами малої густини при виготовленні великогабаритних металоконструкцій та відновленні зношених деталей машин.

Об’єкт дослідження – процеси виготовлення й відновлення зварних виробів  і деталей машин методом автоматичного зварювання й наплавлення під флюсом струмом малої густини.

Предмет дослідження – показники стабільності процесу автоматичного зварювання під флюсом струмами малої густини, параметри режимів зварювання, структура та механічні властивості з’єднання.

Методи дослідження. Теоретичним і методологічним підґрунтям дослідження є роботи вітчизняних та іноземних учених в галузі дугового зварювання, енергетичних і динамічних процесів системи “ДЖ – Д – ЗВ” та їх моделювання. Параметри системи “ДЖ – Д – ЗВ” для діапазону густин струму нижче 40 А/мм2 визначено шляхом розрахунку залежно від діаметра електродного дроту.

Для експериментальних досліджень виготовлено спеціальний пост автоматичного зварювання, що забезпечує отримання комбінованої зовнішньої характеристики джерела живлення (ЗХДЖ), й використано комп’ютерну реєстрацію осцилограм зварювального струму й напруги. У якості критерію стабільності процесу прийнято неперервність процесу горіння дуги, що оцінюється за осцилограмами струму й напруги як у статичному режимі, так і при впливові технологічних збурювань. Для встановлення впливу режимів зварювання на розміри наплавленого валика, отримання відповідних залежностей та оцінки їхньої адекватності застосовано метод регресійного аналізу.

Дослідження якості зварювання проведено з використанням методів металографічного аналізу, вимірюванням розмірів швів, випробуваннями механічних властивостей зварних з’єднань і порівнянням отриманих даних із результатами інших авторів.

Усі дослідження проводились на конструкційних низьколегованих сталях, які використовують у судно- й машинобудуванні.

Наукова новизна отриманих результатів. 

  1.  Уперше в роботі теоретично досліджені енергетичні й динамічні параметри системи “ДЖ – Д – ЗВ” в діапазоні струмів густиною j = 40…15 А/мм2 при автоматичному зварюванні з саморегулюванням дуги під флюсом АН – 348 А електродним дротом діаметром 2 – 5 мм.
  2.  Встановлено, що при переході режиму зварювання в область густини струму j = 40…15 А/мм2  відбувається зміна енергетичних параметрів системи “ДЖ – Д – ЗВ” внаслідок переходу дугового процесу в режим вільно розширюваної дуги, кут нахилу статичної характеристики саморегулювання дуги (СХСД) зростає з 0,025 до  0,25 В/А, а диференціальний опір зварювальної дуги знижується з       + 0,04 до – 0,04 В/А, що погіршує статичну стійкість системи “ДЖ – Д – ЗВ” і понижує інтенсивність саморегулювання дуги.
  3.  Отримав подальший розвиток спосіб стабілізації системи       «ДЖ – Д – ЗВ» шляхом зміни напруги й опору зварювального кола з використанням комбінованої вольт-амперної характеристики джерела живлення; жорстка частина характеристики забезпечує достатність саморегулювання, крутоспадна – запас статичної стійкості.
  4.  Уперше визначено мінімальну сили струму автоматичного зварювання під флюсом електродним дротом діаметром  2 – 5 мм для комбінованої ЗХДЖ, що дозволяє отримати якісні з’єднання; мінімально досягнута при цьому густина струму, яка забезпечує стійкість процесу зварювання, знижується пропорційно до збільшення діаметру електрода й становить відповідно для електрода діаметром   2 мм   j = 38,2 А/мм2, для електрода діаметром  5 мм  j = 15,3 А/мм2.
  5.  На підставі отриманих автором рівнянь регресії встановлені залежності між параметрами режиму зварювання й розмірами шва, які розширюють діапазон відомих закономірностей в область струмів малої густини.

В результаті виконаної роботи теоретично і експериментально доведена можливість автоматичного дугового зварювання з саморегулюванням дуги під флюсом електродним дротом діаметром  2 – 5 мм струмами малої густини, що розширює технологічні можливості цього способу зварювання й забезпечує підвищення якості й зниження затрат при виробництві й ремонті зварних виробів.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій. Обґрунтованість отриманих результатів підтверджується ретельним аналізом наукових робіт в цій галузі. Достовірність результатів досліджень забезпечено коректністю використаних методик, достатнім збігом результатів теоретичних і експериментальних досліджень, достатньою точністю експериментальних даних, їхньою математично-статистичною обробкою, а також впровадженням розробок у виробництво.

Наукове значення роботи полягає у розкритті механізму стабілізації зварювального процесу й розмірів зварного шва, тобто в забезпеченні стабільності якості зварного з’єднання конструкційних сталей при зварюванні на режимах із малою густиною струму.

Практичне значення отриманих результатів полягає у визначенні можливості зварювання конструкційних сталей під флюсом автоматами з постійною швидкістю подачі електродного дроту діаметром 2 – 5 мм на струмах густиною j = 40…15 А/мм2 відповідно, розробки конкретних технологій та обладнання для зварювання й наплавлення й впровадження результатів роботи у виробництво.

Впровадження результатів роботи. Результати роботи впроваджено на підприємстві “МК МОНТАЖ ” (м. Кр. Ріг), ВАТ «ВАДАН ЯРДС Океан» (м. Миколаїв), а також на вагоноремонтних підприємствах «Укрзалізниці». В результаті впровадження технології та обладнання досягається зниження на 8 – 10 % витрат на придбання електродного дроту внаслідок заміни тонкого дроту більш дешевим товстим, а також зниження технологічної собівартості зварювання 1 пог. м шва на 5,2 грн. (12 %) (“МК МОНТАЖ”). Матеріали дисертаційної роботи використовуються в навчальному процесі Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова.

 Особистий внесок автора полягає в дослідженні параметрів системи «ДЖ – Д – ЗВ» в діапазоні малих густин струму, розробленні спеціального зварювального поста для зварювання на режимах із малою густиною струму й аналізі отриманих результатів. Під керівництвом і за безпосередньої участі автора розроблено методику й здійснені експериментальні дослідження впливу технологічних параметрів на розміри шва й визначена мінімальна технологічна величина зварювального струму. Автор розробив технологію зварювання та наплавлення конструкційних сталей при виготовленні суднобудівних конструкцій та відновленні наплавленням зношенних поверхонь коліс вантажних залізничних вагонів, а також обладнання для зварювання на режимах із малою густиною струму.

Апробація результатів дослідження. Матеріали дисертаційної роботи були оприлюднені в якості доповідей та обговорені на конференціях: Регіональній науково-практичній конференції, присвячений 45-річчю кафедри зварювального виробництва НУК "Зварювальне виробництво й технічний прогрес", 1 – 4 грудня 2004 г., м. Миколаїв; Міжнародній науково-методичній конференції «Автоматизація суднобудівного виробництва й підготовка інженерних кадрів: стан, проблеми, перспективи», 26 – 27 червня 2007 р., м. Миколаїв; Міжнародній конференції «Зварювання й споріднені технології у третє тисячоліття», 24 – 26 листопада 2008 р., м. Київ; та на наукових конференціях НУК.

Публікації. За темою дисертації надруковано дванадцять наукових робіт, із яких 7 статей у виданнях, що входять до Переліку ВАК (2 без співавторів), 1 стаття у збірнику матеріалів конференції, 2 тези доповідей, отримано 2 патенти України на корисну модель.

Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, п’яти розділів, висновків, 5 додатків, переліку використаної літератури, що налічує 110 позицій. Робота викладена на 126 сторінках машинописного тексту, вміщує 27 таблиць і 42 ілюстрації.

Вступ містить обґрунтування актуальності роботи, формулювання мети й завдань досліджень, наукових результатів і їх практичного значення, дані про зв’язки роботи з науковими темами й особистий внесок здобувача.

Перший розділ присвячено аналізу сучасного стану автоматичного зварювання під флюсом конструкційних сталей. Розглянуто проблеми технології автоматичного зварювання під флюсом для електродного дроту діаметром 2 – 5 мм при виконанні зварювання в щілинний зазор і наплавлювальних роботах. Встановлено, що обмеження щодо застосування дротів великого діаметру пов’язані зі складністю забезпечення стійкого горіння дуги при переході до режимів з малою густиною струму. При цьому заміна електродного дроту діаметром 2 – 3 мм на дріт діаметром 4 – 5 мм при незмінних швидкості зварювання, напруги та сили струму дуги забезпечує зниження витрат на зварювальні матеріали на 10…14 % і тому сприяє удосконаленню технології виготовлення зварних полотен та ремонту зношених деталей машин. Реалізація такої технології можлива при зниженні струму в дузі нижче 40 А/мм2.

Показано, що перехід до режимів з малою густиною струму дозволяє прогнозувати зниження тиску дуги на зварювальну ванну й збільшення тривкості струмоведучих наконечників.

Розглянуті основні технологічні фактори, що впливають на стабільність дугового процесу при зварюванні струмом малої густини, й показано необхідність дослідження умов стійкості системи “ДЖ – Д – ЗВ” у статичному стані і в умовах впливу технологічних збурень. Встановлено, що автоматичному зварюванню під флюсом за густини струму менше, ніж 40 А/мм2 відповідає перехід параметрів дуги в область ниспадної частини СХД.

Наприкінці розділу сформульовано мету й завдання роботи.

У другому розділі теоретично досліджено параметри, що визначають стійкість дугового процесу при зварюванні струмом малої густини. Встановлено умови забезпечення стабільного дугового процесу, а саме:

  •  система «ДЖ – Д – ЗВ» має бути статично стійкою, що відповідає позитивній величині коефіцієнту динамічної стійкості, тобто                   Ку = (dUд/dIdUип/dI) > 0 для запобігання обриву дуги при збільшенні її довжини;
  •  інтенсивність саморегулювання дуги (СД) має бути достатньою при екстремальній зміні довжини дуги під впливом технологічних збурень.

Для аналізу забезпечення умов стабільного процесу досліджено параметри, що відображають стан системи: диференціальний опір дуги – dUд/dI та постійну саморегулювання дуги – qс.

Автором на підставі методики побудови СХД, запропонованої В. І. Дятловим, розраховано, з використанням MS Excel, і отримано апроксимаційні залежності dUд/dI. Встановлено, що внаслідок переходу параметрів дугового процесу в область ниспадної частини СХД диференціальний опір дуги знижується з dUд/dI = + 0,04 В/А до    dUд/dI = – 0,04 В/А, що негативно впливає на статичну стійкість системи «ДЖ – Д – ЗВ». Динамічна характеристика системи – постійна саморегулювання дуги – розраховується за формулою:                                   

де Eс  напруга електричного поля стовпа дуги; γ – густина електродного металу; dKп/dI – визначена графічно й апроксимована поліномами у вигляді квадратних тричленів.

Встановлено, що при зварюванні на режимах в діапазоні сили струму 100…800 А постійна саморегулювання qс збільшується більше, як у 4 рази (з 0,3 мкс до 1,4 мкс), що засвідчує зниження якості саморегулювання дуги. Спільна дія зазначених енергетичних і динамічних параметрів негативно впливає на стабільність зварювального процесу й обмежує застосування автоматичного зварювання в діапазоні малих густин струму.

У результаті дослідження дугового процесу встановлено, що збільшення кута нахилу ВАХ ДЖ до dUип/dI = -0,04В/А призводить до недостатності процесу СД для дротів діаметром менше ніж 4 мм; для дроту діаметром 5 мм, такий граничний кут нахилу забезпечує необхідну інтенсивність СД. Подальше збільшення кута нахилу ВАХ ДЖ призводить до недостатньої інтенсивності процесів СД. Запас статичної стійкості системи зростає зі збільшенням напруги холостого ходу ДЖ; максимальний запас статичної стійкості система має при застосуванні джерел з крутоспадними ВАХ.

Співставлення отриманих результатів із результатами досліджень, виконаних в ІЕЗ ім. Є.О. Патона, дозволило сформулювати вимоги до системи «ДЖ – Д – ЗВ» для отримання стабільного процесу: при збуреннях, що спричиняють зменшення довжини дуги, необхідна висока інтенсивність СД, що відповідає зменшенню значення qс; при збуреннях, що спричиняють збільшення довжини дуги, необхідна висока статична стійкість системи, що забезпечує збільшення коефіцієнта Ку. Виконання зазначених умов може бути досягнуто шляхом впливу на напругу й опір зварювального кола, тобто формування відповідної комбінованої ВАХ ДЖ. Запропонований Б. Е. Патоном, В. К. Лебедєвим та В. С. Сидоруком  спосіб дугового зварювання з імпульсним саморегулюванням довжини дуги має комбіновану ВАХ ДЖ, яка відповідає таким умовам (рис. 1). Тоді, під час дії технологічних збурень на систему з малою середньозваженою густиною струму:                                                        1. Крутоспадна частина ВАХ ДЖ забезпечуватиме достатню статичну стійкість системи, а висока ( 80 В) напруга холостого ходу ДЖ гарантуватиме безперервність горіння дуги при  збуреннях, що спричиняють подовження дуги. Саморегулювання довжини дуги на крутоспадній гілці ВАХ здійснюватиметься за напругою.

2. Жорстка частина ВАХ ДЖ забезпечуватиме високу інтенсивність процесу саморегулювання при скороченні дуги. Для цього напруга жорсткої частини ВАХ ДЖ повинна бути не менше, ніж 22 В для забезпечення безперервності процесу горіння дуги.

У результаті аналізу взаємодії СХД та ВАХ ДЖ за наявності збурень, що спричиняють зміну довжини дуги, теоретично доведено можливість здійснення стабільного процесу автоматичного зварювання під флюсом середньозваженим струмом малої густини.

У третьому розділі описано методику експериментальних досліджень технології автоматичного зварювання під флюсом струмом малої густини. Методика передбачає оцінку умов безперервності горіння дуги й якісного формування шва при впливові примусових екстремальних технологічних збурень, шляхом реєстрації осцилограм струму й напруги за допомогою електронного осцилографа IRIS. Розроблено спеціалізований зварювальний пост для формування комбінованої ВАХ ДЖ із стандартного обладнання: випрямлячів ВДУ25 1202 (жорстка частина ВАХ), ВДМ25 630 з блоком баластних реостатів ББР-1200 (крутоспадна частина ВАХ) та зварювального трактора ТС – 77. Пост дозволяє виконувати зварювання струмом з мінімальною густиною j = 15,3 А/мм2. Дослідження проводили на зразках зі сталі Ст. 3 шляхом наплавлення валиків на пластини з розташованим повздовжним прямокутним пазом  завширшки  50 мм  і  завглибшки  5 мм  (рис. 2) дротом Св-08А діаметром 4 мм під флюсом ОСЦ-45. Встановлено, що стабілізація довжини дуги й зварювальних параметрів після примусової екстремальної  зміни довжини дуги проходять без обриву дуги й переривань зварювального процесу.

Експериментально визначено мінімальну середньозважену силу струму (густину струму) автоматичного зварювання під флюсом конструкційних сталей для електродного дроту діаметром        dе =  2 – 5 мм (табл. 1).

Встановлено, що зварювання на режимах з мінімальними параметрами забезпечує стабільність розмірів шва згідно з вимогам ГОСТ8713 – 79. Подальше зменшення густини струму призводить до порушення стабільності процесу. Ознаками порушення стабільності процесу є переривання процесу горіння дуги, що реєструється за осцилограмами струму й напруги та зміна ширини шва більше, як на  30 %.

У четвертому розділі наведені результати дослідження й розроблення технологічних режимів автоматичного зварювання під флюсом струмом малої густини стикових з’єднань конструкційних суднобудівних сталей типу 09Г2 і відновлювального наплавлення на сталь типу 65Г.

Показано, що при зварюванні струмом малої густини в щілинний зазор з використанням комбінованої ВАХ ДЖ для виконання першого шва виключаються характерні дефекти формування шва – несплавлення по кромці та протікання зварювальної ванни. Струм малої густини знижує тиск на зварювальну ванну, а комбінована ВАХ ДЖ обумовлює високу еластичність дуги.  Розроблено технологічні режими зварювання у щілинний зазор листів завтовшки 16 … 22 мм, що забезпечують виконання вимог, які висуваються нормативними документами до будівельних (СниП III-18-75) і суднокорпусних (DNV, LR, GL, МРС) конструкцій щодо розмірів шва та механічних властивостей зварного з’єднання.

Металографічні дослідження засвідчили, що метал шва має ферито-перлітну структуру, протяжність зони термічного впливу   4…6 мм. Встановлено також, що зварювання струмом малої густини першого проходу шва у щілинний зазор забезпечує сприятливі значення коефіцієнта форми шва і, як показано в дослідженнях Г. А. Бельчука, знижує концентрацію напружень у місці переходу наплавленого металу до основного.

За результатами досліджень впливу параметрів зварювання на розміри наплавленого валика отримано регресійні залежності для розрахунку режимів наплавлення зношених поверхонь деталей машин:

для глибини проплавлення h, мм:

h = - 0,0066 Vзв + 0,0088 Iзв + 0,027 dе – 0,57

для ширины валика b, мм:

b = - 0,19 Vзв + 0,0059 Iзв + 0,966 dе + 13,66

для висоти валика e, мм: 

e = - 0,054 Vзв - 0,0035 Iзв + 0,55 dе – 2,88

для частки участі основного металу в металі шва n, %:

n =  - 0,0005Vзв + 0,00025Iзв  – 0,0025dе  + 0,475

де Vзвшвидкість зварювання; Iзвструм зварювання; dе – діаметр електродного дроту; n = F0 / (F0 + Fн). Тут F0 – площа проплавлення основного металу; Fн – площа наплавленого металу. 

Отримані дані задовільно корелюють з даними інших авторів для густини струму більше, ніж 40…50 А / мм2 (рис. 4). 

З метою розроблення оптимальної технології наплавлення при відновленні зношених поверхонь деталей машин виконано оцінку впливу мінімально допустимої густини струму зварювання на структуру, механічні властивості наплавленого металу та розміри шва

при заміні электродного дроту діаметром 2 мм на дріт діаметром 4 мм при збереженні незмінними решти параметрів режиму (Vзв; Iзв; Uд). Порівняння технологій проводили за результатами дослідного послідовного наплавлення двох валиків зі зміщенням на крок по попередньо підігрітому до Т = 250…300 °С металлу (рис. 5). 

Наплавлення валиків виконували на зразки із сталі 65Г дротом Св - 08ХМ діаметром 4 мм під флюсом АН-348А на режимі: сила струму     Iн = 220…230 А (j = 17,5…18,3 А/мм2), напруга на дузі Uд = 31…32 В, швидкість наплавлення Vн = 24 м/г. Порівняльний аналіз мікроструктури показав, що діаметр дроту практично не впливає на структуру металу в зоні наплавлення.

У п’ятому розділі описано дослідно-промислове впровадження розробленої технології та обладнання для зварювання й наплавлення струмом малої густини. Розроблена технологія автоматичного зварювання під флюсом у щілинний зазор струмом малої густини з використанням ДЖ ВДУ25 1202 з комбінованою регульованою ВАХ реалізована на підприємстві “МК Монтаж” (м. Кр. Ріг) при виготовленні зварних сталевих полотен завтовшки 16 – 25 мм для будівельних металоконструкцій, а також на ВАТ “ВАДАН ЯРДС Океан” (м. Миколаїв) при виготовленні великогабаритних полотен для суднокорпусних секцій. Розроблені обладнання й спосіб зварювання струмом малої густини захищені патентами України на корисні моделі. Удосконалена промислова технологія автоматичного зварювання у щілинний зазор великогабаритних сталевих полотен на рекомендованих режимах з малою густиною струму (табл. 2) забезпечує зниження витрат на придбання електродного дроту на         8 – 10 % і зниження технологічної собівартості зварювання на           5,3 грн./м (12%). Технологія включена до стандарту підприємства “МК МОНТАЖ” СТп 567 – 08/03.

 Таблиця 2.  

Режим зварювання першого проходу струмом малої густини

Діаметр электрода, мм

Зварювальний струм, А

Густина струму, А/мм2

Напруга зварювання, В

Швидкість зварювання 

V, м/г

5

400…450

20,4…20,9

31…32

20…25

 

 Розроблені режими (табл. 3) і технологія послідовного автоматичного наплавлення струмами малої густини гребнів колесних пар із використанням розробленого випрямляча ВДУ25 630 впроваджена на підприємствах «Укрзалізниці».

Таблиця 3.

Параметри дводугового наплавлення струмом малої густини

Діаметр електродного дроту, мм

4,0

Напруга на дузі, В

3034

Сила струму (густина струму), А (А/мм2)

на першій дузі

на другій дузі

220 … 230 (17,5)

300 … 330 (25)

Швидкість наплавлення, м/г

24 … 25

Гранична відстань між осями електродів, мм

55±1

Поперечне зміщення між осями электродів, мм

3±0,5

Температура гребня колесної пари перед наплавленням, не менше, як, °С

200

ВИСНОВКИ

При виконанні зварювання під флюсом автоматами з постійною швидкістю подачі електродного дроту, що використовують саморегулювання дуги, існують граничні значення струму (густини струму), нижче яких процеси стабілізації заданого режиму зварювання неприпустимо затягуються і стійкість горіння дуги стає недостатньою для отримання якісних зварних з’єднань.

У дисертаційній роботі вперше теоретично досліджено енергетичні й динамічні параметри системи “джерело живлення – дуга – зварювальна ванна” (ДЖ – Д – ЗВ) в діапазоні струмів густиною 40…15 А/мм2 при автоматичному зварюванні з саморегулюванням дуги під флюсом АН – 348 А електродним дротом діаметром                2 – 5 мм. Використання перевірених (достовірних) методик розрахунку і збіг отриманих висновків з експериментом підтверджує адекватність отриманих даних.

Встановлено, що при переході параметрів дугового процесу в область ниспадної частини статичної характеристики дуги (СХД) диференціальний опір зварювальної дуги понижується з + 0,04 В/А до  – 0,04 В/А. При цьому кут нахилу статичної характеристики саморегулювання дуги (СХСД) зростає з 0,025 В/А до 0,25 В/А, постійна саморегулювання дуги збільшується більше, як у 4 рази (з   0,3 мкс до 1,4 мкс). У діапазоні сили струму   100 … 800 А така зміна зазначених енергетичних і динамічних параметрів негативно впливає на стабільність зварювального процесу й обмежує сферу застосування автоматичного зварювання.

 Теоретично й експериментально доведено можливість здійснення стабільного процесу автоматичного зварювання під флюсом електродним дротом діаметром 2 – 5 мм на режимах зі струмом середньозваженою густиною менше, ніж 40 А/мм2 шляхом застосування комбінованої ВАХ джерела живлення, що складається з крутоспадної та жорсткої частин. Комбінована ВАХ джерела живлення забезпечує стабільний процес автоматичного зварювання конструкційних сталей за впливу технологічних збурень, що викликають екстремальні зміни довжини дуги. Мінімальна робоча напруга жорсткої частини ВАХ джерела має бути не менше, ніж 22 В, а напруга холостого ходу Uхх = 80 В. Запропоновано спосіб формування комбінованої регульованої ВАХ джерела живлення з використанням стандартного обладнання та розроблено склад поста для автоматичного зварювання під флюсом струмом малої густини.

Визначена мінімальна густина струму для електродного дроту діаметром 2 – 5 мм при автоматичному зварюванні під флюсом на вису і наплавленні зношених поверхонь виробів із конструкційних сталей. Для електрода діаметром 2 мм вона становить    j = 38,2 А/мм2, для електрода діаметром 5 мм  j = 15,3 А/мм2.

Встановлено, що при зварюванні конструкційних сталей струмом середньозваженою густиною менше 40 А/мм2 зі збільшенням діаметра електродного дроту при незмінних швидкості наплавлення, напруги та сили струму дуги глибина проплавлення основного металу зменшується на 20…25%, ширина наплавленого валика зростає на 5…10%. Отримані регресійні залежності розмірів шва від параметрів режиму зварювання можуть слугувати підґрунтям для розроблення технології наплавлювальних робіт.

Металографічні дослідження підтвердили підвищення  якості з’єднання, отриманого  за технологією зварювання у щілинний зазор з виконанням першого проходу струмом малої густини. Розроблено технологічні режими зварювання у щілинний зазор для полотен будівельних і суднових корпусних конструкцій завтовшки 16…22 мм, що відповідають вимогам галузевих нормативних документів, які регламентують розміри шва й механічні властивості зварного з’єднання.

Зварювання у щілинний зазор полотен на режимах з малою густиною струму забезпечує зниження на 8 – 10 % витрат на придбання електродного дроту, а також зниження на 5,2 грн./м (12 %) технологічної собівартості зварювання. Обладнання впроваджено на підприємстві “МК МОНТАЖ ” м. Кр. Ріг, а технологія включена до СТп 567 – 08/03.

Висока стабільність зварювального процесу середньозваженим струмом малої густини за рахунок комбінованої ВАХ джерела живлення дозволила застосувати при ремонтному дводуговому наплавленні під флюсом гребнів колесних пар вантажних залізничних вагонів замість електродного дроту діаметром 2 мм дріт діаметром 4 мм і тим самим скоротити витрати на закупівлю зварювальних матеріалів на    14 %. Технологія наплавлення запроваджена на підприємствах «Укрзалізниці» і забезпечує твердість наплавленого металу, яка не перешкоджає подальшому механічному обробленню відновлених гребнів колесної пари та відповідає вимогам “Инструкции по осмотру, освидетельствованию, ремонту и формированию вагонных колёсных пар” ЦВ/3429.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗДОБУВАЧА

1. Ярос Ю.А. Обеспечение  стабильности процесса сварки под флюсом  при малой плотности  тока/ С.В. Драган, Ю.А. Ярос // Автоматическая сварка.  –  2008. – № 1 (657). – С. 32-36.

2. Ярос Ю.А. Технология автоматической сварки и наплавки под флюсом током малой плотности / С.В. Драган, Ю.А. Ярос, А.А. Ярос // Автоматическая сварка. – 2009. –  № 8 (676). – С. 17 – 22.

3. Ярос Ю.А. Структура и свойства стали 65Г при автоматической наплавке током малой плотности проволокой Св – 08ХМ / Ю.А. Ярос // Зб. наук. праць НУК. – Миколаїв: НУК. – 2007. – № 2 (413). – С. 66.

4.  Ярос Ю.А. Выбор внешней характеристики источника питания для автоматической сварки и наплавки под флюсом током малой плотности / Ю.А. Ярос // Проблемы техники: Научно – проиводственный журнал. – 2008. – № 4. – С. 80 – 86.

5. Ярос Ю.А. Устойчивость  саморегулирования дуги при  изменении угла наклона   внешней  вольт – амперной  характеристики  тиристорного  выпрямителя / С.В. Драган, Ю.А. Ярос, М.И. Вертелецкий // Зб. наук. праць НУК. – Миколаїв: НУК. – 2004. – № 3 (396). – С. 47-53.

6. Ярос Ю.А. Обеспечение устойчивости сварочной дуги с малой плотностью тока при воздействии технологических возмущений / С.В. Драган, Ю.А. Ярос, И.В. Симутенков // Зб. наук. праць НУК. – Миколаїв: НУК. – 2007. – № 6 (417). – С. 74 – 80.

7. Ярос Ю.А. Источники питания с комбинированной вольт - амперной характеристикой для дуговой наплавки током  малой плотности / С.В. Драган, Ю.А. Ярос, И.В. Симутенков // Зб. наук. праць НУК. – Миколаїв: НУК. – 2007. – № 3 (408). – С. 57 – 63.

8. Деклараційний патент на корисну модель UA 30841 U. Спосіб електродугового наплавлення під флюсом / Драган С. В., Ярос Ю.О., Ярос О.О., Галь А.Ф.; заявник та патентовласник Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, науково – виробнича фірма “АМІТІ”. – № u 2007 13531; заявл. 03.12.2007; опубл. 11.03.2008 Бюл. – № 5.

9. Деклараційний патент на корисну модель UA 30840 U. Випрямляч для дугового зварювання та наплавлення  під флюсом / Драган С. В., Ярос Ю.О., Ярос О.О., Галь А.Ф.; заявник та патентовласник Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, науково – виробнича фірма “АМІТІ”. – № u 2007 13530; заявл. 03.12.2007; опубл. 11.03.2008 Бюл. – № 5.

10. Ярос Ю.А. Стабильность  саморегулирования дуги под флюсом при  сварке  и наплавке на средних  плотностях тока / С.В. Драган, Ю.А. Ярос,  И.В. Симутенков // Материалы Региональной научно-практической конференции посвященной 45-летию кафедры сварочного производства НУК "Сварочное производство и технический прогресс". 1-4 декабря. – Николаев. – 2004. – С. 92 – 93.

11. Ярос Ю.А. Обеспечение стабильности процессов автоматической сварки  и наплавки при  воздействии  технологических возмущений / С.В. Драган, Ю.А. Ярос  // Материалы  международной научно-методической конференции “Автоматизация судостроительного  производства и подготовка  инженерных кадров: состояние, проблемы, перспективы”. 26-27 июня. – Николаев. – 2007. – С. 88 – 91.

12. Ярос Ю.А. Автоматическая сварка под флюсом током  плотностью менее 40 А/мм2 / С.В. Драган, Ю.А. Ярос, И.В. Симутенков // “Сборник тезисов стендовых докладов международной конференции «Сварка и родственные технологии в третье тысячелетие”. 24 – 26 ноября. – Киев. – 2008. – С. 69.

АННОТАЦИЯ

Ярос Ю.А. "Разработка технологии автоматической сварки и наплавки под флюсом конструкционных сталей током малой плотности". – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.06 – Сварка и родственные процессы и технологии. Национальный университет кораблестроения имени адмирал Макарова Министерства образования и науки Украины, Николаев, 2010г.

Диссертационная работа посвящена разработке технологии автоматической сварки и наплавки под флюсом малоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей (на примере Ст.3, 09Г2 и 65Г) током малой плотности (15 … 40 А/мм2).

Для исследований был разработан специализированный пост для автоматической сварки и наплавки под флюсом током малой плотности с регистрацией параметров режима с помощью электронного осцилографа.

Исследовано влияние энергетических (угол наклона СХД (dUд/dI) и СХСД (Кдс)) и динамических (постоянная времени дуги q и постоянная саморегулирования дуги qс) параметров системы “ИП – Д – СВ”, на стабильность автоматической сварки под флюсом. Установлено, что при плотности тока ниже соответствующей восходящей части СХД стабильность процесса сварки нарушается.

Стабилизация процесса возможна путем воздействия на напряжение и сопротивление сварочной цепи – создания комбинированной ВАХ ИП, состоящей из крутопадающей части с высоким напряжением холостого хода (Uхх = 80 В), определяющим запас статической устойчивости и высокую эластичность дуги, и жесткой части, обеспечивающей минимальное напряжение горения дуги (U = 22 В) и высокую интенсивность саморегулирования. Предложена комбинированная ВАХ ИП, которая обеспечивает необходимые статические и динамические условия для стабильного процесса автоматической сварки на режимах с плотностью тока 40…15 А/мм2.

Высокая эластичность и минимальное давление дуги при сварке на малой плотности тока с применением комбинированной ВАХ ИП позволяют исключить дефекты, характерные для стандартной технологии сварки в щелевой зазор. Разработаны режимы сварки в щелевой зазор с плотностью тока при первом проходе  j = 20,4 А/мм2, удовлетворяющие требованиям нормативных документов.

Получены регрессионные зависимости размеров шва от параметров режима сварки, которые служат основой для разработки технологии наплавочных работ при плотности тока 40…15 А/мм2. Экспериментально доказана возможность выполнения автоматической наплавки под флюсом на сталь 65Г током малой плотности  для восстановления изношенных реборд колесных пар железнодорожных грузовых вагонов. Применение последовательной наплавки двумя электродными проволоками диаметром     4 мм позволяет получить свойства наплавленного металла, удовлетворяющие требованиям дальнейшей механической обработки  поверхности и условиям эксплуатации колесной пары.

Результаты исследований внедрены на предприятии “МК Монтаж”, ОАО “ВАДАН ЯРДС Океан” и на ремонтных предприятиях “Укрзалізниці.

Ключевые слова: автоматическая сварка под флюсом, конструкционная сталь, малая плотность тока, стабильность процесса, комбинированная характеристика, размеры шва, восстановление наплавкой.

АНОТАЦІЯ

Ярос Ю.О. "Розробка технології автоматичного зварювання та наплавлення під флюсом конструкційних сталей струмом малої густини ". – Рукопис.

Дисертаційна робота на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.06 – Зварювання та споріднені процеси і технології. Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова Міністерства освіти і науки України, Миколаїв, 2010р.

Дисертаційна робота присвячена розробці технології автоматичного зварювання та наплавлення під флюсом маловуглецевих й низьколегованих сталей (на прикладі Ст.3, 09Г2 и 65Г) струмом малої густини (15 … 40 А/мм2).

Досліджено вплив енергетичних (кут нахилу СХД (dUд/dI) та СХСД (Кдс)) й динамічних (постійна часу дуги q та постійна саморегулювання дуги qс) параметрів системи "джерело живлення – дуга – зварювальна ванна" (ДЖ – Д – ЗВ) на стабільність автоматичного зварювання під флюсом.

Стабілізація процесу досягається шляхом впливу на напругу й опір зварювального кола – формуванням комбінованої ВАХ ДЖ, що складається з крутоспадної частини з високою  напругою холостого ходу  (Uхх = 80 В),  яка забезпечує запас статичної стійкості системи й високу еластичність дуги,  та жорсткої частини, яка забезпечує мінімальну напругу горіння дуги (U = 22 В) й високу інтенсивність саморегулювання.

Розроблено режими зварювання у щілинний зазор при виконанні першого шва струмом малої густини. Розміри шва й механічні властивості зварного з’єднання відповідають вимогам нормативних документів.

Експериментально доведено можливість здійснення автоматичного наплавлення під флюсом на сталь 65Г струмами малої густини для відновлення зношених гребнів колесних пар залізничних вантажних вагонів. Застосування послідовного наплавлення двома електродними дротами діаметром 4 мм дозволяє отримати властивості наплавленого металу, які відповідають вимогам подальшого механічного оброблення поверхні та умовам експлуатації колесної пари.

Ключові слова: автоматичне зварювання під флюсом, конструкційна сталь, мала густина струму, стабільність процесу, комбінована характеристика, розміри шва, відновлення наплавленням.

ANNOTATION

Yaros Yu.A. «Technology of automatic submerged-arc welding and cladding by low-density current development». – Manuscript.

The thesis for the degree of candidate of technical sciences, on specialty 05.03.06 - Welding and allied processes and technology. National University of Shipbuilding named after Admiral Makarov Ministry of Education and Science of Ukraine, Nikolaev, 2010.

The thesis is devoted to the development of automatic submerged-arc welding and cladding technology by low carbon and low alloy structural steels (Ст.3, 09Г2 and 65Г) low density current (15 ... 40 A/mm2).

The stabilization process is possible by acting on voltage and resistance by welding circuit – creating of combined CVC WS, which consists of steeply falling part with the high open-circuit voltage          (Uoc = 80 V), determining the margin of static stability and high elasticity of the arc and stiff part providing minimum voltage of arc burning (U = 22 V) and high intensity of self-regulation. The proposed combined CVC WS provides the necessary static and dynamic conditions for a stable process of automatic welding modes with current density 40 ... 15 A/mm2.

The modes of welding in the slot-hole backlash with the current density on the first run j = 20,4 A/mm2 satisfying the requirements of normative documents regulating the size of weld seam and mechanical properties of welded joint.

Experimentally proved the possibility of the automatic cladding on steel 65G by low density current to restore the worn flange wheel sets of railway freight cars. The application of sequential cladding by two electrode wires with 4 mm diameter allows to get the properties of the cladded metal which will satisfy the requirements of further mechanical surface treatment and operating conditions of the wheel set.

Key words: automatic submerged arc welding, structural steel, low density current, the stability of the process, the combined characteristics, the size of the seam, the recovery with cladding.

Свідоцтво про внесення суб’єкта видавничої справи

до Державного реєстру видавців, виготівників і розповсюджувачів

видавничої продукції ДК №2506 від 25.05.2006.

Підписано до друку 02.09.2008. Папір офсетний. Формат 60Х84/16

Гарнітура Таймс. Друк офсетний. Ум. друк. арк. 0,8. Обл.-вид. арк. 0,9.

Тираж 120 прим. Зам. № 262.

Друкарня видавництва Національного університету кораблебудування,

54002, м.Миколаїв, вул. Скороходова, 5


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

42669. Експрес-аналіз фінансової звітності підприємства 77 KB
  Експресаналіз фінансової звітності підприємства складається з наступних етапів: Оцінка фінансової звітності за формальними ознаками. Виявлення проблемних статей звітності. Оцінка фінансової звітності за формальними ознаками.
42672. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ АНАЛОГОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРОННОГО БЛОКА И РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТОВ Я НАГРУЗОК ВСЕХ РАДИОЭЛЕМЕНТОВ БЛОКА 287 KB
  На передней панели БЭ размещен предохранитель элемент сигнализации регулятор выходного напряжения гнезда выходного стабилизированного напряжения. К первичной обмотке трансформатора через разъем и предохранитель подведено напряжение 220В 50Гц а также подключена цепочка сигнализации поданного напряжения. Структурная схема Для транзисторов записать предельно допустимые напряжения Uкэ и предельно допустимый ток коллектора. Ее экспериментально определяют следующим образом измеряют падение напряжения на резисторе вольтметром в вольтах.
42673. Изучение термоэлектрического метода измерения температур. Введение компенсации температуры холодных спаев термопары 101 KB
  Подключаем термопару градуировки ХА к измерительному прибору. Опускаем ее в измеряемую среду. Измеряем термо- ЭДС ЕАВ(tt0’)в соответствии с «Порядком работы с образцовым прибором ПП 63». Результат записываем в таблицу №1 п.1.
42674. Изучение работы жидкостного U – образного манометра и комплекта приборов для измерения давления пневматической ветви ГСП 359.5 KB
  Березники 2003 Цель работы – в процессе выполнения лабораторной работы студенты закрепляют знания по разделам Измерение давления и Дистанционная передача сигнала теоретического курса Технологические измерения и приборы; студенты знакомятся с принципом действия устройством измерительного пневматического преобразователя разности давления 13ДД11 в комплекте с вторичным прибором РПВ4. Величина давления контролируется по Uобразному манометру. измеряем давление на выходе из измерительного преобразователя 13ДД11 по образцовому...
42675. Изучение конструкции и поверки измерительного преобразователя давления типа "Сапфир – 22ДИ" 35.5 KB
  Березники 2003 Цель работы – ознакомиться с принципом действия и конструкцией измерительного преобразователя типа Сапфир–22ДИ; выполнить проверку измерительного преобразователя типа Сапфир–22ДИ; приобрести навыки в определении давления при помощи измерительных преобразователей типа Сапфир. Стенды предназначены для проведения лабораторных работ по поверке автоматического миллиамперметра КСУ–2 в комплекте с преобразователем давления Сапфир–22ДИ. На втором стенде установлены автоматический миллиамперметр КСУ–2 клеммы Миллиамперметр...
42676. Изучение конструкции и поверки вторичного прибора РП160 40.5 KB
  Цель работы – ознакомление с работой измерительной системы измерения температуры в комплекте пирометр сопротивления заменён магазином сопротивления нормирующий преобразователь НП–СЛ вторичный прибор РП160. Порядок проведения работы: Ознакомились со схемой подключения магазина сопротивления нормирующего преобразователя вторичного прибора; Установили магазином сопротивления сопротивление 4171 атм. соответствующее температуре – 50С значение температуры считали по шкале прибора РП160; Рассчитали значение...
42677. Изучение и исследование термоэлектрического метода измерения температур 96 KB
  При этом студенты овладевают методикой поверки автоматического потенциометра КСП4 в комплекте с образцовым потенциометром УПИП–60М градуировки шкалы. магазин сопротивлений R4 R10 и клеммы – для подключения образцового потенциометра УПИП–60М. Поверка автоматического потенциометра КСП4. Для поверки градуировки шкалы автоматического потенциометра КСП4 собирают схему по рисунку.