Главная » 2014»Август»27 » Скачать Исследование и разработка технологии гелиеводуговой сварки неплавящимся электродом тонколистовых элементов из сплавов типа бесплатно
05:04
Скачать Исследование и разработка технологии гелиеводуговой сварки неплавящимся электродом тонколистовых элементов из сплавов типа бесплатно
Исследование и разработка технологии гелиеводуговой сварки неплавящимся электродом тонколистовых элементов из сплавов типа хромаль
Диссертация
Автор: Власов, Сергей Николаевич
Название: Исследование и разработка технологии гелиеводуговой сварки неплавящимся электродом тонколистовых элементов из сплавов типа хромаль
Справка: Власов, Сергей Николаевич. Исследование и разработка технологии гелиеводуговой сварки неплавящимся электродом тонколистовых элементов из сплавов типа хромаль : диссертация кандидата технических наук : 05.03.06 Волгоград, 2004 169 c. : 61 04-5/3825
Объем: 169 стр.
Информация: Волгоград, 2004
Содержание:
Введение
Глава 1 Металлургические, теплофизические и технологические особенности сварки сплавов типа хромаль (литературный обзор)
11 Сплавы системы железо-хром-алюминий и их свариваемость
12 Тепловые процессы при сварке тонколистовых однофазных сплавов на основе железа
121 Влияние термического цикла сварки на структуру металла околошовной зоны сварных соединений
122 Влияние термического цикла сварки на процессы кристаллизации металла сварных швов
13 Технологические аспекты сварки сплавов системы железо-хром-алюминий
131 Анализ способов сварки сплавов типа хромаль
132 Пути и способы повышения тепловой эффективности дуги с неплавящимся электродом
133 Проблемы удаления поверхностных оксидных пленок
134 Вопросы стойкости неплавящихся электродов
Выводы к главе 1
Цель и задачи исследования
Глава 2 Материалы, оборудование и методы исследования
21 Материалы
22 Методы исследования электрофизических свойств дуги
23 Методы исследования тепловых процессов
24 Методы исследования стойкости неплавящихся электродов, структуры и свойств сварных соединений
25 Методы обработки результатов экспериментов
Выводы к главе 2
Глава 3 Исследование электрофизических характеристик и строения малоамперной дуги с неплавящимся электродом в гелии
31 Статические характеристики дуги
32 Приэлектродные падения потенциала
33 Стойкость неплавящихся электродов при сварке малоамперной дугой в гелии
34 Форма и строение столба дуги
Выводы к главе 3
Глава 4 Тепловые процессы при сварке хромалей малоамперной дугой в гелии
41 Энергетические характеристики дуги
42 Термические циклы сварки
43 Влияние тепловых условий процесса сварки на геометрические размеры, структуру и механические свойства сварных соединений 127 Выводы к главе 4
Глава 5 Разработка технологии гелиеводуговой сварки элементов сопротивления ускорителя трамвая
51 Разработка способа сварки в инертных газах с принудительным охлаждением шва и зоны термического влияния
52 Технология восстановления с помощью сварки элементов сопротивления ускорителя трамвая
Выводы к главе 5
Введение:
Прецизионные железохромоалюминиевые сплавы с высоким электрическим сопротивлением типа хромаль применяются в промышленности в качестве материала пусковых, тормозных и регулировочных реостатов в цепях тяговых электродвигателей на электротранспорте, резисторов измерительных приборов, нагревательных элементов промышленных и лабораторных электрических печей, бытовых приборов и аппаратов теплового действия, а также в конструкциях, требующих сочетания высокой жаростойкости с хорошими механическими свойствами, например, кромок воздухозаборников гиперзвуковых реактивных двигателей. Данные сплавы характеризуется более высокими, по сравнению с нихромами, удельным электрическим сопротивлением, жаростойкостью и рабочими температурами, стабильностью электрических характеристик в зависимости от температуры. Кроме того, отсутствие в составе дорогостоящего никеля делает их применение экономически более целесообразным, особенно в узлах оборудования малых и средних предприятий.
Изготовление конструкций, содержащих детали из указанных сплавов, требует в ряде случаев применения сварочных технологий. Кроме того, тяжелые условия эксплуатации (высокие рабочие температуры, большое количество теплосмен, окислительные атмосферы, вибрационные нагрузки на транспорте) приводят к образованию различных дефектов, большинство из которых могут быть исправлены сваркой. Наличие однофазной структуры тройного аз-твердого раствора, не претерпевающей полиморфных превращений при нагреве и охлаждении, обуславливает высокую склонность хромалей к перегреву под воздействием термического цикла сварки, что приводит к резкому снижению механических свойств металла. Помимо этого, плотная поверхностная окисная пленка, состоящая более чем на 98% из оксида алюминия А12Оз, существенно препятствует сплавлению свариваемых кромок, а также является причиной непроваров и неметаллических включений в металле шва. Хромалевые элементы сопротивления чаще всего выполняются в виде ленты толщиной от
0,2 до 3,2 мм, что дополнительно требует учета технологических особенностей сварки тонколистовых материалов. Перечисленные трудности обуславливают в большинстве случаев необходимость полной замены хромалевых деталей при выходе их из строя.
В качестве способа сварки тонколистовых конструкций широкое распространение получила аргонодуговая сварка неплавящимся электродом. По сравнению с другими способами она обладает рядом преимуществ, к которым можно отнести универсальность, высокую технологичность, относительную простоту и доступность оборудования. Однако по концентрации вводимой в свариваемый металл тепловой энергии дуга с неплавящимся электродом в аргоне уступает всем известным сварочным источникам нагрева за исключением газового пламени, что, как показали исследования А.С. Зубченко, Н.И. Каховского, В.Н. Липодаева, М.Х. Шоршорова, К.А. Ющенко и др., крайне неблагоприятно при сварке материалов, обладающих повышенной склонностью к перегреву.
Среди способов повышения сосредоточенности дуги с неплавящимся электродом одним из наиболее перспективных является применение в качестве защитного газа гелия. Гелиеводуговая сварка неплавящимся электродом достаточно широко применяется за рубежом, однако сведения, опубликованные в работах R.A. Cresswell, С.Е. Jackson, J.F. Key и др. весьма ограничены. Работы по изучению процесса гелиеводуговой сварки выполнялись в ИЭС им. Е.О. Па-тона (Д.М. Рабкин, О.Н. Иванова, В.П. Будник, Б.А. Стебловский, Фан Ван Лан и др.). Отдельные особенности процесса гелиеводуговой сварки рассмотрены также в работах А.И. Акулова, И.И. Зарубы, А .Я. Ищенко, В. А. Косовича, И.Е. Лапина, А.Г. Покляцкого, В.Л. Руссо и др.
Однако высказываемые в литературе мнения относительно проплавляющей способности и сосредоточенности дуги в гелии в отдельных своих моментах носят противоречивый характер. Большинство имеющихся данных по гелиеводуговой сварке неплавящимся электродом относятся к сварке алюминия и сплавов на его основе сильноточной (свыше 100 А) дугой. Исследованиями
В.М. Елагина, Ф.И. Кислюка, В.Ф. Гордеева, А.В. Пустогарова, В.А. Букарова и др. показано также, что применение гелия в качестве защитного газа негативно сказывается на стойкости неплавящихся электродов, которая в этом случае зависит от химического состава материала анода.
В связи с изложенным актуальными являются исследования, направленные на разработку технологических процессов сварки малоамперной дугой с неплавящимся электродом в гелии, обеспечивающих высокий уровень механических и эксплуатационных свойств соединений тонколистовых элементов из сплавов типа хромаль.
Цель и задачи работы. Целью диссертационного исследования является разработка научно обоснованной технологии гелиеводуговой сварки тонколистовых элементов сопротивления из сплава хромаль Х23Ю5 на основе исследования свойств малоамперной дуги с неплавящимся электродом в гелии, теп-лофизических и технологических особенностей процесса сварки.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
1. Исследованы электрофизические особенности малоамперной дуги «вольфрам-хромаль Х23Ю5» в гелии;
2. Исследована стойкость неплавящихся электродов различных марок и конструкций при сварке малоамперной дугой в гелии;
3. Исследованы энергетические характеристики малоамперной дуги «вольфрам-хромаль Х23Ю5» в гелии и теплофизические особенности процесса гелиеводуговой сварки тонколистовых сплавов типа хромаль;
4. Изучено влияние параметров режима сварки на структуру и механические свойства сварных соединений и эксплуатационные характеристики сварных элементов сопротивления из сплавов типа хромаль;
5. Определены рациональные режимы сварки и разработана научно обоснованная технология сварки элементов сопротивления.
Научная новизна работы. 1. Установлены взаимосвязи между электрофизическими особенностями горения малоамперной дуги с неплавящимся электродом в гелии и тепловыми условиями в зоне сварки, определяющими, в конечном итоге, прочностные свойства сварных соединений тонколистовых сплавов типа хромаль. При этом применение гелиеводуговой сварки уменьшает степень перегрева и повышает балл зерна металла шва и околошовной зоны, способствует термическому разрушению поверхностной окисной пленки за счет увеличения коэффициента сосредоточенности дуги в 1,9-3,3 раза по сравнению с дугой в аргоне.
2. Показано, что при сварке малоамперной дугой в гелии наблюдается снижение стойкости активированных неплавящихся электродов, проявляющееся в образовании наростов и разрушении рабочих участков, обусловленное изменением физических свойств материала электрода в результате образования многокомпонентных твердых растворов на основе вольфрама, содержащих как входящие в состав электрода, так и испаряющиеся с анода элементы.
3. Впервые показано, что наблюдающийся при увеличении содержания гелия в аргоно-гелиевой смеси до 75-80% скачок напряжения на дуге (до 3 В) обусловлен увеличением не только катодного, но и анодного падения потенциала, который лишь незначительно уступает первому по величине и может достигать 1,0-1,5 В. При этом градиент потенциала в столбе дуги остается практически неизменным.
4. С помощью разработанной методики определения диаметра столба дуги путем поперечного зондирования двойным горизонтальным зондом установлено, что максимальное сжатие столба дуги в гелии имеет место не в непосредственной близости, а на некотором расстоянии от анода. Изменение конструктивных параметров рабочего участка электрода и расхода газа позволяет в широких пределах управлять формой и размерами столба дуги в гелии, влияя на ее сосредоточенность и проплавляющую способность.
Достоверность результатов проведенных исследований, объекты и методы исследования. Объектом исследования являлся хромаль Х23Ю5 — прецизионный железохромоалюминиевый сплав с высоким электрическим сопротивлением. В качестве способов сварки применялись аргоно- и гелиеводу-говая сварка неплавящимся электродом. Основные задачи решались расчетными и экспериментальными методами, базирующимися как на стандартных, так и на вновь разработанных оригинальных методиках. Достоверность полученных в работе результатов подтверждается воспроизводимостью всех основных положений другими исследователями и непротиворечивостью полученных результатов существующим представлениям.
Практическая ценность. На основе проведенных исследований разработаны технологические рекомендации по выбору состава аргоно-гелиевых смесей, позволяющих обеспечить наибольшее тепловложение и сосредоточенность нагрева при сварке сплавов типа хромаль неплавящимся электродом, что способствует получению бездефектных сварных соединений с высокими механическими свойствами. Определены рациональные с точки зрения обеспечения максимальной стойкости конструкции и марки неплавящихся электродов для сварки малоамперной дугой в гелии.
Разработан способ дуговой сварки в защитных газах с принудительным газовым охлаждением шва и зоны термического влияния (решение о выдаче патента РФ по заявке №2002129618), обеспечивающий повышение механических свойств соединений за счет формирования более узких швов с меньшей зоной термического влияния и более благоприятной структурой вследствие интенсивного охлаждения участков зоны термического влияния, непосредственно прилегающих к боковой стороне сварочной ванны, который может применяться для сварки высокохромистых ферритных сталей, коррозионностойких сталей с повышенным содержанием бора, сплавов типа хромаль, дисперсионно твердеющих алюминиевых сплавов и др. материалов, требующих повышенной жесткости термического цикла сварки.
Для МП ПО «Волгоградэлектротранс» разработана технология гелиево-дуговой сварки неплавящимся электродом вышедших из строя элементов сопротивления из сплава Х23Ю5 толщиной 0,8 и 0,9 мм для ускорителя трамвая, позволяющая восстанавливать до 60% элементов с продлением срока их службы не менее чем в 1,8 раза. Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения указанной технологии составляет 197,2 тыс. руб. Доля автора составляет 50%.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях «Слоистые композиционные материалы - 2001», г. Волгоград, 2001 г.; «Современные материалы и технологии - 2002», г. Пенза, 2002; всероссийских научно-технических конференциях «Сварка и контроль - 2001», г. Воронеж,
2001 г.; «Аэрокосмическая техника и высокие технологии - 2002», г. Пермь,
2002 г.; «Сварка на рубеже веков», г. Москва, 2003 г.; «МАТИ — Сварка XXI века», г. Москва, 2003 г.; «Прогрессивные технологии в обучении и производстве», г. Камышин, 2002, 2003 гг.; на VI и VII межвузовских конференциях молодых исследователей Волгограда и Волгоградской области, г. Волгоград, 2001, 2002 гг.; на научных семинарах кафедры «Оборудование и технология сварочного производства» ВолгГТУ, г. Волгоград.
Публикации. По результатам диссертации опубликовано 16 печатных работ, получен патент Российской Федерации. Основные положения, выносимые на защиту, изложены в центральных российских изданиях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и результатов работы, списка использованной литературы и приложения. Она изложена на 170 листах машинного текста, содержит 79 рисунков и 13 таблиц. Список литературы содержит 120 наименований.
