автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Физические основы формосоздания валиков и швов при дуговом наплавлении и сваривания с управляющими действиями

НАЦЮНАЛЬНИЙ ТЕХН1ЧНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ УКРАШИ "КШВСЬКИЙ ПОЛ1ТЕХН1ЧНИЙ 1НСТИТУТ"

РГ8 ОД

~ 8 ОКТ 1936 На правах рукопису

розмишляев

Олександр Денисович

УДК 621.791.927.5

Ф13ИЧН1 ОСНОВИ ФОРМОУТВОРЕННЯ ВАЛИК1В ТА ШВ1В ПРИ ДУГОВОМУ НАПЛАВЛЕНН1 Й' ЗВАРЮВАНН1 3 КЕРУЮЧИМИ Д1ЯМИ

05.03.06-

технолопя та обладнання для зварювання 1 спорщнених процес1в

АВТОРЕФЕРАТ

дисертацп на здобуття наукового ступеня доктора техи1чних наук

Кшв 1996

Дисертацхею е рукопис

Робота виконана в Приазовському державному техгпчному ун1вврс1тбт±

0фпцйн1 опоненти: доктор твхнхчних наук, професор кузнецов В. Д.;

доктор технхчних наук, професор пентегов 1.В.;

доктор технхчних наук • професор ГРИГОРЕНКО Г.М.

ПровЗдаа установа: концерн "Азовмаш", м.Мар!уполь

" !Н" & 1996р. о Ш,

Захист в1дбудеться "/ /" / ^ 1996р. о / годин! н. засаданн! спецхалхзовано! вченох ради Д 01.02.10 по присудженн наукового ступэня доктора техн±чних наук в Нацшнальному технхчном. ун1верситвт1 Укра1ни "Ки1вський пол1технхчний шститут", корпус 23, аудхтор1я 323

3 дисертац1еш можна ознайомитись в науково-техн!чн1 б10л1отец1 ун!верситету ч

В1дгук на автореферат (7 прим!рник, затверджений печаткоЕ прохання направляти за адресою: 252056, Ки!в-5б, проспан Перемоги, 37, ¥Л1-213.

Автореферат роз1слано -Й7»_о%_ 1996р.

Вчений секретар спец±ал1зовано!

вчено1 ради _ Коршенко £.О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальн1сть проблема. ПрацездатнЮть зварних конструкц±й при попврвм1нних навантажэннях у б±льшхй м!р± визначаеться величиною концэнтрац11 напрут. У стикових з'еднаннях без дефект±в шв±в концентрацхя напрут локал1зуеться в м±ст± сподучення наплавленого металлу з основним металлом I при р!внгй шгощин1 посилвння шва визначаеться сп±вв!дношенням ширини шва до вис-оти його посилвння. Спхввздношенням глибини проплавлэння основного металу до ширини шову визначаеться Твхнолог1чна м±цл1сть метала шову. Долею основного металу у наплавлэному визначаеться ефективн1сть процессу наплавки,особливо процесу наплавки легованих шар±в металу.

Негативна роль концвнтратор!в напрут виявляеться при двяких технолог1чних операциях( наприклад, при вальцювашхх зварних вирой1в, то викликае утворення трщ±н у цхй зонх. При нанесенн! шару емалх на внутрзлгаю поверхню реактор:гв Х1мвиробництва, емаль в1длущуЕться в ц!й'же зонх зварного з'еднання. Можливост1 в±домих технолог хчних прийомхв регулшвання розм!рами шв!в при автоматичному електродуговому зварпванн! електродним дротом обмотан!. Перспективним для цих ц!лвй е використання квруючкх поперачних та поздовжпгх магн±тних пол±в. Але протир±ччя лзтвратурних даних, що маемо, а також нвдостатня вивченхсть пpoцвciв взаемодгй квруших магн1тних пол!в 13 зваршвальною дугою та р1дким мвталом ванни нв дозволяе використовувати 1х з максимальной офективнхстю. При цьому не розв'язано- такий важливий аспект технологи, як можливгсть визначвння розрахунковим шляхом геомвтричних розм±р1в шв1в у пвперечному первр1зх при дуговому зварюваннх електродним дротом п±д флюсом з квруючими впливами.

Перспективним засобом пздвшдбння довгов!чност! деталей металург1йного обладнання, робочгх орган!в буд1ввльних, дорожних та сьльськогосподарських машин е нанвсення на них шару металлу 1з заданими ф1зико-механ1чними якостями методом автоматично! електродугово! наплавки стрхчковим влвктродом п±д флюсом. Але п1двищвна схилыисть до утворення дефект±в формування мвталу, нвдостатня вивчвн±сть особливоствй процвс1в плавления вл8Ктродного й основного мвталхв та природа утворення дефектов формування не дозволяють обгрунтувати способи та засоби кврування формуванням валик!в та з максимальною ефоктивнхстга

використовувати спос1б наплавки стр1чковим елэктродом пЗд флюсом.

Нвдостатня вивченЗютъ причин блукання активного п'ятна дуги по виробу при механ1зованому зварювашй плавким электродом (ЗПЕ) 13 захистом зони дуги аргоном хромон±келввих типу 1В-10 сталей та пог±ршвння формування швхв перешкодауе широкому використанню цього способу зваривання в цромисловост±.

А тому вирлиуван± в даному дослтдаэннх задач± з теоретичного узагальнення й встановлення зaкoнoмípнocтeй утворення форми шва при електродуговомУ"- зварюванн! плавким электродом, розробцх принципхв I засоб±в кврування формуванням металу при зварюванн1 й наплавцх е актуальним для народного господарства.. Мета робота полагала у ' пздвищеннх ефективност! процосхв електродугово! наплавки й зваривання плавким влектродом шляхом кврування формоутворенням валик1в та шв!в.

Для досягнення поставлено! мэти необхздао було вирхшити так± задач!:

-вивчити в±домх способи кврування формою та розм:грами зони проставления основного металу та посилення валика й шва пхд час електродугово! наплавки й зваривання плавким елэктродом;

-дослздити особливост± розпливання струму та

г!дродинам1чних процесхв у зваршвальнхй ванн1 при електродуговЯ! наплавц±;

-досладитИ процеси взаемодх! зваршвально! дуги та редкого металу ванни з керуючими магнхтними полями пад час електродугово! наплавки й зваривання плавким влектродом пад флюсом;

-розробити засоби керування формоутворенням валикхв ± ивхе при дугов!й наплавцх й зваршванн1 плавким елэктродом пад флюсом;

-розробити засоби розрахункового опису розм!рхв поперечногс шрер1зу наплавлоного валика й шва стикового з'еднання пря елвктродуговхй наплавц! й зварюванн1 електродшш дротом пу флюсом з керуючими впливами та п1д час наплавки стрхчковш влектродом пхд флюсом.

При виршеннх поставлвннх задач вихтдн! дан! й продоосилю базувалися на результатах творетичних та эксперемвнтальни досладжень Б.е.Патона, 1.1,Фрум±на, Г.I.Лескова

К.В.Вагрянського, Л.К.Лещинського, В.П.Черниша, В.Д.Кузнецова

B.Х.Махнвнко, ВЛ.Труфякова, А.М.Болдарева, 1.Р.Пацькевича

C.Л.Мандвльбврга, В.К.Лебедева, 1.В.Пвнтвгова, Н.Н.Рикалша А.О.брохша, Б.М.Бврвзовського, В.П.Дем'янцевича, В.1.Стол6ове Г.Г.Чэрнишова, В.1.Щвт1н±но1, О.В.Гулакова та ±нших авторхв.

Метода дослЗдження. Експериментальн! дослТдження розподЗду струму, вим1ру густота струму в р!дкому метал! ванта виконан1 на ф!зичних моделях.

Розпод!лення потащ!ал±в у вил!т! й магн±тного поля в±д струму у bjuiítí стручкового электроду дослхдж8но на ф13ИЧНИХ моделях, а також методами математичного моделювання з викорнстанням ЕОМ.

Для розрахунку розм!р±в 1 форми зони проплавлення основного металлу при наплавдх й зварюванн! стикових з'еднань електродним дротом використано метод математичного моделювання.

Процес плавления стр!чкового электроду у в!дкрит±й дуз! досл!джено з викорнстанням швидк!сно! кгнозйомки з синхронним осцдлографуванням, методу калориметрування електродних крапель. Розподьл температур у bujiítí электроду отримэно методом термографування.

У робот! винористовувались стандарта! метода оц!нки зносостгйкостх наплавленого металу м!цн1стних якостей зварних з'еднань, оцшки. схильност! 1х до мшкристалйно! Kopo3iI та структурного анализу металу.

Наукова новизна. Сформульован! ochobhí науково- творетачн! положения вирйюння цроблэми п!двищвння ефективност! процэс1в електродугово! наплавки й зварювання плавким електродом шляхом керування формоутворенням валик±в та hibíb.

Ф1зичним та математичним моделпванням встановлено, що у головнхй частинх ванни швхдкхсть поток1в редкого мэталу визначаеться, в основному, тиском дуги, а у xboctobíü частин! ванни п!д д1еп електромагнитних сил щцуцюеться рух металу, що мае вихровий характер. При цьому центр вихру розташований у бэзпосер9дн±й близькост! в±д электроду, а у поверховому шар! метал тече у напрямку до электроду. В диапазон! швидкостей зварювання (1-1,5)*10~2м/с характер руху рздани пэребудовуеться, вихор зникае, а при швидкост! зварювання вище 1,5*10'ги/с (54 м/г) рхдкий метал рухаеться до хвостово! частини ванни, утворюючи передумови для утворения п1др13±в при . дугов!й наплавц1 й зварпванн!.

Встановлено, що при д±янн! знакоперемгнних поперечних магн!тних пол1в, поперечив пэрвм±щення р!дкого металу у ванн± мають м!сце при частот!, менш!й н!ж 5Гц. -Цвй рух металу у ванн! гндуцюеться внасл!док взаемодх! магн!тного поля з нормальною компонентою густота струму в ньому. Ягацо щцукц!я поперечного

мэгн1тного поля мэнша деякого рхвня, що названо пороговим, то розм!ри наплавлених валик iB у nepepi3l нв змЗнкються. Це зумовлено затримкою активного п'ятна дуги на розплавленому металх та впливом шлако-газово! полост! навколо дуги на просторову

ст±йк1сть дуги.

П1д вшшвом поздовжнього магн!тного поля поперечн! розм!ри наплавленого електродним дротом п!д флюсом валика зб!льшуеться, а глибина та площина проплавлення основного моталу зменшуеться практично л!н!йно за рахунок зб!льшення !ндукц!1 поля. При цьому нвмае порогового р!вня 1ндукд11. Пхд час використовування nocTitooro й знакоперемышого частотою 50Гц поздовжнього магн!тного поля мае Micue однакове збхлыпоння ширини валика, що наплавляеться, а також однакове зменшення глибини проплавлення основного металу. Зм!щення Bici валика впоперек пц вшшвом пост!йного магн!тного поля пов'язано з рухом в цьому напрямку металу у хвостов!й частил! ванни та розташуванням активного п'ятна дуги на р!дкому металх. 1нтенсивний рух редкого металу у ванн! не призводить до змхни геометричних розм1р!в валика (порхвняно з впливом магнхтного поля частотою 50Гц, коли рух металу у ванн! не споствр1гаеться). Це св!дчить про те, що формування розм!рхв зони проплавлення зд!йснюеться, в основному, впливом зварювально! дуги.

Встановлэно, що якщо у поздовжньому магнхтному пол! нормальна компонента !ндукд!х зб!льшуеться у напряму в!д ос! олектроду, то при впливов! поля ширина валика, що наплавлгаеться, не зм!нпеться, а глибина та площина проплавлення металу незначно (не быьш, н!ж на 70%) зб!льшуеться.

Показано, що для зб!льшення продуктивное! розплавлення стручкового электроду п!д час дуговоТ наплавки п1д флюсом не<~>бх!дно зменшити питому електропров!дн!сть розплавлених флюс!в та пхдвшцувати температуру ix плавления.

Встановлено, що причиною порушення формування валика при наплавц! стргчковим електродом п!д флюсом t наявнхсть власного магнитного поля зварювального контура. Це мнгн!тне иоле утворюеться, здебхльшого, зварювальним струмом, що прот1кае у вилттт елвктрода. Встановлен1 розрахунковим шляхом величини компонент !ндукц!1 цього поля використан! при конструюванн! ■филндтв, що генерують компеноацхйн! магн1тн! ноля, що забезпечують усунвння дефектов формування валик1в,. , щ-v-наплавлюються сгрхчковим електродом.

3 використанням модел! двох даерел тепла розроблено метод розрахунку розм!р1в зони проплавлення основного металу пхд час дугово! наплавки й зварювання стикових _з'еднань електродаим дротом пЗ:д флюсом з керуючими впливами, а також над час наплавки '-ТрТЧКОВЯМ агШКТродоМ л1д флюсом.

Встановлено, що -додэванням вуглекислого газу до аргону, можлшю змвшшти блукання катодного п'ятнв дуги на виробх пхд час чс'хяихзовшого зваршання плавким йдактродом хромон1кел&вих типу 1Я-Ю сталей з окисленою иоверхнею та пЗдаищити як!сть форчування ;н:ь стикових зЧднань та кутових шв!в, а зварювання пульсуючою даго» дозволяе покращити формування вертикальних швтв. На захист гихносяться:

-результата дослхджень по вивченню взаемодтI поперечних та чоздовжнтх магнхтних пол1в з! зварювалъною дугою та ртдким мста.т"1м ьанжн, розр^блен! 'способи та прилади для керування ]«.рмоутворонням валик гв та швхв при елвктродугов±й наплавцх й звнрювнннх стикових з'еднань електродаим дротом пхд флюсом;

-результата дослгджвнь з установления енергети ;них

......г'М1ИН<п,.,рйй плавления стр 1чкових р>лектрод1в втдкритою дуге« та

:пд фт>сом, а також керуванням пр.)дуктивн1стю розплавлк-гня ■.■трхчкових електродгв пхд флюсом;

-метод розрахунку електричн* ~ч\> поля у вилхтт й Хндукцг I мигн^ног» » поля вхд струму наллавки у вил!т1 стрхчк^вого ■ •лектрода, механ!зм порушень формування валика, способи та прилади для керування формуванням валика пхд час нликтродуговот Ч')Ч.!!н|жи стртчковим члвктродом П1Д флюсом;

-метода розрахунку розмхрхв поперечних перерхз?в валикхв та !хмв стикових з'еднвнь пхд час влвктродугово! наплавки й зварювання електродаим дротом з керуючими впливами й наплавцх • ■тргчковим електродом п1д флюсом;

-результата досл!даень з керхвщщтвэ формуванням шт<1в при чехачхзованому зварюванн! хромонхколевих типу 78-Ь" сталей плавким электродом шляхом додавань до захисного газу - аргону ¡■углекислого газу;

-можливхсть використання розроблвних засо01в для керування фэрмоутворенням шв!в та валикхв пхд час олектродугового зварювання та наплавки електродаим дротом 1 стрхчковим електродом ид (флюсом.

Практична нднн1сть та результата робота. Внаслхдок те<>ретичних та екснериментальних досл!даень запропонованх способи

та оригшальн! прилади, що дозволяють ефективно керувати формоутворенням валикхв та зварних шв1в.

Застосування розробок по керуванню формою посилення шв1в п1д емалювання у стикових з'еднаннях корпусов реактор:гв хтмвиробництва при зварюванн! електродним дротом пзд фяюсом на Полтавському зaвoдí "Х1ммаш" дозволило вхдмовитися в1д зняття мвхан!чною обробкою посилення шв!в ур!вень з основним металом.

Використання поздовжн±х мэгнхтних пол!в п!д час однопрох хдного зварювання стикових з'едаань тонколистового металу електродним дротом п!д флюсом на АТ "Пожзащита"(м.Мар!уполь) усуцуло пропал1в металу, покращило формування шва. Застосування поздовжнхх магн1тних пол1в при наплавц! електродним дротом п1д флюсом деталей металургхйного устаткування на АТ "Енакиевский металлургический завод" дозволило зменшити працевитрати на мехобробку наплавлених деталей, використовувуння керуючих магн!тних пол1в птд час наплавки нож1в бульдозерхв стр1чковим электродом п±д керам!чним флюсом дозволило усунути дефекта формування валик!в та П1двшцити довгов1чн1сть наплавлених деталей.

Застосування мвхан1зованого зварювання у сум!шх газ1В Лг+ССь хромоншелевих типу 18-10 сталей (м.Мар!уполь) дозволило п1двищити продуктивнхсть зварювальних робхт та як!сть формування зварних шв1в.

Застосування розробок на зазначених п!дприемствах дозволило отримати значний економ!чний ефект. Апробац1я роботи. Основн! положения, пауков! та практичн! результата роботи допов¡дались та обговорювались на конференцхях та семшарах: "Прогрессивные методы сварки и наплавки в черной металлургии и машиностроении" (м.ЗСданов, 1972); "Пути повышения долговечности и надежности деталей металлургического оборудования" (м.Ворошиловград,1973); "Современные методы наплавки и наплавочные материалы" (м.Ки1в,1975); "Повышение качества и эффективности процессов сварки и наплавки" (м.Кихв,1984); "Математические метода в сварке" (м.Ки1в,1986); "Экономия материальных, энергетических и трудовых ресурсов б сварочном производстве" (м.Челябйськ,7986); "Применение импульсных процессов в сварке" (м.Ростов-на-Дону,1987); "Новые процессы сварки, сварка импульсной дугой и модулированным током" (м.Ки1в,1988); "Математические методы и САПР в сварочном производстве" (г.Свердловск,1990); - "Г-я научно-практическая

конференция сварщиков Средней Азии и Казахстана (м.Караганда,1991);" - "Прогрессивная технология производства, структура и свойства порошковых изделия, композиционных материалов и покрытий" (М.Волгоград,1992); "Термодинамика техпроцессов" (м.Краматорськ,1992); "Термодинамика техсистем" (м.Краматорськ,1993); "Численные методы в* гидравлике и гидродинамике" (м.Донецьк,1994); "Сварные конструкции" (m.Khïb,1995); на з'еднаному науковому ceMÎHapi кафедр "Обладнання та технологТя зварювального виробництва" та "Мэталургхя i твхнолог1я зваршвального виробництва" Приазовсысого державного техшчного унхверситету

(м.Мархуполь,1996); на наукових семшарах у IE3 iM.e.O-Патона НАН Укра пш та в Кшвському пол!технхчному хнститут! (1996).

ПублткацЛ. 3 теми дисертацз:'1 опублшовано 45 праць та зареестровано 7 авторських сввдоцтв на винаходи.

Структура та обсяг роботи. Дисертац1я складаеться si вступу, п'яти глав, загальних bhchobkíb та результат1в роботи, списку л1тератури (334 наймування) та двох додатк!в. Робота викладена на машинописних сторгнках, м1стить 152 малюнка та 13 таблиць.

У додатках наведено прогреми розрахушив на ЕОМ, що розробленх в процесх виконання дослхдаень, й довхдки про економхчну eфeктивнicть використання наукових розробок у промисловост!.

ОСНОВНШ 3MICT РОБОТИ

Ефективне використовування 3aco6iB влектродугового наплввлвння й зварювання плавким електродом у 61льш1й Mîpl визначаЕться геометричними розм1рами зони проплавлювання, формою посилення валика (шва), а також сп1вв1дношення цих posMipiB. Вони однозначно пов'язан1 з параметрами режиму наплавлення (зварювання), а В1дом1 технолог±чн1 прийоми не дозволишь значно ïx змшити. Значно розширюе можливост! керування гвометр1ею валикхв (iubíb) використовування поперечних коливань електроду та магн!тних пол1в. Але ж багато аспект!в ïx використання П1Д час електродугового наплавлювання й зварювання електродним дротом п1д флюсом недостатньо вивчен!.

Зварювальня дуга й noTíK редкого металу у зварювальн!й ванн! е ос.новними джерелами тепла, що формують розм!ри ванни та зони проплавлювання основного металу. Ряд дослхдник1в вважають, що

формування po3MlpiB зварювальноi ванни виникае йнаслздок молекулярного тешюобмгну, а конвекцхя розплаву не в!д±грае важливо! рол! у прошшвленн!. В той же час вшшв дотокхв редкого матэлу на проплавлювання п!д час електродугового наплавлювання електродним дротом экспериментально п±дтверджено досл!дженнями С.В.Гулакова, БЛ.Носовського та !нших автор!в.

ДискусЫЬшм е питания про те, пхд д!янням яких сил щцукуеться рух редкого мвталу у зварювальн!й ванн!. У працях Г.Г.Чернишова, В.Ф.Кубарева виконано розрахунок теч!! розплаву на первдн1й стхнцх кратера ванно! при електродуговому зварюваннх неплавким электродом в одном1рному приближэнн!, коли розглядаготься поодинок! струмен! потоку. 0триман1 розрахунков! вирази досить складах, й ор!ентован! на використання чисельних метод1в розрахунку. У зв'язку з цим роль основних сил у формуванн! г!дродинам!чнюс процес!в у ц!й частин! ванни не проанал!зовано. Розрахункова оц!нка щ!льнос-т! струму те електромагн!тних сил у рхдкому метал! ванни, що виконана цими авторами, дозволила зробити висновок про можливхсть перэбхгу розплаву у хвостову частицу ванни п±д д!ею електромапйтних сил. Водночас по розрахунковим оц!нкам В.В.Степанова разом is сп!вроб!тниками ос-новний вшшв на формування потокiB розплаву у ванн! зумовлюеться--зварювальною дугою, а не електромапйтними силами у розплав!. В.А.Букаров, Ю.СЛщенко, В.Г.Лошакова на основ! вим1ряно1 вертикально! складово! швидкостх потоку в рхдан! П1д д!ею сили Лоренца, у модел1, форма яко! не схожа на фэрму зварювально! ванни, завбачили можлив!сть вихрового руху рвдини у эвардязальнхй ванн! л!д час електродугового зварювання. Але ц! данх не мають экспериментального пхдтвердаэння.

У зв'язку з труднощами експериментальних досл!даень рух р!дкого мвталу у зварювальн!й ванн! на першому стан! досл!джень розглядали окремо у передай! (головн!й) частин! ваши й у хвостов!й II частин1.

Г!дродинам!чн! параметри пл1вки редкого мвталу (товщину тш!вки, швидк!сть руху металу в н!й) визначено розрахунковим шляхом, маючи форму фронту плавления у головн1й частин! ванни з экспериментален^ спостережень. Передаю ст!нку ванни апроксумували частиною кульового сегменту. Прийнято припущення, що кривол!н!йн! струмки, в!д!лен! вертикальними площинами, що проходить кр!зь в!сь электроду та зварювально! дуги, по боковим плотинам не обм!нюються м!ж собою р!даною.

Задачу виршено з використанням р±вняння Ейлора для сталого руху в потоц!. При цьому враховано дхю повврхневих, об'емних сил та вектор переносу к!лькост1 руху р1дини-. Визначвння Ейлера застосовували для елементарно! цдвки м±ж будь якими II двома горизонтальними перетинами 0-0 й 1-1 у такому запист:

де И0, Н1 - секунда! масов1 витрати р!дини у перетинах 0-0 й 1-1; кг/с;

*70. V - швидойсть потоку в!дпов1Дно у перетинах 0-0 й 1-1, м/с;

йоС,йпов -головн1 вэктори об'емних та поверхових сил, Н; У розрахунках враховували так! основн! сили:

1. - тиск дуги (повврхнев! сили) - Рцч;

2. - елвктромагн!тн1 (об'емн!) сили - Рзм;

3. - грав!тац!йн1 (ой'емнл:, масов!) сили - Р ;

4. - сили тертя (поверхнев! сили) - Ртр. Використано проекц!ю вектор!в на головну в!сь ОХ, тобто:

Н --Р +Р +Р +Р (2)

у а а -з м ч т р

~ ~ X У X х

Для визначвння швидкост! потоку в перэр!з1 1-1 СУ,.) отримано розрахунковв спхнв!даошення:

АУ1+В71~С7-0=0, (3)

де Л, В, С, Б -коефпЦенти, що вираховуються. Товщшш пл!вки у цьому ж перер!з1:

5(4) де Н - константа, яку отримано розрахунковим шляхом.

Розрахунок величини 7, о плхвки виконуеться пошарово, у р1зних за висотою кратера перер!зах.

Пропонована розрахункова модель дозволила проанэлхзувати вплив сил в модел1, що враховутоться, на гхдродинам1чнх параметри рхдкого металу в головн!й частин1 ванни.

Встановлено, що основною силою, яка визначае параметри р1дко! пл1вки, е сила тиску дуги, вагома роль грав1тац1йно1 сили, а роль електромагн±тно1 сили Лоренца знвважливо мала. При збхльшеннх швидкост! наплавлювання товщина пл±вки на передн1й ст:шщ кратера вагомо зменшуеться, а швидк1сть металу в н!й збЗльшуеться, що пов'язано !з зб!льшенням крутизни нахилу

передньо! стхнки кратера до горизонту й ростом впливу сил тиску дуги й грав±тац1йних сил. Досить сильним е вплив "противотиску", що утвориеться стовпом р!дини у посиленн! шва, або за рахунок нахилу вироОу до горизонту. Протягом електродугового наплавлювання електродним дротом товщина шпвки на передай! ст!нц! кратера не пере01льшуе 1*10~°м, а шв!дк1сть руху металу у пл1вцх на 1-2 чинника бгльше, н!ж швхдкхсть наплавлювання.

Оцыюно роль основних сил, що викликають рух розплаву у хвостов!й частин1 зварювально! ванни. При цьому розглянути поверхнев! сили, що оцшюються числом Бонда, грав1тац1йн1 с.или, що оц1нюються через щьльнхсть масових сил, арх!медов! сили, що призводять до тепловох конввкц!! у зварювальнхй ванн!, та олектромэга.гтн! сили, що визначаються через щ±льн!сть цих сил у редкому метал! ванни. Оц!нки показали, що при характерних для процесу електродугового наплавлювання електродним дротом п!д флюсом режим1в головна роль в гндукуваннх руху розплаву у зварювальн!й ванн! наложить елвктромагн1тн!й сил! Лоренца.

Рух редкого металу пвд д!ёю сил Лоренца у хвостовхй частин± ванни вивчено на ф!зичн!й модвл1 зварювально! ванни. Р1дкий метал ванни модульований сплавом Вуда (при температур! 1€Ю°С) при бездуговому ввод! струму у зварювальну ванну. Величиям компонент швидкост! поток!в у ванн! вим!рювали тензометричним методом по I1 !дродинамичному напору потоку р едини на пластину, що мае розм1ри (4*4)*10~sм, яку розм!щували у доследжуван! точки ванни.

Встановлено, що рух р!дкого металу носить вихровий характер у будь-як!й площин!, яка проходить через в!сь електрода. Центр вихору розташовано за влектродом у безпосервдн!й близькост! вед нього. Характерно, що у поверхньому шар! хвостово! чвстини ванни метал тече у напрямку до електрода. Швидкхсть потокiB у будь як!й точц! ванни л!н!йно збедывуеться при збъльшвннх струму й залежить в!д м!сця струмоп±дводу до пластини, що пов'язано з обмежвн1стю posMipiB пластини, що застосовуеться в експеримент!. Встановлено, що якщо розмхри пластини (в план!) складаотъ (0,4>0,8)м, то швидк!сть руху металу в ванн1 не залежить в!д м!сця струмоп!дводу до пластини.

Досл1даення швидкостх потокхв у хвостовхй частин! ванни у реальному процес! наплавлювання електродшш дротом ведкритою дугою за ц!ею ж методикою, але з використанням пластини з вольфраму (яка ззнурюеться при вим!рах у зварювальну ванну), подтвердили данн!, отриман! ф!зичним моделюванням. Встановлено,

що в дхапазон! швидаоствй наплавлювання (1-1,5)*10~Jм/с осъовий noTiK металу змшюе напрямок, тобто в!н спрямований в!д електрода до хвостово! частини ванни. При цьому знищуеться S-образна форма задаьо1 noBepxHí р!дкого металу, яка е н!би перепоною на шляху потоку р!дкого металу, що отримав значну швидкхстъ на первдйй ctíhux кратеру ванни.' Це обумовлюе в!дт!к ргдкого мвталу з головно! частини вашш, утворюючи пародумови для утворения птдр1з1в.

У зв'язку з протир!ччями л!тературних даних про вплив величини 1ндукцх'1 та частоти квругачих попервчних пол±в (ПОМП) та поздовжн!х магнхтних пол±в (ПДМП) на гвомвтричн! розм!ри валик!в при дуговому наплавлюванн! електродним дротом пхд фшосом з метою розробки теоретичних основ рацтонального вибору способ!в i засоб!в кврування гвомвтр1ЕЮ валика виконано розрахунки та вксперимвнти при наплавлюванн! без квруючих вшцш!в та з впливами магн!тних пол!в.

При наплавлюванн! з зэстосуванням пол1в вивчвно питания про инличину в!дхилвнь стовпа дуги, Blci нэплавлюваного вн.тшка та геомвтричних розм!р!в валикхв у залежност! в!д величини !ндукц1! та частоти ПОМП.

В1дом1 розрахунков! та вкспвримвнталып метода для визначвння вурсилвнь вхс! дуги при наплавлюванн! П1д флюсом п!д дтею постхйного ПОМП не могли бути використвнх. У зв'язку з цим розрахунки виконано за методом, пропонованим В.С.Мочевим. За цим розрахунковим методом Bícb деформованого попервчним sobhíeihím магнттним нолем стовпв дуги займае так! точки простору, в яких сумарна величина щцукхш вхд струму у вильот! електрода та керуючого магн±тного поля дор!вшоеться нулю.

Розрахунки виконан! для дуги пост Много струму на плавких электродах д1амвтром (3-5)*10~° м та довжшш дуги 5*Ю~* м. Встаповлвно, що пврвх1д В1Д цилгадрично! модвлх стовпа дуги до конхчно! зм!нюе результата не Охльш, нхж на 9%. Водаочас урахування свого магн1тного поля деформованого стовпа дуги (при цилгадричнМ його модвл!) значно впливае на в!дхилвння Blci дуги, зменшуючи його. У зв'язку з цим розрахунки виконано з урахуванням клееного магнитного поля дуги.

Стала экспериментальна величина поперечного зм1щення bící валика п!д впливом пост!йного ПОМП, який спрямовано вздовж bící ноплавлення, задов1лыю спгвпадае з розрахованим влдхиленням активно! плями дуги на виробов! тъльки за малих значень тндукцН

MaraiTHoro поля (Рис.1). За розрахунковими даними обрив дуги у ПОМП мэе проходити при !ндукц1! магн1тного поля В =S»iO-:iТл, та фактично обрив дуги трапляеться при величин! тндукцх ï Ву=£>6*7СГ3Тл. На в!дм!ну вхд розрахункових даних в експеримент! спостерхгаеться збхльшення вадхилення Bici валика при збьльшеннх зварювального струму (Рис.7). Це пов'язано is впливом не врахованих у розрахунков1й схемх сил Лоренца, а;о виникають у зварювальнгй дуз1, а також з д!ею сил Лоренца у радкому метал! ванни н1д д!ею ПОМП.

Бим1рами при фхзичному моделюванн! зварювально!' ванни (без иовного проплавлення пластини) зплавом Вудв встановлено, що нормальна складова гущини току в редкому металi, що примикае до дуги, практично удвое б!льша, н!ж при зварюванн± з повним проплавленням пластини. Нормальна складова гущини струму змепшуеться до нульових значень на в!дстан1 близько [1/2 -1/3) довжини зварювально! ванни. Взаемодзхю ц!ею компонента гущини струму у ванн! з постхйним ПОМП, спрямованим вздовж вектора наплавлення, утворенням noc.Tiibioï масовох сили Лоренца й поток1в у ванн! в поперечному напрямку зумовлено значне змщення в ici валика в цьому напрямку при наплавлюваннх з впливом постхйного ПОМП.

Активна пляма дуги розташована на р1дкому метал! ва!ши, що зб.1льшуе можливост! xï в!дхилення и!д Д1ею ПОМП. Гнтенсивний рух редкого металу пед впливом пост!йного ПОМП спостерхгаеться протя1'ом моделювання зварювальноï ванни сплавом Byда. Але рух редкого металу у зварювальнМ ванн1 не призводить до пом!тного зб!льшешя ширини наплавлюваннх валикхв та глибини зош 1гроплавлення основного металу.

При знакопеременному ПОМП частотою /=0,5Гц з величиною !ндукц!! Вл=20* 70~°Тл вхсь наплавлшваного олектродним дротом валика зм1щуеться ведповедно з частотою магн!тного поля, але змщення Bict валика в 2-3 рази мэнше, нхж встаноалене вжэ змщення Bici його, отриманв Д1ею постхйного Marairaoro поля. При частот! /=7Гц й такХй сам1й величин! хндукцх! змщення Bici валика ледь noMîTHi, а при /=:2Гц практично вХдсутн1. Вим1рами поперечно!" складово! швидкост! потоку в модельн!й ваннх (с-плав1 Вуда) п!д впливом знакоперем1нних ПОМП встановлено, що поперечн1 потоки в редин! виникають при частот! ПОМП /<5Гц. При частот! /=1+2Гц величина цхе! швидкост! Vy=0,7м/с, (при 8^=2010'*Тл й c.TpyMOBi у редин! 1=500А), а при /=5Гц V =0. Таким чином змщення

Залежнтсть змйцень п'ятна дуги та в!с! валика на вироб! в!д величины тддукц!I В пост!Яного ПОМП

2

10

X 8

6

п- ?

£ ^ ^ § 2

¿5

/ /О

у, £

2у 4

,/у 4

'Л йГ^

О 4 8/2 16 20 24 28 1ндуКЦ1Я-Ьх'Ю]Т/1

1,2.-йе=5*10~ м. 1н=ЗСС>Л:

3.-йф=5*10~3м, 1н=5ООЛ:

4.-6. =4» 70~3м, I -500А;

о Н

1.-змтп'ення п'ятна дуги

(розрахунков1 дон!); 2,3,4 - змщення В1с1 валика

Рис. 1

£

т' _ §

I

"X}

28 26

24 22

Вплив 1ндукц1х Вх ПОМП на розм1ри валика при наплавлювэнн! птд флюсом

¡го

Т иПп -У

—\ пор У - __

фу/Нпос

«а.

в IШ?

I-

6

55

/=5С5Гц;

7 1-4 ^

^ м;

/4

16

/5 в 20

3 |

а 5

- " г5? ЫукцсЯ'Вх'Ю, Тл ^

(пунктирн! л!н11 - розмхри валик±в при нашювлюваннГ без магн!тного поля)

Iн=750-780А;

и =34-36В; я

Ун=8,33*10~3 м/с.

Рис .2

i'l

Hri калика ¡ид ышшом ПОМП виникае у тому раз!, коли маемо и-.-перечне змщоння р!дкого метилу ванни, зварювальна дуга змт!Щ'кться в цьому ж напрямку f YT активна пляма розташовуЕться

редкому метал!. При частотт /=50Гц ПОМП розширення нчнлавлювчних олектродним дротом ихд флюсом валикгв виникае иочинаичи з рхвнн хндукцП 14^15)«Ю~ *Тл (Рис.2), що названо н'-рх-л'овим piBHf.M. Пороговий р±вень иадукцх! зменадеться при .-мопи'енн i частота магнггного шиш. Ней ефект поясню*, ться чнявнтетю шлако-газовог порожнини в зон! дуги пдд флюсом, iiv-oi'hft fл Ёзуе присторову сттйкХсть звнрювальноТ дуги. В-п.яиваючи на ■* >днльну Bainiy ПОМП з чистотою /=50Гц не опостерхгали змхч \?рактеру та 1нтенс*"<ностг потокхв р!дкот'о металу в н1й. Таким -'ином зсИльшниня шир ши валик!в п!д дхлю ПОМП з частотою /=50Гц .-.•умовлено впливом магхптного поля на зварювальну дату. Максимально можливе абхлынення ширини валика при наплавлюванн! ¡ид флисом з вшхивом ПОМП з частотою /=50Гц не пееревищус

Експериментально встановлено, що утворенням у ргдкому металi ранни «юстОДшх сил Лоренца д1еи пог.т!йних ПОМП, опрям''Ваних у;.Д"ВЖ bici лашшкляння, мижливо »Miнити напрямок потоку р!дкотч-метану до головноТ «ястини ванни, ибо до хвостовот Т! чаг-тини. ";ри ць- 'му знччно ЬМ> ЖИТЬСЯ сп ¡.ввхдношнння гкометричних p '.'iMjpn?

К1ЛЙКЯ .

Остановлено, щ.. ностхйне й знокопеременнв частот«'»« f-5-jTn •издовжне магнхтне поле (ПДМП) однаково впливае на геометричн! [-•'•?мТри валика. Пхд вшшвом постхйного ПДМП втгь валика .i-MiüiyeTbcn. Встан- >влено, що вхоь валика зм1щуетьоя н ту ст- '{»-«ну йниперчк Д" Biel валика), куда рухаеться рздкий метал у хвостов£й частики ванни. Пляма дуги на вироб! змщуеться в цьому f чаирямку, 'т.ктльки нпмагаеться розтягауватися на розилавл^ночу m^'1-.-i.ji L. H'.'tlk р1дк"!'<) металу змивае бхчну ctihkv вачни у

• Н'ч.-товгй II час.тини та онлавлюе Ii'. Вхдповхдао поздовжня вхсь .;Ч'«р»в»льн'>1 ванни у моменту початку дтТ ГЩМП гк'яорти'.тьея н: jui-.'CH"' чшфямку наплавлювання, а в подальшому «'т&ч TT ч- 'ЗдоижньиТ ßtei стяб хлх.зусться i в сталоному режим! стае .-щралельно Biet валика до початку дхх ПДМП. Якщо- змхнмвати напрямик ПДМП з окремою перх.одичн1стю, то ширина валика внасл!док таких п'1во{ют1в в!от валика дещо збхлынуеться (без- уряхувя.чня !•,'!. „ину ПЦМП ни ОУД"ВУ дуги). Iii дан г узгоджушты'ч *

• -гримамими даними В.П.,:.ерни:аом, В. Д. Кузнецовым р.'к« -м

■' п .1 вро б 1тник а ми.

Дослхдженням на ф1зичн±й модел1 зварювалыго! ванни (сплав •-.уда) та в процес! наплавлювання вхдкритою дугою дротом СВ-СвА птдтверджьно, що ПДМ1Х хндукуе поперечну складову швидк!ст! потоку в ванн! на ведстан!, що складае {1/2-1/3) довжини вашш. При ""^льшенн'? 1ндукц!х ПДМП швидк!сть цього потоку в будь-як!й точц1 р1дко1'о металу ванни збхльшуеться й в!дповхдае залвжностх Уу (Г-струм наплавлювання, Вг-хвдукц1я магн!тно1'о поля).

При частот! /=5Гц знакоперемпшого ПДМП через значну !нерд!йн!сть маеивнот р!дини вашш поперечна складова швидкост! потоку в нМ не хндукуеться. Отже, при частот! б!льше 5Гц ПДМП вплив потокхв редкого металу у зварювальн!й ванн1 на формування . Г! розм!р!в можна не враховувати. Ефект вгапгоу магн!тного поля на геометричн! ¡."••5м1ри ванни (валика,шва) при частот! /5:5Гц ПДМП пов'язан! з циребудовою зварювальнох дуги (П форми, тиску дуги на вирхб, дхаметра II плями на вироб!).

При зО!льшенн! дхаметра елэктрода (та однакових параметрах режиму наплавлювання) значно збхльшуеться ефект впливу ПДМП на ■фирощення ширини валика, що пов'язано з! зменшенням поглиблвння дуги в основний метол та меншим шунтуванням магнхтного поля ■{»•рзмзгнхтним виробом у зонх дуги. Ширина валика п!д впливом ПДМП «•".•же бути збхльшена у 1,5 раза й бхльше, глибина проплавлення при ць-.'му змэншуеться приблизно удвос.

При наплявлюванн1 п!д флюсом в ПДМП у дтапазонх частот поля /-0.5^50Гц н&мэе порогового (мш!малыюго) р!вня !ндукц!т В , нижче якого не спостэрггався б його вплив на геометричн1 розм1ри перер!зу валика. Уже при величин! !ндукц!1 В^=5*10~с'Тл пом1тн! змтни розм!рхв валика в перерхз!. Разом з тим, при частотах ■знакопеременного ПДМП 12,5 Гц > / > 0,5 Гц при Р1вн!й величин! !ндукц!'т ПДМП впливае на розмхри валика дещо менше, н!ж при частот! /^5СГц й /=0. При зб!лыленн! частота поля до 12,5 Гц ефект впливання поля на розм!ри валика дещо педвшцуеться. Ц! ефокти лояснюються, якщо враховувати шерц!йн!сть змга розм!р!в газо-шлаково! порожнини навколо дуги в процес! зм!ни рюзм!р!в розширювоно! в диаметр! (обертально!) дуги при зростапн! хндукцх!

ШЩП вед нульових 11 значень до максимальних. При зменшеннх частота ПДМП стадий (за пер!од) середн1й д!аметр стовпа дуги й активно! плями дуги на вироб1 зменшуеться.

В!дом1 елвктромагн!тнх: прилади, генвруюч! ПДМП, зокрома й використовуванх в наших дослхдженнях, забезпечили нех-отивний

Залежн1сть розм!р1в наплавлених валик!в В1Д частота поздовжнього магштного ПОЛЯ

и

•V?

V

II

д

Г4

Г ««

. и г:

У!'

ь

щ

•Ун

* Ч ч

Г г

К

N 1,2

1.- без д±1 магнхтних

пол!в; 2,4.- з д±£ю ПДМП -4Гц, /=50Гц; 3.- з д!ею пост1йного ПДМП

№^=20*10'*Тл), й.н2ь=5*10~3м: 1н=750-780/, ид=34-36В, Ун=8,33*70~3м/с; б.-сг =4*70~5м: I =550-5704, У =34-35В, V =1,2*Ю~2м/с.

& Н 9

Рис.3

Схеми до розрахунку електричного поля у вильот± (а) та магн!тного поля в±д струму у вильотх (б) стрхчкового электрода

В 42

1

6

С

Ун

У о

N

Л

а)

1.-электрод; 2.-мхдний стрижень; З.-вироб Рис.4

град!ент нормально!" компонента хндукцП В„ у напрямку в±д в!с! зварювального електрода. Пропонована конструкадя

електромагн!тного приладу, складеного _з чотирьох однакових ндектр:)Магн!т±в, встановлених симетрично в!днооно в!сх зварювального електрода, забезпечуючого позитивний град!ент ■ чдукцП В„ у радиальному напрямку. При вмиканн! такого ПДМП з нхцукцхею 8^(20-70)* 10~*Тл спостер!галось незначне (не бхльш, н!ж на 1С&) зб!лыиення глибини й площини зони проплавлювання металу та незначне (на 5-1СЖ) зменшення ширини валика. Це пояснюеться "стисканням" дуги магн1тним полем, тобто дгею снрямованих на в1сь 'дуги електромагнгашх сил, що виникають внаслгдок взаемод!!' к!лыдевого струму в обертальн±й у магнитному пол! дуги, з !ндукц!ею Вг цього поля. Зроблено висновок про те, ¡»о для керування геюметричними розмхрами валика доцмьн! ПДМП зт ■щадаючим радгальним градтентом 1ндукц!1 В .

Значно пхдвищуеться ефективн!сть наплавлювання при використанн! стрхчкового електрода. Але ф!зичн! явища при дуговому наплавлюваннх стр!чковим електродом птд флюсом н-^достатньо вивченх. Використзння с-тр!чкового електрода при ччплявлюнанн! птд флюсом зтримуеться пхдвищеним нахилом до у творения таких дефект!в формувашя валика, як утворення занэдини, або опуклост1 в центр! нього, утворениям пхдр!з1в. природа утворення таких дефектхв недостатньо вивчена. У зв'язку з цим нивчали особливос.т! процесу плавления стр!чкових електродтв ч.едрювальною дугою п!д флюсом, а також механ!зм утворення декокт гв <1юрмування валика.

Швидк!сною кхнозйомкою з синхронним осцилографуванням ■1{)оцйс.у плавления стр!чкових ельктрод±в в!дкритою дугою зворотньо! гюлярнос.т! встановлено, що ширина активно! плями дуги на плавкому торцг стр!чкових електрод1в складае приблизно 4»;л_°м. В умовах ттсного 1снування активно!" плями на торц! сгрхчки товщиною 0,2-10~°м, як показала обробка даних квюзйомки й отриманих при цьому статичних характеристик дуги, анодне падгння на1хруги дуги (Уа) на 1СШ б!льше, н!ж при плавленн! електродним дротом.Розрахунком теплового балансу плавления с.трхчки й дроту однакового перер!зу з урахуванням даних кялориметрування електродних крапель й джоульово! теплота, що пидтляеться у вильотах електрод!в, показано, що при плавленн! сгр1чки товщиною о > 0,5*70-3м значения Уа так! ж, як й при плавленн! електродних дрот1в. Б±лыл ефективне плавления стр!чки,

н±ж дроту, пояснюеться мэншим твплоутриманням влвктродьшх крапвль при плавленн! стр!чки. 'Мзичним модвлшанням показано, що в межах локального токозйому з вильоту стр!чкового влвктрода (дуги) мае мтето згущення лшхй струму у вильот!. Цэ призводить до того, що у вильот! стр1чки за однакових умов наплавлення у 1,5-2,5 рази вид!ляеться бьлыле джоульового тепла, н±ж н!ж у дрот! однакового з нею поперечного перер!зу.

На ведм!ну в1д продвсу плавлення електродним дротом, коли при зворотн!й далярност! дуги коеф!ц1ент розплавлення влвктроду (ар) не залвжить вед складу флюсу, нами встановлено залвжн!сть (ар) стр!чки в!д складу флюсу. Аналхз теплового балансу плавлення стр!чкових влектрод1в над флюсом з урахуванням даних ¡хнього нагр1вання у вильот!, отриманих експериментальними вимхрами, й величини струму шунтування дуги крхзь шлак, який отримано за в!домими й за пропонованою нами вишрювальними методиками, дозволив встановити розрахунковий вираз для (ар) строкового влвктроду при дуговому наплавлкшанн1 п!д флюсом:

ар- I .(5 -ъп- ' Г/А с (5)

св у к в/

дв (ар0) -значения коеф!ц!ента розплавлвяня електроду с.трумом 1а у ведкритгй дуз!, т/А*с;

Гэ -величина току дуги (1д=1С>-ХШ), Л;

теплоутримання влектродних крапель при плавлвнн! строчки вхдкритою дугою током 1д, Дж/г;

Бв-теплоутримання металу в!д нагр!вання у вильот! електроду, Дж/г.

Експериментально встановлено, що при розплавлвнн! дугою температура шлаку на 90-180 К вище, Н1Ж температура плавлення флюса. Для пздвищення ар стр1чки п!д флюсом необ!дно зменшити значвшхя струму Гш та педвищувати нагр1в стр1чки у вильот1.

Врахування цього сп!вв1дношення при розробц! складу керам!чного флюсу для зносостхйного наплавлювання ножтв бульдозера забезпечило пздвищення ар стр!чкового електроду на 20-25% нор1вняно з процесом наплавлювання пед керам!чним/ флюсом ЖСН-1.

Т.Г.Кравцовим показано, що при малих струмах наплавлювання (тонкими стргчками) валик в центр! мае западину (седловину), а при великих струмах наплавлювання мае опуклу форму. Наш! досл!дження подтвердили Ц1 висновки.

Пропонован! в Патентах АвстрН, США, ЯпонИ' способи й конструкц!! електромагн!тних прилад!в з метою покращення формування валик!в при наплавлюванн! стр!чковим елоктродом, належать до суто електрошлакового процесу наплавлення. Водночас досладкеннями Л.К.Лещинського, Н.Н.Потапова, О.С.Волобуева, В.Ю.Мас-тенко, Е.Г.Старченко та 1нших автор!в встановлено, що продес наплавлення стр1чковим электродом з використанням в!тчизняних флюсхв (держав СНД) е переважно дуговим процесом. Процес формування валика для умов, коли при пересуванн! дуги по терцев! стр!чки змшюеться будова магн±тного поля вхд струму у вильот! стргши, е бьльш складншм, н!ж при суто електрошлаковому процесс!, що потребувало його досл!джэння.

У досл!дженнях використовували тезу, проголошену В.С.Мэчевим про те, що магнхтне поле зварювального контура визначаеться, здеб!льшого, струмом у вильот! электроду й у зварювальнЫ* дуз!, а вносок магн!тного поля в!д току, що розтхкаеться у вироб1, зноважливо малий.

Для розрахункового визначення електричного ноля при гтротшанн! струму у вильот! стрхчки використовано метод олектростатично! аналог!!. Зварювальну дугу моделювали пласким зарядом на торцвв! стр!чки (Рис.4,а).

.Дуга (плаский заряд) у двом!рному випадку зображуеться л!н!ею шириною "в", подаеться плоским джерелом, розподхленим на площин! торця в б (б - товщина стр!чки). Плаский заряд подабться як мэжа суми л!н!йних джэрел.

Зг!дно теореми Гаусса:

Ч"Р*ео*Гс» [6)

де р - питомий оп!р матвр1алу стр±чки; е0 - диэлектрична проникн1сть вакума; I - величина зварювального струму.

Мэжов! умови:

! .При 7=±В/2 =О, (7)

2.При М^г) =0, (8)

3.при я=я и(у.2)=о, (9) до и(у,г) - значения потенц!аду в точц! (у,г).

Потонцхальне полв плоского джерэла у нап1внеск!нченн!й пластин! мае такий запис:

■ Г Г0

Щу.г)= % \ 1п ', (Ю)

У»

до г=[(у"-у)2+г2}'/2; г/н%'Чук;

да у0 координата центру джервла.

Компонента цхльност! току у напрямку в!свй ОУ Я 02 вираховано за формулами:

Щтльнхсть току в будь-як!й точцх вильоту:

д

+ к

(12)

Застосовуючи метод дзэркальних вхдображань для врахування мвжових умов отримали вирази длу компонент щ1льност! струму у вильот! стрхчки:

г,--СП 1-1=-ОЭ

Г . У2К-У У2н~У 1 Г У'^-У У'ш~У 1 + [ ста8 -ггргг- -агсьв ц-ч \ -1 H2гcíg ]

Г у'2 к-у у ¿„-у 1 - [агсг8-фг--агегв-2т=г-\

(13)

-\тш>\ 2 2 I ггг71г:

П=-Г/Э гл=-0О 1

+ 1Т1-5-— - 1Т1-^-—

1п-

(14)

да 71к =г1+ъ/2' у'и, =ггъ/2~>

У'к =У^Ь/2; У'н =У'-Ь/2; " ("76.)

/;=РтВ+У0; У^(2т-1)*В-У0 (17)

¿¡=4п'Н; г^=2(2п+1)*Н, (18)

до У|, У!, - координата в±добрвжених даерел у напрямку В1с! ОУ; и'2 -коорд1нати вхдображвних джврел у напрямку вхс! 01 п,т -цвльн! числа,

Розрахунки дозволили встановити вфект згущення лхн!й струму в зонх дуги й урахувати його в тепловому баланс! плавления стрхчкових електродгв. Вирази {13,14) для ] , ^ використовували також для отримання розрахунковим шляхом значень гндукцх! магн!тного поля в!д струму у вильот! стр1ЧКових елвктрод1в.

Для п!драхунку компонент 1ндукц1! магн1тного поля використовували теорло векторного потенЩалу. Вхдпов!;цю ц1е! теор!! у загальному вигляд1

В=гой, (19)

з компонента щцукцИ магн!тного поля: йА йА

Вя=(гогА)к=-^—д^-, (20)

йА йА ОА„ ОА

де А - векторний потвнд!ал.

Ввкторний потвнц!ал виражвний як

Ч-5Н* I {2з)

V

дв ,/ - щьльн1сть струму в токонвсуч1Й дхлянц!; V - об'бм д!лянки, у як!й ЛО;

г - вхдстань в!д центру д!лянки з током до дослхджувано! точки (рис.4,б).

У точц! "С" простору у вильотх стр!чкового электроду складова хндукцх! в!д струму в элементарному прямокутнику (з векторами ^ та Зг*. густота струму) розм!рами у, 2 й товщин1 стр1чки -б (рис.46):

V \ Г Уг-У-^ГГ-У 1

= -- -2-'

I [(у-у0) +(г-20) ] л

де =( у* - об'ем елементарного прямокутного элементу

вильоту стр!чки;

У , - координата центру елементарного прямокутника;

У, £ - координата точки "С", в як!й вираховуються компонэнти хндукцН мапптного поля.

Повна !ндукц!я Вж отримуеться пхдсумуванням (Вх ) в!д усхх

алемвнтарних прямокутник!в з током:

В = 2 (В„ ) (25)

1 = 1 'Ч

дэ N - кьлькхсть елэментарних прямокутникхв з током у вильот1 стр!чнового електроду.

Аналогхчно пздраховано ¿ндукц1! Ву, Вг.

Встановлено, що розрахунковх дан! з точн!стю ± 2% сп!впадають з експеримэнтальними у зон1 локального токозйому. Чим дальше в±д торця стрхчки, там 0±льше ВС1 компоненти ХндукцХI зменшуються. За однакових вадстаней зправа й зл!ва в±д в!с! дуги, наприклад, в!дстанях 4*70_ом перепад абсолютних значвкь !ндукц!1 В* в пврер!з! г=-2*10~3ы для позицх! дуги У=-В/4 складае |лВх| -1,65* 10~3Тл, для позиц!! дуги У=-0,45В |дВ* |=2,в*7СГ3Тл, а для У=0 (у центр! стр!чки) |ЛВ* | =0. Результована електромагн!тна сила внаследок взаемодН В* з током у дуз! спрямована в!д центру стр!чки на плавкому торц! до I! краю, досягнувши краю с-тр±чки дуга утримуеться в цьому м!сц1. Ц1 дан1 пояснюють спостервжан! затримки дуги б!ля краю стр!чки й прискорен1 II пвресування в!д центру до краю стр1чки.

Компоненти хндукцх! Ву х Ву за наявност! виробу з феромагн±тного метврхалу помхтно зменшуються у д!лянцд токозйому

(дуги), а бхля повэрхнх феромагнетика Ву=0, В,=0, оскьльки с тангенщальними. При змщотп дуги до краю стрхчки нормальна окладова шдукц11 В2 зб±льшуетьс.я. Компонента В_ досягае максимуму на в£цстан1 в!д площини стр1чки Х=(5-10)*10~3м, убуваючи до нульових значень при Х=20*10~3м (рис.5). При взахмодх! Вг з горизонтальними складовими ицлънхсть току в рхдкому метал1 ванни, щ1льност! електромагнхтних сил максимальна на 6i4HHx дьлянках вашш, оскьльки щхльн±стъ струму, як з'ясовано, тут також максимальна. П1д д!ею цих сил розплав рухаеться до центру i в хвостову частину ванни, зменшушчи кхлькхсть (р1вень) його бхля кра!в ванни, утворхгочи опукл!сть у центрх валика й П1др1зи на його краях.

При малих струмах наплавлювання (до 400-450А), коли конвекц1я розплаву у ваннх слабко виявлена, магнхтне поле зварювалыюго контура обумовлюе не тхльки прискоренх пересувэння дуги до upa'iB стрхчки, але i pyx розплаву у цих напрямках, при кристал1зацх1 якого утворюеться дефект форми валика у вигляд! схдловини в його центр1.

Для зютцення таких дефектов пропоновано метод компенсаци грзд1ента 1ндукц11 |ДВ*| -у зон1 дуги. Показано, що компенсацхя | £\В-* | можлива за використання V-образного струмопхдводу до валъоту стрхчки. Розрахунково-експеримонтальним шляхом встановле-но, що для стр!чок шириною Bs^PCMCT^m компенсацхя оптимальна, якщо вильот у центральна частин1 стр!чки дор1внюе П ширинх (Н-В!, й зменшубться за лшгйним законом до значень h=i0,25~Q,30)*B б!ля II краю. У рол1 критерхя hkocti формування валика прийнято р1зницю значэнь висоти валика у центрх його -h, та б±ля краю -h2: (таблиця 1).

Для знищення зазначених дефектiB формування валика методом компенсацх! град!ента 1ндукц11 у 30Hi дуги запропоновано

встановити по краям стргчки (у площин1 вильоту стрхчки) нровхдники у витлядх прямокутних рамок, по яким прзтхкае постШний струм наплавлювання.

Критер1й якостх формування валика - h (таблиця 2) пхдтвердив, що при оптимальних в!дстанях в!д проводников приладу до виробу та кра!в стрхчки, що визначаються розрахунковим шляхом, можливо П1двищити якхсть формування наплавлюваних валик±в.

Для зншцення дефект!в формування валика у витлядх опуклост! в центральна його частин!, що спостерггаються при наплавлюванн! стрхчковим елвктродом при великих струмах (порядку 7 СО A i

Розподхлення максимальних значень компонент щцукцП В , В вздовж в1с1 ОХ

<

Каординота-Х'Ю, м О 5 Ю 15

20

& V

с*4 ^ 16

(пунктиры! л!нН - вироб ферромагнетик, суц!льн! лгал - вироб з немагнитного матерхалу) Рис.5

4 /

N ЗУ / / /

7 / О /

а 4У

У=-0,45В; г=-2* /О м: 1,2. -В ;

X -

3,4. - В

Схема до розрахунку температурного шля у вироб! при сп1льн!й д!1 елгасо1даого та елштичного джерел тепла

1. - елпкхпдне джерело; 2. -ел1птичне джерело. Рис. б

Таблиця 1

КритврхТ якост! формування наплавлених валикхв

т п.п. Вильот строкового електрода Величина критер!я - П*10ъ, м

в центрI (Н/В) 01ЛЯ края (Л/В)

1 1,0 0,15 Н1,0-1,5)

2 1,0 0,20 +(0,5-0,6)

3 1,0 0,25 0

4 1,0 0,30 0

5 1,0 0,35 -(1,0-1,3)

Прим1тки:7.-стр1чка 08т(0,2»40)*Ю~3}Л,1=360-400А;

1]^=31-33В,У„=0,556*10' м/с; флюс АН-348А;

2 -За р!вном1рного струмопхдводу по ширин! стр!чки (Н=В): Ъ.=-2,2*10~3м.

Таблидя 2

Дан! про критерхЛ якост! формування наплавлених валик!в

NN Вар!ант Ширина Ток Величина

п.п. наплавлювання СТр1ЧКИ- наплавлювання критер1Я

В*103,м ^ ?г* 10' ,м

1 2 3 4 5

1 Вез управления 40 360-380 -2,20

2 Без управлхння - ,60 420-440 -2,00

3 Вез управл!ння 80 500-520 -2,10

4 3 управл!нням 40 360-380 -0,21

5 3 управл!нням 60 420-440 -0,03

6 3 управлгнням 80 500-520 +0,20

Примггка: Стрхчка Обкп 0=0,2«10~3м, и =31-338,

Ун=0,556*70" м/с, флюс АН-348А;

01льша), запропоновано метод компенсац!! р±зноспрямованих по краям ванни нормальних компонент 1ндукцх1 магн!тного поля, що утворюаться струмом, що протхкае у вильотх стргчки. Для таких цхлей запропоновано по бокам зварювальнох ванни встановлювати проводники у вигляд! прямокутних рамок, по яким протхкае .ток наплавлювання. Для посилення нормальних компонент ±ндукц!1 В2

зэпропоновано використовувати П-образн1 магн!товоди, що встановлюються на горизонтальних элементах приладу.

В працях Н.Н.Рикал!на, А.А,.£рох!на, 1.Д.Кулаггаа та !нших автор!в, висловлювалось" уявлення про те, що точн1сть розрахованих ронм1р!в зварювально!.ванни можа Сути педвищено, якщо врахувати, що при дуговому зварюванн! нагр!вання виробу здМснюеться не т!льки поглибленою в основний метал дугою, але й теплом, що припасено у редкому метал! та шлаков! зварювально! ванни. Доц1льн!сть модел1 двох джерел тепла стосовно дугового зварювання тонколистового металу показано в працях ВЛ.Столбова, В.П.Потехина. Враховуючи це, нами пропоновано стосовно дугового наплавлхшання п!д флюсом перше даерело (зварювальну дугу) - в головн!й частин! ванни - уявляти як елшсоедний з об'емним розподхлом теплового потоку по нормальному закону, а друге джерело - у хвостов!й частин! ванни - уявляти плоским у вигляд! полуел!пса. Розрахунком теплового баланса процесу наплавлення електродним дротом пед плавленими флюсами (АН-348А, ОСЦ-45, АН-60, АН-20, АН-26) й керам!чним флюсом ХСН-1 встановлено, що потужн!сть першого. джерела складае 7ОЖ, а другого - 16% вед повно! потужност!, що вид!ляеться зварювальною дугою, незалежно в!д параметр!в режиму наплавлювання.

Доследжено принцип замши реального джерела' тепла (заглублено! дуги) моделлю ел!псо!дного джерела з нормалышм законом розпод!лу теплового потоку по трьом координатам простору.

Закон просторового" розпод!лення теплового потоку принято у ВИГЛЯД1

- (кх * х2 +ку * уг * г2 ) а = о * е , (26

да - об'емна гущина теплового потоку;

- максимальна об'емна гущина теплового потоку;

кх, ку, кх - коеф1ц!8нти зосередженост! теплового потоку джерела вадповадно вздовж в!с! х, у, г.

Встановлено, що для ел!псо!да з розм!рами подув!с1 Р Р Р

г=—--, г=-, г=--(27.)

" /КГ " /*Г " /КГ

можна рекомендувати значения коеф!ц!ента р=2.

Розглянувши д1ю миттевого елшсо1дного джерела тепла з подальшим переходом до пост1йно дхичого й рухомого джерела тепла

отримано розрахунковий вираз для прирощення температури у точщ у виглядi . плоского шару товщиною "б" з- обома ад1абатичними границями

к

2qt*EXPÏ ^¡Ц1 } - 4a(!llt—г]

fi _ \ f L О" С'У

1 < х . V . z > ¿ J

J_mJ cj(<ma.)3"2[(t+toJ*(Utûy)*(t+t^,)J

дв t) - шв1дк1сть зварювання, або наплавлювання; t -час flîï джерела;

g - ефбктивна теплова потужнгсть джерела;

Коли приймемо та íú2= =0 у рухом1й систем!

2

координат отримано розрахунковий вираз для прирощення температури в точу! плоского шару товщиною "б" з ад!абатичними поверхнями:

К

т

^[т^^-таН&Сг]1«

2,х-у-г> J С7С 4Ж1)3'2 Г (t+toy )* (t+tov ,)«í 71

(29)

де С[2 - ефективна теплова потужйсть другого (плоского) дозрела;

I - вздстань вгд центру першого джерела (Рис.б), що визначаеться як в!дстань до перер!зу Х=Ъ, у якому спостерггоеться максимальна ширина !зоторми Т=ТШ на поверхн! виробу, що визначаеться за вiдомою методикою М.М.Рикалзна.

Прирощення температури у точц! т1ла (виробу) вхд спхльно! д1! джерел (Рис.б.)

Т = Т + Т . (30)

<X,y,ZÏ 1 1 X , у , 2 > 2 (X , У ,1 )

Друге джерэло тепла розподхлено на в!дстан1 гх (вздовж вici ОХ), що дортвнюеться довжин! xboctoboî частини ванни

■п *Г *и

Т ц св 9 1

в х-в---2%к*Т- '

пл

а вздовж В1С± ОУ на вхдстан! гу=В/2, де В - ширина шва, що обчислюеться за методикою М.М.Рикалша, т]и=0,бб.

Глибина лунки пХд дугою (А) та дхаметр п'ятна дуги на вироб! (йт) визначено експериментально за розроблвними методиками з використанням тугоплавких вставок ±з вольфраму, вбо з танталу. Глибина лунки пхд дугою визначена також розрахунковим шляхом з використанням вкстеримэнтальних даних про д!аметр п'ятна дуги на вироб! та про тиск (посилення) дуги на вироб. Розрахунки виконано за рХвнянням для вьльно! поверхн! розплаву при впливов1 на не! поверхових сил (тиску дуги), з урахуванням поверхневого натягу розплаву, що запропоновано Н.Н.Раровим, А.А.Угловим, 1,В.Зуе.вим. Розрахунки виконано чисвлъно за методом Рунгв-Кутта.

Посилвння дуги на основний метал визначено з виразу, що отримано при обробцх експериментальних даних:

9 с1 С В *

де К - коеф!ц!ент, що залежить В1Д д!аметру влектрода; для електродхв дхамвтром 3;4;5 мм Ка (в1дпов!дно) дор!внюе 1,25*1О'7; 0,76* 7О"7; 0,44*10"7 [Н/Аг1.

Посилення дуги на вироб при наплавлвнн1 з впливом на дугу ПРМП: ' .

а =3*10~*м: Р'=Р -3*10~**1 «В Ш];

э 9 9 н 2

л=4*10~3и: Р'=Р -2*10 *1*В [Н1;

О 9 9 Н 2 *

й=5*10~ам: Р'=Р -1,2*10'**! *В Ш;

э 3 9 Их'

(33.)

де - посилення дуги на основний метал при зварюваннх: без квруючих вшшв!в;

В^ - величина поздовжньо! компоненти хидукцИ ПДМП.Тл.

ОСробкою експериментальних даних отримано формули для величини с2т при наплавленн! електродним дротом п!д флюсом без керуючих впливхв, а також при впливанн! на дугу ПДМП 1 ПОМП.

Розрахунково-експеримвнтальним шляхом показано, що глибина лунки п!д дугою при впливаннх на дугу ПДМП значно змешуеться, що складае (1-г2)*10~3м.

Окреслення форми зони проплавлювання основного мвталу, що

отримано розрахунковим шляхом за розроблэною програмою на ЕОМ з використанням модел! двох даерел тепла, задовьльно сп!впали з експериментальними даними при наплавлюванн! електродним дротом п!д флюсом без керуючих вплив!в, при наплавлюванн! з поперечними коливаннями электрода й наплавлэнн! з впливами керуючих магн!тних пол!в. Показано також задов!льну сх!дн1сть з досл!дними даними контур!в посилення валикгв, отриманих розрахунковим шляхом на ЕОМ за розроблэною програмою з використанням р!внянь Б.М.Бэрезовського та розрахункових даних про ширину зони проплавлення (В) й площини наплавлэного металу (Ра) при наплавлюванн! без керуючих вплив1в 1 з кэруючими впливами.

ВЛ.Махненко, Т.Г.Кравцов запропонували формули для розрахункового визначвння розм!р!в зварювально! ванни при наплавлюванн! стр!чковим электродом. Але 1.1.Фрум!н показав значну нэв1дповхдн1сть розрахункових та експэримэнтальних даних про глибину проплавлення металу при наплавлюванн! стр!чковим електродом. Виконаними досл!дженнями було показано, що розрахунков1 та експэриментальн! данн! В1др1зняються на порядок.

Калор!мэтричними досл!джвннями встановлено, що значения ефективного к.п.д. нагрхву виробу дугою (т)и) при наплавлюваннх стр!чкою не менш!, н!ж при наплавлюваннх дротом (в!дпов!дно т)^0.89-0.92 та т]и=0,88-0,89). Анал!зом ф!зичних процес!в у зварювальнМ вант показано, що при ноапавлоннх стр!чковим електродом джервлом тепла е весь об'ем зварювально! ванни. Задовмьну сх!дн1сть з вксперимэнтальними данними про глибину проплавлювання металу мають розрахунков1 дан!, отриман! з використанням р!внянь для тэмпературного поля В1Д рухомого плоского нап!вел±птичного джерела тэпла та значень т]и=0,9. Необх!дн! для розрахункхв Нпр розм!ри зварювально! ванни у план! отримували за в!домими рхвняннями В.1.Махненка, Т.Г.Кравцова.

Розроблен1 технологхчн! процеси наплавлювання й зварювання з керуючими впливами отримали застосування у промисловост±.

На Полтавському завод! "Х!ммаш" при зварюванн! корпус!в реактор!в х!мвиробництв електродним дротом п!д флюсом шв!в стикових з'еднанъ пхд емалювання з листово! стал! 08кп товщиною (10-20)*10~~'м використан! попаречн! коливання электрода, а також поперечн! й поздовжн! магнхтнх поля з частотою /=50Гц. гозрахунково-экспэриментальним шляхом ' визначено оптимальн! парамэтри режиму зварювання з керуючими впливами при змгнах зазору в стиков! у мэжах в=(0-4)*10'3м. Отримано шви, що придатн!

л±д емалювання п!сля зварювання, що дозволило вгдмовитися вхд ззстосованого ранлиэ зняття посилення швхв ур±вэнь механхчним шляхом.

На ОАТ "енак!евський мвтадургхйний завод" при наплавлюванн! влвктродним дротом П1Д флюсом зношвних деталей металург1йного устаткування, що мали форму т!л обертання, застосовували пост1йне ПДМП, що утворено соленоiдом, по обмотц! якого протшав струм наплавлювання. Розрахунково-експериментальним шляхом встановлвн! оптимально розм±ри соленохда, за якими забезпечуеться максимально ефективний вшшв ПДМП на розмхри наплавлюваних валик!в.

На AT "Пожзахисту" (м. Mapiуполь) при однопрох iдаому зварюванн! стикових з'еднань (на мхднхй шдкладц!) корпусхв вогнегасник!в з маловуглецввох стал! товщиною (1,4-2,0)*Ю'аи влвктродним дротом д!амвтром 2,0*10~5м п!д флюсом застасовано пост1йне ПДМП, що генерувалося солвно1дом, по обмотц! якого протшав струм зварювання. Де дозволило покращити формування шв!в, знищти пропалювання металу, зменшити трудом1сткхсть робот з л1кв±дац11 дефектхв у зваршвальних з'еднаннях.

Застосування розроблвно! конструкцИ електромагн!тного приладу з пров1ДНИк±в, по яким прот!кае струм наплавлювання, при зносост!йкому наплавлюванн! стрхчковим електродом П1Д керам!чним флюсом нож!в бульдозер1в на РМЗ (м. Мархуполь) дозволило лхквхдувати П1др!зи, на 20-25% пхдвищити довговхчн!сть наплавлених деталей.

На концерн! "Азовмаш" (м. Мар1уполь) при механ!зованому зварюванн! плавким електродом валика хромонгкелевих типу 18-10 сталей для припинвння блукань катодного п'ятна дуги окисленою поверхнею виробу, запропоновано зд!йснити дом!шки в аргон до КМ вуглвкислого газу. При цьому не порушуеться струмковий характер переносу електродного мвталу, забазпечуються М1цн1ст! характеристики зварювальних з'еднань (у тому числ! й ст!йк1сть шв±в проти МКК) та покращуеться формуваххня шв±в. Зварювання ввртикальних шв!в таких сталей пропоновано виконувати нап!вавтоматом пульсуючою дугою. Розроблвно апаратуру для мвхан!зованого зварювання й визначвно оптимальн! парамотри режим!в зварювання ввртикальних швхв стикових, таврових та з'еднань внапусток мвталу товщиною (3-10)* 10~эм пульсуючого дугою у cyMimi газ!в: 90Ж Аг + 1<Ж Сог.

Упроваздення розробок на п1дприемствэх дозволило отримэти значний економ±чний ефект.

ЗАГАЛЬН1 ВИСНОВКИ ТА РЕЗУЛЬТАТИ РОВОТИ

1. Застосування магн±тних полхв для керування геометричними розм!рами перетину валика та шову затримувалось недостатнюю шечен1стю процес±в взаемодН магн!тних пол!в з! зварювальною дугою та редким металом ванни. Для ефективного використовування при наплавлюванШ п!д флюсом стрХчкового электроду знадобилось вивчення процесу плавления електродного та основного металу, а також природа утворення дефект1В формування наплавленого валика.

2. Матэматачним та ф1зичним моделюванням поцес!в установлено, що на передай! ст!нц1 кратера гздроданамхчнх параметри пл!вки р!дкого металу зумовлюшться, здобольшого, тиском зварювально1 дуги, а у хвостовй! частинг ванни пхд Д1ею сил Лоренца течхя р!дкого металу е вихровою. При зб!льшенн1 швидкост! дугового зварювання педрхзи утворюються через перебудову режиму точи розплаву та в!дтоком його до хвостово! частим зпнрюнально! пашш.

3. Збхльшення ширини валика при наплавлюванй над флюсом 13 дхями знакоперемХнного поперечного магнхтного поля починаеться з якогось м:га1малыюго-р1вня щдукцзл магнхтного поля, що мае назву порогового р1вня. Значения порогового рхвня гадукцИ збьльшуються при зб1льшеннх частота магнхтного поля. Це пов'язано 31 стаб1л1зуючим впливом на просторову ст!йк!сть дуги шлако-газово! порожнечх навколо не1.

При наплавлюванн1 п!д флюсом ширина валика збъльшуеться, а глибина проплавлення металу зменьшуеться в однаковому ступвнг при зб:гльшвнн1 1ндукц11 пост1йного й знакопврвмхнного частотою 50Гц поздовжнього магнйного поля. Зм±нення розм1р1в змш проплавлення пов'язан1 31 збЬльшвнням Д1аметра плями дуги на вироб! та зменшенням тиску дуги при впливанн± поздовжнього магн!тного поля.

Вс-тановлена залежнгсть вфективност1 проплавлення основного металу при наплавленн1 з д!ею поздовжнхх магнггаих пол!в в±д знаку град!енту нормально! компонента ±ндукц11 вздовж рад1уса В1Д В1С1 електрода е основною ' для конструювання прилад!в, що генерують керуючи поздовжен1 магнггнх поля.

4. Встановлено, що процес наплавлювання стрхчковим электродом пед флюсом е, здебхльшого, дуговим' процесом, а доля струму, що шунтуе дугу кр!зь шлак, не перевищуе 50% струму наплавлення.

Для падвшцення коеф±цхента . розплавлення стргчкового електрода п!д флюсом нао6x1дно зменшувати елвктропров1ДН1Сть шлака та падвищувати температуру його плавления.

5. Розрахунковим шляхом встановлено, що тополог!я магн±тного поля вед струму у вильот1 у зв'язку з пересуваннями активно! плями дуги на плавкому торцх стрхчки, а також оОмвженхстю розм1р1в II на цьому торцвв! значно складнша, н!ж при електрошлаковому процвс1 наплавлюваня, коли токозйом зд!йснюеться по вс1й ширин1 стрхчки. Компонента гадукцИ магн!тного поля вед струму у вильот! значно Охльше, Н1ж вад струму у вироб!. Електромагн1тн1 сили, що д1ють на зварювалъну дугу, або редкий метал зварювальжп ванни, утворен! взаемодхет струму в них з компонентами хндукцН в!д току наплавлення у вильот! стр!чкового электрода. Встановлена електромагн!тна природа утворення дофектхв форми наплавленого валика й утворення П1др1з±в.

Пропонован! прилади, що компвнсушть власне поле зваршвального контура, дозволили прибрати дефекта формування валик!в, наплавлених стр!чковими електродом пад флюсом.

6. Використування схеми нагр±вання виробу загруОленим в основний метал трьохм!рним ел1псо1дним джерелом тепла, що моделюе зварювалъну дугу, й плоского нап!велштичного джерела тепла у хвостов!» частинх ванни, що враховуе тепло перегреву редкого металу й шлаку зварювально! ванни, дозволяе отримати дос-тов1рнх розрахунков! данн! про розм!ри зони проплавлення основного металу при наплавлюванн! й зварюванн! стикових з'еднань електродаим дротом з керуючими Д1ями. Методика дозволяе розраховувати розмхрл зони проплавлення при наплавлзаванн! стрхчковим електродом пад ¡флюсом.

Використання розрахункових даних про ширину зони проплавлення основного метала й коеф1ц!ента розплавлення електрода при наплавлена! з керуючими магн1тними полями дозволяе визначити форму посилэння валика розрахунковим шляхом.

7. Використування магн!тних пол!в при наплавюваннх електродним дротом пед флюсом деталей металургхйного обладнання, ст!чковим электродом пед керам1чним флюсом нож!в бульдозер!в, при зварюванн! пед флюсом шв1в над емалювання й зварювання тонколистового метала дозволило покращити формування метала, падвшцити службов! характеристики наплавлених деталей й зварних конструкцхй, зменшити працевитрати на IX виготовлэння, та соб!варт1сть продукци. Знищення блукання катодно! плями дуги на

виробг при мвхан!зованому зварюванн! плавким елвктродом стал! 12Х18Н10Т дом!шком до аргону до 10% вуглекислого газу дозволило покращити формування швхв при зварюванн! у нижньому положенн± та ввртикальних шв!в.

Упровадження розробок на п!дприемствах дозволило отримати значний вкономхчний ефект.

Основний зм!ст дисертац!! опубликовано у таких прадях: 1. Размышляев А. Д. Исследование скорости движения жидкого металла в сварочной ванне при дуговой наплавке под флюсом // Сварочное производство. -1979.- N 9. -с.3-5.

2. Размышляев А.Д. Гидродинамические параметры пленки жидкого металла на передней стенке кратера ванны при дуговой сварке // Автоматическая сварка. -1982. -Н 1.-с.20-25.

3. Размышляев А.Д. Управление геометрическими размерами швз при дуговой сварке и наплавке воздействием магнитных полой // Сварочное производство. -1994. -Я 9. -с.26-31.

4. Багрянский К.В., Размышляев А.Д., Нестеренко К.А. К вопросу о производительности расплавления ленты при электродуговой наплавке под флюсом // Сварочное производство.-1975.-И 3. -с.42-44.

5. Размышляев А.Д.," ^Нестеренко К.А. Особенности плавления ленточных электродов под флюсом // Пути повышения долговечности и надежности деталей металлургического оборудования. -Ворошиловград. -1973.-с.7.

6. Багрянский К.В., Размышляев А.Д. К расчёту тепла, выделяющегося в вылете ленточных электродов // Сварочное производство. -1973. -Я 4. -с.5-6.

7. Багрянский К.В., Размышляев А.Д. Расчет джоулева тепла, выделяющегося в вылете ленточных электродов // Прогрессивные методы сварки и наплавки в черной металлургии и машиностроении. -Жданов. -1972. -с.7-8.

в. Размышляев А.Д., Багрянский К.В., Нестеренко К.А. Особенности процесса плавления электродной ленты при дуговой наплавке // Современные методы наплавки и наплавочные материалы. -Киев: -1975. -с.178.

9. Размышляев А.Д., Багрянский К.В., Нестеренко К. А. Теплосодержание капель при дуговой наплавке // Сварочное производство. -1972. -Я 5. -с.15-16.

10. Размышляев А.Д., Нестеренко К.А., Сологуб Б.Б. Энергетические параметры дуги и тепловой баланс при плавлении ленты открытой дугой // Автоматическая сварка. -1984. -И 10. -с.72-74.

11. Размышляев А.Д. Исследование тока, шунтирующего дугу через шлак при наплавке под флюсом // Сварочное производство. -1982. -N 5. -с.38-39.

12. Щетинина В.И., Носовский Б.И. и Размышляев А. Д. Энергетические характеристики дуги. горящей на ленточном электроде // Сварочное производство. -1975. -N 9. -с.3-4.

13. Размышляев А.Д. Перемещение дуги при плавлении ленты под флюсом // Автоматичесская сварка. -1983. -N 6. -с.70-71.

14. Размышляев А.Д., Маевский В.Р. Электротехнологические особенности процесса дуговой наплавки ленточным электродом // Тезисы докладов первой научно-практической конференции сварщиков Средней Азии и Казахстана. -Караганда: КПИ, 1991. -с.23-24.

15. Размышляев А.Д. Исследование потоков жидкого металла в ванне при дуговой сварке // Сварочное производство. -1985. -Я 10. -с.31-32.

16. Размышляев А.Д., Панкратов H.A. Скорость движения металла в сварочной ванне при наплавке под флюсом // Прогрессивные методы сварки в тяжелом машиностроении и наплавки в"черной металлургии. -Жданов: 1977. -с.42-44.

17. Размышляев А.Д. " Уточненное определение толщины жидкой прослойки под дугой // Автоматическая сварка. -1980. -N 7. -с.74-75.

18. Размышляев А.Д. О движении жидкого металла в ванне при дуговой сварке // Повышение качества и эффективности процессов сварки и наплавки. -Киев: Нэукова думка, 1984. -а.24.

19. Особенности нагрева и проплавления основного металла при дуговой наплавке лентой под флюсом / А.Д.Размышлявв, К.В.Багрянский, В.Я.Урюмов и А.С.Акритов // Сварочное производство». -1975. -N 12.-с.3-5.

20. Маевский В.Р., Размышляев А. Д. Моделирование пространственного распределения теплового потока сварочной дуги // Деп.в УКРНИИНТИ N 1571 -УК-90 от 7.09.90. -12с.

21. Размышляев А.Д., Маевский В.Р. Моделирование температурного поля пространственно-распределенного источника // Деп.УКРНИИНТИ

Я 1570-УК90 от 7.09.90. -10с.

22. Размышляев А.Д. Методика для определения толщины жидкой прослойки под дугой при сварке // Дэп.в УкрНИИНТИ N 621-УК90 от 09.04.90.-10с.

23. Размышляев А.Д., Маевский В.Р. Методика расчета размеров сварочной ванны при дуговой наплавке под флюсом // Сварочное

3b

производство. -1994. -Я 7. -с.20-23.

24. Размышляев А.Д., Темирбек О.Д., Маевский В.Р. Расчет контура сварочной ванны при наплавке колеблющимся электродом // Математические методы и САПР в сварочном производстве. -Свердловск: 1990.- с.37.

25. Размышляев А.Д., Сологуб Б.Б. Глубина проплавления основного металла при наплавке ленточным электродом // Автоматическая сварка. -1976. -N 7.-е.

26. Размышляев А.Д., Багрянския К.В., Нвстеренко К. А. Исследование давления дуги при наплавке электродной лентой // Современные метода наплавки и наплавочные материалы. -Киев: Наукова думка, 1975. -с.31.

27. Размышляев А.Д., Лещинский Л.К., Нестеренко К. А. Распределение толщины прослойки жидкого металла по длине кратера сварочной ванны // Автоматическая сварка. -1975. -N 12. -с.62-63.

28. Размышляев А.Д. Расчет термических циклов точек при наплавке ленточным электродом // Прогрессивные методы сварки в тяжелом машиностроении и наплавки в черной металлургии. -Жданов: -1977. -с.38-39.

29. Маевский В.Р., Томирбек О.Д., Размышдяев А.Д. Расчет размеров сварочной ванны при дуговой наплавке под флюсом при заданной схоме движения электрода // Сварочное производство. -1995. -N11. -с.21-24.

30. Размышляев А.Д., Маевский В.Р. Электромагнитная природа образования дефектов при наплавке ленточным электродом

'/Термодинамика технологических систем. -Краматорск: 1993. -с. >28.

31. Размышляев А.Д. Использование магнитных полей для управления формой шва при дуговой сварке под флюсом // Сварные конструкции. Тезисы международной конференции. -Киев: ЙЭС им.Е.О.Патона, 1995.

-с .61.

32. Размышляев А.Д., Маевский В.Р., Рогачевский А.Х. Совершенствование технологии автоматической сварки швов стыковых ■'оединений под эмалирование // Термодинамика технологических ¡гроцессов. -Краматорск: КИИ, 1992. -с.47-48.

43. Размышляев А.Д., Маевский В.Р. Технология автоматической сварки под флюсом швов под эмалирование // Тезисы докладов региональной научно-технической конференции. Т.2. Машиностроение. -Мариуполь: МММ, 1992. -с.68.

34. Размышлявв А.Д.-,.. Маевский В.Р., Акритов A.C. Моделирование

процесса теплопереноса для определения размеров ванны при дуговой сварке под флюсом // Численные метода в гидравлике и гидродинамике. -Донецк: ДонГУ, 1994. -с.69.

35. Маевский В.Р., Размышляев А.Д. Сварка швов под эмалирование с поперечными колебаниями электрода // Термодинамика технологических систем. -Краматорск: КИИ, 1993. -с.129.

36. Размышляев А.Д., Маевский В.Р. Математическое моделирование электрического поля в вылете и магнитного поля в зоне дуги при наплавке ленточным электродом // Прогрессивная технология производства, структура и свойства порошковых изделий, композиционных материалов и покрытий. -Волгоград: 1992. -с.48.

37. Количественная оценка склонности наплавочных материалов к образованию отколов /А.Н.Серенко, В.А.Муратов, А.В.Почепцов, А.Д.Размышляев // Сварочное производство. -1970. -Я 6. -с.3-5.

38. Размышляев А.Д. Легирование металла при наплавке ленточным электродом под керамическим флюсом // Сварочное производство. -1972. -Я 7. -с.27-29.

39. Багрянский К.В..Размышляев А.Д. Особенности плавления флюсов и легирования металла при наплавке ленточным электродом под керамическим флюсом // Автоматическая сварка. -1972. -Я 3. -Деп. N 3212-71. -С.41.

40. Размышляев А.Д., ■ Нестеренко К.А. Электродуговая наплавка ножей бульдозеров ленточным электродом под керамическим флюсом // Реферативная информация о законченных НИР в ВУаэх УССР. -Киев; 1976. -Вып.17. -с.25-26.

41. Размышляев А.Д. Электродуговая сварка модулированным током вертикальных швов хромоникелевого сплава типа 18-10 // Новые процессы сварки, сварка импульсной дугой и модулированным током. -Киев: ИЭС им. Е.О.Патона, 1988. с.27.

42. Размышляев А.Д. Электродуговая сварка модулированным током вертикальных швов хромоникелевых сталей типа 18-8 // Импульсные процессы сварки. -Киев: ИЭС им.Е.О.Патона, 1988. -с.62-66.

43. Размышляев А.Д. и Псарас Г.Г. О рациональной конструкции проточной части горелки для механизированной сварки плавящимся электродом // Сварочное производство. -1987. -IV б. -с.8-9.

44. Размышляев А.Д., Маевский В.Р. Строение магнитного поля в межэлектродном промежутке при. дуговой наплавке ленточным электродом // Сварочное производство. -1995. -И2. -с.15-18.

45. Размышляев А.Д., Маевский В.Р. Расчет температурного поля от подвижных пространственно распределенных источников //

г<--::тнж ПГТУ.-Мариуполь: ПГТУ, 1996.-е.185-188.

■!>.■. А.с.837657 СССР. Устройство для измерения шлаковой проводимости при дуговой сварке под флюсом // Размышляев А.Д. -Опубл.в Б.И. 1981,

47. А.с.1703320 СССР. Способ наплавки ленточным электродом /

A.Д.Размышляев и В.Р.Маевский. -Опубл. в Б.И. 1992. -Ы 1.

48. 1^.0.170*1973 СССР. Устройство токоподвода к электроду для сварки и наплавки мэгнитоуправляемой дугой / А.Д.Размышляев и В.Р.Маевский. - Опубл. в Б.И. 1992. -и 2.

4п. К.с.1815058 СССР. Устройство для сварки мэгнитоуправляемой дугой -Д.Д.Размышляев. В.Р.Маевский,С.А.Волков и В.Ю.Коваленко. -Опубл. в Б.И. 1993. -Я 18.

50. А.с \726177 СССР. Способ дуговой сварки / Л.Д.Размышляев,

B.Р.Маевский. -Опуб. в Б.И. -1992. -Я 14.

г-. А.с 1808560 СССР. Способ автоматической элоктродуптой стрки / А.Д.Размышляев и В.Р.Маевский. -Опуб. в Б.И. 1993. -М 14. 52. А.с.407696 СССР. Керамический флюс / А.Д.Размышляем. Л. Ы.Лэщинский, В.В.Тарасов и др. -Опуб. в Б.И. 1973. -И 47.

АННОТАЦИЯ

Размышляев А.Д. физические основы формообразования валиков и швов при дуговой наплавке и сварке с управляющими воздействиями, рукопись, диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.03.06 "Технология и оборудование для сварки и родственных процессов". Приазовский государственный технический университет, Мариуполь, 1996т.

Установлены физические закономерности формообразования валиков и швов стыковых соединений при электродуговой наплавке и сварке электродной проволокой под флюсом с воздействием поперечных, продольных магнитных полей, поперечных колебаний электрода и при наплавке ленточным электродом. Изучена топология магнитных полей пвзрочного контура, установлена электромагнитная природа нарушений формирования наплавленного валика. Предложены способы и устройства д::н устранения дефектов формирования валиков и швов при дуговой наплавке и сварке. Предложены методы расчетного определения формы и размеров зоны прошгавления и усиления валиков и швов при дуговой наплавке и сварке с управляющими воздействиями.

Ключевые слова: зварювання, формоутворзння uiBis, магнгтнэ поле, 1ядукц1я магнйного поля, звэрювальнз ванна, стр1Чковий электрод, джерело тепла.

ABSTRACT

Pazmyshljaey A. D. Physical Fundamentals of bead and Weld Formation in Submerged Arc Welding and Arc Weld Surfueing with Controlling Effects, a manuscript, dissertation submitted for a D.Sc degree in Welding Technology and Iqnipment and Allied processes (05-03. 0.6 speciality ), Azov Sea Region State Technical Unive3Sity. (ASTU).

The physics of bead and weld formation for butt joint designs паз been established for electric arc surfacing and submerged arc welding with the effects of applied transverse and longitudinal magnetic fild3 and with the trausverse movements of the electrode.

The patteru3 of the magnetic fields of the arc welding circuit have been studied and the electromagnetic nature of the poor surface bead formation has been found out. Some technigue3 and devices have been suggested to remove the defects in the bead and weld formation for arc welding and. surfacing. Methods of calculation for determining the 3hape and size of' the fusion zone have been presented and bead and weld meinforcement by using controlling effects have been suggested.