УДК 621.791.55
ВЛИЯНИЕ РАСХОДА ЗАЩИТНОГО ГАЗА НА ФОРМУ НАПЛАВЛЯЕМОГО ВАЛИКА ПРИ ВОССТАНОВЛЕНИИ ИЗНОШЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ
, к. т.н. доцент
, ассистент каф. ТМС
, аспирант ТПУ
(ЮТИ ТПУ, г. Юрга)
Аннотация: Приведены способы управления геометрией наплавляемого валика при наплавке плавящимся электродом. Дана сравнительная оценка геометрических параметров навариваемого валика для наплавки с традиционной (одноструйной) газовой защитой и двухструйной. Расчет коэффициентов характеризующих форму наплавленных валиков подтвердил влияние расхода защитного газа на формирование наплавленного слоя, особенно при двухструйной газовой защите.
Ключевые слова: наплавка, защитный газ, наплавляемый слой, газодинамическое влияние, двухструйная газовая защита.
В настоящее время проблема срока службы деталей машин и агрегатов, их долговечности и надежности приобрела весьма большое значение. Срок службы быстро изнашивающихся деталей определяет рентабельность многих дорогостоящих машин. Современные тенденции интенсификации производственных процессов, увеличения рабочих давлений, скоростей, температуры приводят к ускорению изнашивания деталей, и в сочетании с необходимостью автоматизации производства, делают проблему повышения долговечности быстро изнашиваемых узлов машин ещё более острой [1].
Восстановить деталь можно с помощью наплавки, нанося расплавленный металл на поверхность изделия, нагретую до оплавления или до температуры надежного смачивания жидким наплавленным металлом. Наплавленный металл связан с основным металлом весьма прочно и образует одно целое с изделием. Толщина наплавленного металла, образованного одним или несколькими слоями, может быть различной: 0,5 ... 10 мм и более. [2].
Существуют различные способы наплавки: электродуговая наплавка под слоем флюса, электрошлаковая, вибродуговая, импульсно-дуговая, плазменная, электромагнитная, лазерная, электроконтактная наплавка [3].
Все перечисленные способы обладают определенными преимуществами, но и имеют ряд недостатков, сдерживающих их широкое применение.
В настоящее время наиболее распространённым способом восстановления рабочих поверхностей, является наплавка в среде защитных газов. Процесс характеризует: низкая себестоимость, высокая производительность, возможность формирования наплавленных поверхностей с большим диапазоном свойств. Наплавка в СО2, имеет и недостатки: большие потери электродного материала, снижение усталостной прочности восстанавливаемых деталей. Авторы работ [4-6] предлагают усовершенствовать технологии наплавки. Но для реализации усовершенствованных технологий наплавки необходимо изготовление дорогостоящего оборудования. Что является сдерживающим фактором, ограничивающим широкое применение данных способов.
Наплавка в среде защитных газов характеризуется значительным термическим воздействием на деталь, вследствие чего в наплавленном слое содержится значительная доля основного металла. Необходимые свойства металла наплавленного слоя зависят от его химического состава, который, в свою очередь, определяется составом основного и дополнительного металлов и долями их участия в образовании шва. Влияние основного металла на специальные свойства наплавленного слоя тем меньше, чем меньше его доля в формировании слоя. В большинстве случаев желательно иметь в наплавленном слое состав, максимально приближающийся к составу наплавляемого (присадочного) металла, поэтому необходимо стремиться к минимальному проплавлению основного металла, т. е. к уменьшению доли основного металла в металле шва.
В связи с этим актуальной задачей является разработка технологии управления геометрией наплавляемого валика.
Изучением возможности управления формообразованием шва и ЗТВ при сварке плавящимся электродом занимаются многие ученые. Разработано множество технологий и устройств способствующих управлению формообразованием сварных швов [7]: изменение режимов сварки, наложение импульсов тока, программирование режимов, наложение магнитных полей на сварочную ванну, формирование механических импульсов и вибрации электрода, изменение геометрии электрода, добавление различных химических элементов в состав проволоки, изменение состава защитного газа и т. д. Существуют различные пути управления геометрией шва, но ни один из них не может претендовать на роль универсального подхода к решению проблемы.
Цель работы: определить влияние расхода защитного газа на геометрию наплавляемого валика и оценить коэффициенты характеризующие форму наплавленных валиков.
Известны работы [8-12], в которых успешно применяется двухструйное сварочное сопло для сварки плавящимся электродом в среде защитных газов, обеспечивая высокие механические свойства сварных соединений.
Сварка и наплавка являются родственными процессами. Поэтому стоит предположить, что разработанный способ так же успешно можно применять и для восстановления изношенной поверхности.
Для сравнительной оценки геометрических параметров наплавляемого валика были проведены эксперименты по наплавке с традиционной (одноструйной) газовой защитой и двухструйной. Выполняли наплавку валика на пластину из стали 45 толщиной 10 мм сварочной проволокой Св-08Г2С диаметром 1,2 мм в смеси газов 82% Ar + 18% CO2. Режим сварки: I=195...200 А, вылет электродной проволоки L= 10 мм, расход защитного газа изменяли от 5 до 25 л/мин с шагом 5 л/мин, напряжение дуги U = 25...26 В, скорость сварки V = 5 мм/с. Источники питания Shtorm-Lorch V 50 AC/DС, сварочная установка VD – 1500.
На полученных сварных образцах провели измерение геометрических размеров сварных швов (е – ширина шва, g – усиление шва, h – глубина проплавления). На основании полученных данных произвели расчет коэффициентов характеризующих форму наплавленных валиков: коэффициент формы сварного шва Шф, коэффициент формы проплавления Шпр, коэффициент выпуклости шва Шв.
Таблица 1
Коэффициенты геометрических параметров сварных швов
Расход защитного газа Q, л/мин | Одноструйная газовая защита | Двухструйная газовая защита | ||||
Шф = e / t | Шпр = e / h | Шв = e / g | Шф = e / t | Шпр = e / h | Шв = e / g | |
5 | 1,72 | 3,33 | 3,57 | 1,75 | 3,33 | 3,7 |
10 | 1,69 | 3,33 | 3,44 | 1,92 | 3,66 | 4,07 |
15 | 1,96 | 4 | 3,84 | 2,4 | 5,5 | 4,23 |
20 | 1,92 | 4 | 3,57 | 2,60 | 6 | 4,61 |
25 | 1,92 | 4 | 3,70 | 2,8 | 6,7 | 4,80 |
Значение коэффициента формы шва Шф обычно лежит в пределах от 0,72 до 3. Для обоих способов наплавки данный коэффициент находится в пределах нормы.
Значения коэффициента формы проплавления Шпр должны лежать в диапазоне 0,8–4,0. При большем значении – получаются широкие швы с малой глубиной проплавления. Это является положительным моментом в отношении наплавки.
При сварке с двухструной газовой защитой значения коэффициента формы проплавления Шпр>4 и находятся в пределах от 5,5 до 6,7 при расходе защитного газа Q=15, 20, 25 л/мин. С увеличением расхода газа при двухструйной газовой защите (в условиях данного опыта), уменьшается проплавление основного металла. Этим успешно можно пользоваться на практике, по необходимости регулируя долю основного металла в наплавленном слое.
Значения коэффициента выпуклости Шв должны составлять не более 7–10. Чем меньше значение, тем шов будет более узкий и высокий с резким переходом от основного металла к металлу шва. Для сварки с двухструйной газовой защитой данный коэффициент несколько выше, что характеризует более плавный переход.
По результатам проведенных исследований установлено, что расход защитного газа оказывает существенное влияние на геометрию наплавляемого валика. Расчет коэффициентов характеризующих форму наплавленных валиков подтвердил влияние расхода защитного газа на формирование наплавленного слоя, особенно при двухструйной газовой защите. Газодинамическое управление формообразованием и геометрией сварного шва имеет большое практическое значение и дает возможность повысить качество наплавляемого слоя без дополнительных затрат.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ. № 16-38-00194 мол_а.
Литература:
1. , , Ресурсосбережение в машиностроении // Сельскохозяйственная техника: обслуживание и ремонт. 2014. - № 3. С. 32-41.
2. , , Технология и оборудование сварки плавлением. – Рипол Классик, 2003.
3. аплавка и напыление. – Рипол Классик, 1985.
4. Повышение работоспособности деталей и инструмента наплавкой гетерогенного слоя / , , // Захист металургійних машин від поломок: зб. наук. пр. / ПДТУ. - Маріуполь, 2003. - Вип. 7. - С. 234-237.
5. , Новые возможности ремонтов деталей тяжелой техники импульсно-дуговой сваркой и наплавкой вне ремзаводов // Металлообработка. 2009. №4.С. 16–19.
6. Lebedev V. A., Maksimov S. Yu. Reduction in power consumption and weld quality control in welding using a controllable pulsed feed of electrode wire / International Congress on Advances in Welding Science and Technology for Construction, Energy and ansportation Systems (AWST-2011). 24–25 October 2011.Antalya, Turkey. 371–373 р.
7. Сварка сталей в защитных газах плавящимся электродом. Техника и технология будущего: монография / , ., ; Юргинский технологический институт. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2012. – 208 с.
8. , Современные способы предотвращения негативных явлений в процессе наплавки высокопрочных сталей // V Международная научно-практическая конференция «Инновационные технологии и экономика в машиностроении». – 2014. – С. 32-35.
9. , , Сварка легированных сталей в щелевую разделку без термической обработки //Технология металлов. – 2005. – №. 10. – С. 27-29.
10. Влияние двухслойного кольцевого потока защитных газов на процесс сварки плавящимся электродом //Сварочное производство. – 1996. – №. 4. – С. 6-8.
11. , , Влияние активного защитного газа на распределение тепла в зоне сварки //Тяжелое машиностроение. – 2013. – №. 1. – С. 23-26.
12. , , и др. Применение двухструйных сопловых устройств для сварки в среде защитных газов//Автоматизация и современные технологии. 2003. № 3. С. 12-18.
INFLUENCE SHIELDING GAS ON THE SHAPE OF WELD BEAD IN RESTORATION OF WORN DETAILS
Chinakhov D. A.,
Grigorieva E. G.
Mayorova E. I.,
(Yurga Institute of Technology Tomsk Polytechnic University, Yurga, Russia)
Abstract: To restore worn parts and to give special properties of the surface it is desirable to have in the deposited layer composition as close as possible to the composition of the deposited (filler) metal, so it is necessary to strive for a minimum penetration of the base metal, ie, to reduce the proportion of the base metal in the weld metal. At present, an urgent task is to develop a technology management deposited bead geometry. This paper presents methods for controlling the geometry of the weld bead during surfacing consumable electrode. The comparative evaluation of the geometrical parameters of the roller is welded for welding with traditional (single-jet) gas and two - protection. The coefficients characterizing the shape of beads confirmed the influence of the shielding gas flow rate on the formation of the deposited layer, particularly when the two - gas protection.
Keywords: surfacing, shielding gas, surfaced layer, gas-dynamic influence, two-jet gas shielding.
Для РИНЦ
УДК 621.791.55
Влияние расхода защитного газа на форму наплавляемого валика при восстановлении изношенных деталей
, ,
.
Юргинский технологический институт Национального исследовательского Томского политехнического университета,
652055 Россия, Кемеровская область, г. Юрга, ул. Ленинградская д.26
- *****@***ru
- *****@***ru
- *****@***ru
Аннотация:
Для восстановления изношенных деталей и придания особых свойств поверхности желательно иметь в наплавленном слое состав, максимально приближающийся к составу наплавляемого металла. В связи с этим актуальной задачей является разработка технологии управления геометрией наплавляемого валика. Приведены способы управления геометрией наплавляемого валика при наплавке плавящимся электродом. Дана сравнительная оценка геометрических параметров навариваемого валика для наплавки с традиционной (одноструйной) газовой защитой и двухструйной. Расчет коэффициентов характеризующих форму наплавленных валиков подтвердил влияние расхода защитного газа на формирование наплавленного слоя, особенно при двухструйной газовой защите.
Ключевые слова: наплавка, защитный газ, наплавляемый слой, газодинамическое влияние, двухструйная газовая защита.
Список литературы:
1. , , Ресурсосбережение в машиностроении // Сельскохозяйственная техника: обслуживание и ремонт. 2014. - № 3. С. 32-41.
2. , , Технология и оборудование сварки плавлением. – Рипол Классик, 2003.
3. аплавка и напыление. – Рипол Классик, 1985.
4. Повышение работоспособности деталей и инструмента наплавкой гетерогенного слоя / , , // Захист металургійних машин від поломок: зб. наук. пр. / ПДТУ. - Маріуполь, 2003. - Вип. 7. - С. 234-237.
5. , Новые возможности ремонтов деталей тяжелой техники импульсно-дуговой сваркой и наплавкой вне ремзаводов // Металлообработка. 2009. №4.С. 16–19.
6. Lebedev V. A., Maksimov S. Yu. Reduction in power consumption and weld quality control in welding using a controllable pulsed feed of electrode wire / International Congress on Advances in Welding Science and Technology for Construction, Energy and ansportation Systems (AWST-2011). 24–25 October 2011.Antalya, Turkey. 371–373 р.
7. Сварка сталей в защитных газах плавящимся электродом. Техника и технология будущего: монография / , ., ; Юргинский технологический институт. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2012. – 208 с.
8. , Современные способы предотвращения негативных явлений в процессе наплавки высокопрочных сталей // V Международная научно-практическая конференция «Инновационные технологии и экономика в машиностроении». – 2014. – С. 32-35.
9. , , Сварка легированных сталей в щелевую разделку без термической обработки //Технология металлов. – 2005. – №. 10. – С. 27-29.
10. Влияние двухслойного кольцевого потока защитных газов на процесс сварки плавящимся электродом //Сварочное производство. – 1996. – №. 4. – С. 6-8.
11. , , Влияние активного защитного газа на распределение тепла в зоне сварки //Тяжелое машиностроение. – 2013. – №. 1. – С. 23-26.
12. , , и др. Применение двухструйных сопловых устройств для сварки в среде защитных газов//Автоматизация и современные технологии. 2003. № 3. С. 12-18.
Influence shielding gas on the shape of weld bead in restoration of worn details
Chinakhov D. A.,
Grigorieva E. G.
Mayorova E. I.,
(Yurga Institute of Technology Tomsk Polytechnic University, Yurga, Russia)
Abstract: Now the problem the life of machine parts and assemblies, their durability and reliability has gained very important. Currently, the most common method of recovery work surfaces, a welding in shielding gases. The required properties of the metal deposited layer depends on its chemical composition, which, in turn, is determined by the composition of the primary and secondary metals and shares of their participation in the formation of the joint. In most cases, it is desirable to have in the deposited layer composition as close as possible to the composition of the deposited (filler) metal, so it is necessary to strive for a minimum penetration of the base metal, ie, to reduce the proportion of the base metal in the weld metal. In this regard, an urgent task is to develop a technology management deposited bead geometry. There are different ways to seam geometry control, but none of them can claim to be a universal approach to solving the problem. For comparative evaluation of the geometrical parameters of weld bead on surfacing experiments were carried out with the traditional (single-jet) gas and two - protection. Based on the data calculated the factors which characterize the form of beads: the weld shape factor Шf, rate of penetration Шpr shape, convexity ratio Шv seam. The results of the study found that the consumption of shielding gas has a significant effect on the geometry of the weld bead. The coefficients characterizing the shape of beads confirmed the influence of the shielding gas flow rate on the formation of the deposited layer, particularly when the two - gas protection. Gas-dynamic control of shaping and geometry of the weld is of great practical value, and allows you to improve the quality of the deposited layer at no additional cost.
Keywords: surfacing, shielding gas, surfaced layer, gas-dynamic influence, two-jet gas shielding.
