автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Исследование и разработка технологии гелиеводуговой сварки неплавящимся электродом тонколистовых элементов из сплавов типа хромаль

На правах рукописи

Власов Сергей Николаевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ГЕЛИЕВОДУГОВОЙ СВАРКИ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ ТОНКОЛИСТОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ СПЛАВОВ ТИПА ХРОМАЛЬ

Специальность 05.03.06 - Технологии и машины сварочного

производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград - 2004

Работа выполнена в Волгоградском государственном техническом университете.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор, ЛЫСАК Владимир Ильич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

СИДОРОВ Владимир Петрович. доктор технических наук, профессор ВАРУХА Евгений Николаевич.

Ведущая организация ФГУП ПО «Баррикады», г. Волгоград.

Защита состоится 24 июня 2004 г. в 10.00 на заседании диссертационного совета Д 212.28.02 при Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400131, г. Волгоград, пр. Ленина. 28, ауд. 209.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета.

Автореферат диссертации разослан «7й» /чаЯ 2004 г.

диссертационного совета

Ученый секретарь

Кузьмин СВ.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. 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 A12O3. существенно препятствует сплавлению свариваемых кромок, а также является причиной непроваров и неметаллических включений в металле шва. Хромалевыс элементы сопротивления чаще всего выполняются в виде ленты толщиной от 0,2 до 3,2 мм, что дополнительно требует учета технологических особенностей снарки гон кол истовых 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 ненлавящимся 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. Ющснко 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 гелие-

Автор выражает глубокую благодарность к.т.н., докен при анализе и обсуждении полученных результатов.

■ помощь

библиотека I

водуговой сварки выполнялись в ИЭС им. Е.О. Патона (Д.М. Рабкин, O.II. 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 нсплавя-щихся 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 элементе 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, теплофизических 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 малоамиерной дугой в гелии;

3. Исследованы энергетические характеристики малоамперной дуги «вольфрам-хромаль Х231О5» 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 повышаем балл зерна металла шва и околошовной зоны, способствует термическому разрушению поверхностной окисной пленки за счет увеличения коэффициент 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, которое 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 же-лезохромоалюминиевый сплав с высоким электрическим сопротивлением. В качестве способов сварки применялись аргоно- и гелиеводуговая 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-гслиевых смесей, позволяющих обеспечить наибольшее тепловложение и сосредоточенность нагрева при сварке сплавов типа хромаль неплавящимся электродом и способствующих получению бездефектных сварных соединений с высокими механическими свойствами. Определены рациональные с точки зрения обеспечения максимальной стойкости KOHCI-рукции 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 ферритиых сталей, коррозионностойких сталей с повышенным содержанием бора, сплавов типа хромаль, дисперсионно твердеющих алюминиевых сплавов и др. материалов, требующих повышенной жест кости термического цикла сварки.

Для МП ПО «Волгоградэлектротранс» разработана технология гслиеводуговой сварки ненлавяшимся 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 «Слои-

стые 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 приложений. Она изложена на 170 листах машинного текста, содержит 79 рисунков и 13 таблиц. Список литературы содержит 120 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ ХРОМАЛЕЙ МАЛОАМПЕРНОЙ ДУГОЙ С НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ В ГЕЛИИ

Характерной особенностью дуги с неплавящимся электродом в гелии является изменение величины Ес с ростом тока дуги. При увеличении тока от 12 до 20 А напряженность поля в столбе дуги снижается с 3,75 до 2,5 В/мм. Данная закономерность прослеживается и при дальнейшем увеличении тока. Так по данным И.Е. Лапина и В.А. Косовича при токе 100 А величина Ес составляет 1,75 В/мм, а при увеличении тока дуги до 200 А - снижается до 1,5 В/мм. Это связано, по-видимому, с высокой теплопроводностью гелия, которая способствует охлаждению периферийных областей столба и сжатию дуги. Очевидно, что в диапазоне малых токов такое воздействие будет выражено сильнее, что приводит к более сильному сжатию столба и сопутствующему росту напряженности электрического поля.

Влияние таких конструктивных параметров неплавящихся электродов (традиционной конструкции), как диаметр и угол заточки рабоче1 о участка выражается в росте напряжения на дуге и обусловлено сжатием катодного пятна при увеличении указанных параметров. При использовании электродов больших диаметров снижается температура вылета (при равном токе), что заставляет катодное пягно сжиматься до пределов, обеспечивающих такую плотность теплового потока в него, при которой уровень термоэлектронной эмиссии достигнет значения, достаточного для поддержания устойчивого горения дуги в данных условиях. Подобный механизм реализуется и при увеличении угла заточки электрода. При этом изменяется распределение температур (в сторону уменьшения) по длине рабочего участка, что обуславливается увеличением теплоотвода в корпус.

Влияние угла заточки электрода а (в опытах применялись электроды с углом заточки 15 и 90°) в большей степени характерно для дуги в аргоне: рост напряжения при переходе к электроду с большим углом заточки составляет 2,0-2,5 В, причем влияние это проявляется сильнее в случае применения электродов относительно

большого (5 мм) диаметра. Это объясняется сравнительно низкой по сравнению с дугой в гелии величиной теплового потока в электрод ог дуги в аргоне. Недостаток поступающей от дуги тепловой мощности обуславливает повышенную чувствительность процессов, протекающих на катоде, к колебаниям температуры рабочего участка, связанным с изменением условий теплоотвода от него в корпус электрода.

Катодное падение потенциала в дуге с многопрутковым электродом убывает непрерывно во всем исследуемом диапазоне токов. Причем, если ик дуги с многопрутковым электродом в аргоне меньше, чем в дуге с электродом )радиционной конструкции, то при горении дуги в гелии наблюдаемая картина прямо противоположна: ик дуги с многопрутковым электродом превышает соответствующее значение для дуги с электродом традиционной конструкции на 2-4 В, хотя эта разница и уменьшается с ростом тока дуги. Данный факт связан с условиями горения дуги с указанными электродами (с сосредоточенным, либо рассредоточенным катодным пятном), а также обусловлен различными значениями потенциала ионизации и теплопроводности аргона и гелия.

Анодное падение потенциала с ростом тока дуги убывает, причем конструкция нсплавящегося электрода на характер зависимостей влияния практически не оказывает. Так, в дуге с многопрутковым электродом при увеличении тока от 8 до 24 А ил уменьшается с 6 до 4,5 В при горении дуги в аргоне и с 8,5 до 5 В - в гелии. Разница между величинами в дугах с многопрутковым электродом, горящих в аргоне и гелии, изменяется в пределах от 0,5 В при токе 24 А до 2,5 В при 8 А. В случае применения электродов традиционной конструкции разница между значениями ий в аргоне и гелии более значительна. С уменьшением тока от 24 до 8 А анодное падение потенциала возрастает от 3,5 до 6,5 В. В дуге, горящей в аргоне, анодное падение потенциала выше в случае применения многопруткового электрода, в то время как в гелиевой дуге распределение иА обратное.

Проведенные эксперименты по определению влияния угла заточки на изменение приэлектродных падений потенциала показали, что при горении дуги в аргоне увеличение а от 15 до 900 влечет за собой рост катодного падения потенциала на 1,5 В. При горении дуги в гелии данная зависимость выражена еще заметнее. Рост ик при аналогичном изменении а составляет почти 3 В. Обращает на себя внимание тот факт, что катодное падение потенциала при горении душ в аргоне увеличивается пропорционально а, в то время как при горении дуги в гелии интенсивность роста ик при использовании электродов с углом заточки более 45° заметно снижается. Объясняется это тем, что теплоотвод в корпус электродов наиболее интенсивно увеличивается в диапазоне малых значений а. При дальнейшем увеличении угла заточки интенсивность роста теплового потока в корпус снижается, однако даже незначительное увеличение теплоотвода обуславливает сжатие катодного пятна для поддержания требуемого разогрева и необходимой плотности тока. Тепловая мощность, поступающая в электрод от дуги в гелии, существенно выше, что делает дугу малочувствительной к незначительным колебаниям величины теплоотвода от рабочего участка.

В ходе экспериментов был установлен также рост анодного падения потенциала, составляющий при увеличении а от 15 до 90° приблизительно 0,5 В при горении дуги в аргоне и 1 В - в гелии. Данное увеличение ий связано с изменением геометрии дугового разряда при сжатии и перемещении катодного пятна на торец рабочею участка электрода, а также, возможно, с некоторым общим сжатием дуги.

Применение электродов с большими углами заточки рабочего участка (>60°) сопряжено со снижением пространственной устойчивости дуги, и треб>ет применения

дополнительных мер стабилизации дуги (например, магнитным полем), существенно усложняющих технологию сварки и требующих специальною оборудования. Поэтому применение электродов с увеличенным углом заточки для повышения тепловыделения в анодной области выглядит нецелесообразным. Оптимальным для сварки малоамперной дугой как в аргоне, так и в гелии является угол заточки нсплавящегося электрода 30±5° (рабочий участок электродов с меньшими углами заточки вследствие высокой плотности тока и относительно малого теплоотвода в корпус оплавляется при возбуждении дуги, либо в процессе сварки).

Рассмотренные выше результаты получены при использовании для защиты зоны сварки чистых газов - аргона и гелия. Однако высокая стоимость последнего обуславливает ограниченноеть его применения для сварки; в широкой практике гораздо большее распространение получили смеси на основе аргона с добавлением определенного количества гелия. В ходе экспериментов исследовали влияние состава арго-но-гелисвой смеси на величины напряжения горения и приэлектродных падений потенциала в дуге «вольфрам-хромаль». При достижении процентного содержания гелия 75-80% происходит скачок напряжения (до 3 В). Процесс горения дуги при этом отличается определенной нестабильностью, выражающейся в попеременном юрении дуги при большем либо меньшем напряжении.

Согласно существующим представлениям подобный скачок напряжения обусловлен, в первую очередь, ростом катодного падения потенциала, связанным с изменением потенциала ионизации дугового газа. Однако эксперименты показали, что при увеличении содержания гелия до 75% имеет место скачок не только катодного, но и анодного падения потенциала, который лишь незначительно уступает первому по величине (рис. 1). Из полученных данных следует, что для обеспечения максимального тепловыделения в анодной области дуги (при сварке на постоянном токе прямой полярности) необходимо применение в качестве дуговою «аза чистою гелия либо смесей с его содержанием не менее 80-85%.

Электрофизические особенности горения дуги в гелии оказывают существенное влияние на стойкость неплавящихся электродов. В ходе экспериментов была выявле-

Рис. 1. Зависимости катодного (а) и анодного (б) падения потенциала дуги «вольфрам-хромаль Х23Ю5» от состава аргоно-гелисвой смеси: электрод ЭВИ 0 2 мм, а = 30°; /, = 12 Л (1,3) и 20 А (2,4), /а = 4 мм

на крайне низкая стойкость вольфрамовых электродов марки ЭВЛ, на рабочих участках которых уже после 2-4 мин горения дуги на токе 15-20 А происходило образование наростов с последующим полным разрушением рабочего участка. Электроды из чистого вольфрама (как традиционной конструкции, так и многопрутковые) обладают существенно более высокой стойкостью: в ходе опытов при работе в течение 30 мин в гелии при токах дуги 12-25 А на рабочем участке электродов ЭВЧ наблюдалось образование незначительной "короны", рост которой, однако, не прогрессировал во времени, а многопрутковые электроды ВРН 2x0,3 мм вообще не имели заметных следов разрушения.

Рентгеноструктурный анализ материала образующихся на лантанированных электродах наростов выявил наличие однофазной структуры на основе вольфрама с существенным изменением параметра кристаллической решетки: а - 3,146 А против 3,165 А у чистого вольфрама. Микрорентгеноспектральный анализ показал следующий состав материала наростов: 96,6% "" 1,75% Бе, 1,3% Сг, 0,35% А1, что объясняет уменьшение параметра кристаллической решетки при образовании твердого раствора

- железо, хром и алюминий обладают меньшими атомными радиусами (1,72, 1,85 и

0

соответственно) по сравнению с вольфрамом (2,02 Л).

Очевидно, что для разрушения электрода вследствие насыщения вольфрама элементами, входящими в состав материала анода, необходимо выполнение следующих условий. Во-первых, в плазме дуги вблизи электрода должно присутствовать достаточное количество ионов этих элементов, что возможно только в условиях испарения материала анода. Во-вторых, обязательно наличие на поверхности электрода участков с температурой ниже температуры кипения испаряющихся элементов, на которых происходила бы конденсация последних.

Пирометрирование показало, что наличие активирующих присадок изменяет распределение температур по длине рабочего участка электродов, что, в совокупности с интенсивным испарением материала анода, характерным для гелиеводуговой сварки, создает условия для конденсации паров испаряющихся с анода элементов на поверхности электрода. Разрушение активированных электродов при этом обусловлено изменением физических свойств материала электрода при переходе от двойных систем W-La20з и А^-УзОз к многокомпонентным "-Ьа-0-Ре-Сг-А1 и ""-У О-Бс-Сг-А1 при отсутствии химического взаимодействия конденсирующихся на поверхности электрода элементов с кислородом или вольфрамом.

Возможны два пути повышения стойкости неплавящихся электродов при сварке малоамперной дугой в гелии: применение электродов, не содержащих активирующие присадки, либо создание условий, при которых температура рабочего участка электрода будет выше температур кипения элементов, входящих в состав материала анода, на всем протяжении зоны возможной их конденсации. Второй из предлагаемых путей может быть реализован применением электродов, конструкция которых обеспечивает близкий к равномерному разогрев рабочего участка в сочетании с высокой плотностью тока на электроде. Данным условиям удовлетворяют многопрутковые электроды с рабочим участком из 1-3 (в зависимости от тока) вольфрамовых прутков диаметром 0,15-0,30 мм, а также заточенные электроды малых (0,8-1,0 мм) диаметров.

Установленная в ходе экспериментов форма столба дуги, горящей в |елии, отличается от описанной в литературе. Столб дуги характеризуется некоторым сжатием, однако, оно имеет место не в непосредственной близости, а па некотором расстоянии (в наших опытах приблизительно 1,5 мм) от анода (рис. 2). Увеличение тока дуги в гелии с 12 до 20 А приводит к практически пропорциональному росту диаметра ее

Рис. 2. Размеры и форма столба дуги с неплавящимся электродом (ЭВИ, 0 2 мм, а = 30°) в гелии: /д = 12 А (а) и 20 А (б)

столба: с 6,4 до 9,8 мм на расстоянии 0,5 мм от электрода и с 6,0 до 9,7 мм на таком же расстоянии от анода. Размеры столба дуги в гелии при одинаковых параметрах горения всегда существенно меньше аналогичного показателя дуги в аргоне, причем разность диаметров наиболее значительна в непосредственной близости от анода.

Форма и размеры столба дуга в гелии существенно зависят от расхода газa и угла заточки неплавящегося электрода. При относительно малом расходе гелия (7,5-12,5 л/мин) наблюдается увеличение диаметра столба дуги, которое протекает более интенсивно на некотором расстоянии (в наших опытах - 1,5 мм) от анода. При расходе газа свыше 13 л/мин определяющую роль начинает играть высокая теплопроводность гелия, обуславливающая охлаждение и деионизацию периферийных участков столба, что сопровождается сжатием дуги. При этом диаметр столба вблизи анода меняется мало, так как форма и размеры столба на этом участке определяются схождением линий тока к анодному пятну дуги. Из анализа экспериментальных данных слсдует также, что при определенном сочетании величин тока дуги, длины дугового промежутка и расхода гелия сжатие столба дуги может вообще отсутствовать. Столб при этом имеет форму близкую к цилиндрической.

Еще большее влияние на форму столба дуги оказывает угол заточки неплавящегося электрода. Так, при а = 15° диаметр столба равен 6,4 мм вблизи анода и 5,5 мм на расстоянии 1,5 мм от него, то eсть столб дуги имеет выраженное сжатие, максимум которого приходится на участок, находящийся на указанном расстоянии от анода. Увеличение угла заточки электрода до 30е уменьшает разницу диаметров, сжатие ду-1 и в этом случае незначительно.

При больших углах заточки (45° и выше) увеличение тсплоотвода в корпус способствует сжатию катодного пятна и его локализации на вершине конической заточки. Изменение геометрии рабочего участка приводит также к изменению условий обтекания электрода потоком защитного газа. При этом дуга приобретает шаровидную форму, характеризующуюся сжатием в непосредственной близости от анода. Следует учитывать, однако, относительность такого сжатия, так как изменение формы в этом случае сопровождается увеличением диаметра столба дуги.

ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВЫХ УСЛОВИЙ В ЗОНЕ СВАРКИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЙ СПЛАВОВ ТИПА ХРОМАЛЬ

Малоамперная дуга в гелии характеризуется не только меньшими значениями эффективного КПД, но и меньшей интенсивностью его увеличения по мере роста тока дуги: если при увеличении тока с 11 до 39 А эффективный КПД дуги в аргоне увеличивается с 0,48 до 0,69, то в гелии - с 0,46 до 0,53 (при изменении /л с 12 до 35 А).

Увеличение угла заточки неплавящегося электрода приводит к снижению эффективного КПД дуги. Так, если при малых углах заточки (а = 15-30°) величина Г)и дуги в гелии находится в пределах 0,45-0,53, то при а свыше 60° она уменьшается до 0,33-0,38. Данный факт объясняется перераспределением выделяющейся в дуге тепловой мощности, которое обусловлено изменением размеров и формы дуги, а также падений напряжения на различных участках дугового промежутка.

Сравнение термического и полного КПД при аргоно- и гелиеводуговой сварке тонколистовых элементов из сплавов типа хромаль затруднено, что объясняется, прежде всего, существенной разницей между необходимыми для обеспечения равного проплавления значениями сварочного тока. Так, если в случае сварки в гелии элементов толщиной 0,8 мм полное проплавление достигается уже при токе 9 А (скорость сварки 6 м/час), то при сварке в аргоне требуемая величина тока составляет 46-50 А. Поэтому в настоящей работе исследовали влияние на величины условий сварки

и мощности дуг, горящих в аргоне и гелии.

В табл. 1 представлены параметры режимов однопроходной сварки с полным проплавлением пластин из сплава хромаль Х23Ю5 толщиной 0,8 мм, а также соответствующие им величины термического и полного КПД проплавления малоамперной дугой в гелии и аргоне. При сварке в гелии величины как т|,, так и ^возрастают с увеличением тока дуги: с изменением тока с 9 до 22 А величины увеличиваются приблизительно в два раза, с 0,13 до 0,24 и с 0,06 до 0,12 соответственно. Диапазоны изменения Т|, и Т} при сварке в аргоне составляют 0,20-0,31 и 0,14-0,22. Видно, что процесс аргонодуговой сварки характеризуется более высокими значениями однако следует учитывать, что с целью обеспечения полного проплавления пластин аргонодуговая сварка образцов выполнялась на режимах, отличающихся от режимов сварки в гелии.

В случае движущегося источника с нормальным распределением теплового потока, уменьшение коэффициента его сосредоточенности приводит при сварке тонколистовых металлов к существенному возрастанию ширины проплавления и для ее

Таблица 1

Влияние условий сварки и мощности дуги на термический и полный КПД процесса проплавления

Защитный газ 4. А иш В м/ч Вт мм Дж/с кДж/м 1« 1

9 23 6 1,65 91,1 54,5 0,13 0,06

Гелий 14 19 6 2,59 125 74,9 0.15 0,07

22 15 6 5,42 165 98,8 0.24 0,12

50 8,5 12 4,12 293,25 88,1 0,20 0,14

Аргон 50 8,5 18 3,61 293,25 58,7 0,27 0,18

60 8 18 4,96 340,8 68,2 0,31 0,22

<7,. Дж/(сч:с) чь ДжДсм1 с)

а) б)

Рис. 3. Распределение удельного теплового потока малоамперных дуг в аргоне и гелии: 1Л~ 12 А (а) и 20 А (б)

уменьшения необходимо стремиться к увеличению концентрации вводимой в зону сварки энергии. Однако управление коэффициентом сосредоточенности сварочных источников нагрева (за исключением лучевых) является сложной задачей. Экспериментальная оценка величины к сопряжена с рядом трудностей и требует постановки трудоемких опытов.

Для расчетного определения коэффициента сосредоточенности необходимо знание диаметра пятна нагрева источником теплоты свариваемого металла. Очевидно, что диаметр пятна нагрева при дуговой сварке определяется в первую очередь диаметром анодного пятна дуги. Тепловой поток, поступающий в анод из столба дуги с потоком газа, а также излучением, способствует увеличению диаметра пятна нагрева. В настоящих исследованиях значения коэффициента сосредоточенности малоамперных дуг в аргоне и гелии оценивали, исходя из предположения, что диаметр пятна нагрева равен диаметру столба дуги в непосредственной близости к аноду.

Распределения удельного теплового потока представлены на рис. 3. Сосредоточенность дуги снижается с ростом дугового тока, что выражается в увеличении ширины зоны нагрева. При этом максимальный удельный тепловой поток от ду1и в аргоне остается, вследствие увеличения эффективной мощности дуги, практически постоянным, в то время как в гелии он уменьшается практически в два раза. Из рис. 3. видно также, что с ростом тока дуги уменьшается разница в ширине зоны нагрева малоамперных дуг в аргоне и гелии.

Существенные различия в распределении теплового потока дуг, горящих в аргоне и гелии, обуславливают тот факт, что средняя темпсратура в ванне при гелиеводу-говой сварке более чем в 1,5 раза выше, чем при сварке в аргоне, и составляет 2300°С (/д = 20 А). При аргонодуговой сварке средняя температура в ванне не превышает 135О°С, что ниже температуры плавления сплава Х23Ю5 (~1500°С). В этом случае наблюдается лишь ограниченное по толщине свариваемых пластин расплавление кромок.

Из анализа термических циклов точек шва и околошовной зоны следует, что малоамперная дуга в аргоне малопригодна для сварки сплавов типа хромаль в рассматриваемом диапазоне толщин (0,5-1,0 мм), так как не обеспечивает полного проплав-

ления свариваемых кромок. Дуга в гелии при равном токе обеспечивает существенно более высокую температуру в сварочной ванне, что способствует термическому разрушению окисной пленки (температура диссоциации А^Оз составляет 2130-2300°С). При аргонодуговой сварке подобные температуры достигаются в ванне лишь при увеличении тока дуги до 50 А, что, однако, сопровождается резким снижением жесткости термического цикла, выражающимся в снижении скоростей нагрева и охлаждения и увеличении времени пребывания металла при высоких температурах. В то же время дуга в гелии обеспечивает среднюю температуру ванны расплавленного металла около 2100°С уже при токе 12 А.

Целью регулирования термических циклов точек околошовной зоны при сварке сплавов типа хромаль является максимальное ограничение времени пребывания металла при температуре выше критической, которая для данных материалов составляет 1000°С. Исследованиями М.Х. Шоршорова и А.П. Гуляева показано также, чю наиболее интенсивно рост зерна протекает на стадии нагрева термического цикла. При охлаждении наблюдается лишь незначительное «подрастание» зерен. Как показали эксперименты время т пребывания металла при температуре свыше 1000°С в точке, удаленной от оси шва на расстояние у = 1,5 мм уменьшается при переходе от аргонодуговой сварки к гелиеводуговой на 6,5 секунд - с 11,5 до 5 с, а время х' нахождения металла при Т > 1000°С на аадии нагрева - лишь на 2 секунды: с 3,5 до 1,5 с. Это позволяет предположить сходное строение околошовной зоны сварных соединений. Поскольку основной рост зерна происходит на стадии нагрева, а разница времен т' для точек соединений, полученных рассматриваемыми способами сварки, относительно невелика, то размеры зерна в прилегающих к границе сплавления участках околошовной зоны будут отличаться незначительно.

Анализ распределения размеров зерен в околошовной зоне соединений, выполненных гелиеводуговой сваркой, показывает, что при увеличении погонной энергии максимум процентного содержания смещается в сторону больших размеров зерна. При величине = 54,5 кДж/м в структуре преобладают зерна размером 20-40 мкм, в то время как при д/у^ = 98.8 кДж/м максимум распределения приходится на 80-100 мкм. Одновременно происходит увеличение с 11 до 23% содержания в структуре крупных зерен размером свыше 120 мкм.

Несколько иначе изменяются распределения размеров зерен в околошовной зоне соединений при увеличении погонной энергии процесса сварки в аргоне. Характерным здесь является постоянство соотношения числа средних и крупных зерен в структуре металла, которое составляет приблизительно 9:1. Следует заметить, что !ермин «средний размер зерна» применен здесь условно, для обозначения размерных различий между совокупностями зерен, присутствующими в структуре металла. По сравнению с основным металлом, не подвергавшимся тепловому воздействию сварочной дуги (в состоянии поставки), зерно размером свыше 20 мкм является крупным.

В ю же время в структуре околошовной зоны соединений, выполненных аргонодуговой сваркой, появляется определенное количество (до 3 %) особо крупных и сверхкрупных зерен размерами 180-200 и свыше 200 мкм соответственно, причем, если зерна размерами 180-200 мкм могут формироваться и в околошовной зоне соединений, выполненных в гелии, то сверхкрупные зерна наблюдаются только при арго-нодуговой сварке на завышенных значениях погонной энергии. Присутствие в структуре сверхкрупных зерен обуславливает низкий уровень пластических свойств металла околошовной зоны.

Рис 4 Структуры (х25) сварных соединений а - сварка в аргоне, Дя = 40 А, б - в гечии, /са = 9 А, у„ = 6 м/ч

Применение малоамперной дуги в гелии позволяет повысить мгновенную скорость охлаждения при температуре кристаллизации и^флее чем в 1,5 раза, с 174 °С/с при apгонодуговой сварке (/„ = 50 А) до 295 °С/с при сварке в гелии (/, = 12 А), при сохранении полного проплавления и степени перегрева металла в сварочной ванне, необходимой для термического разрушения окислов

Низкие скорости охлаждения, характерные для аргонодуговой сварки, обусловливают наличие в структуре металла швов, выполненных данным способом, крупных столбчатых кристаллитов (рис 4, а) Помимо этого, в швах присутствует хорошо заметная граница транскристаллизации, образующаяся при столкновении растущих дендритов (на рис 4, а показана стрелкой) Следует отметить, что разр)шение образцов при механических испытаниях происходит в подавляющем большинстве случаев именно в этой зоне В швах также присутствуют дефекты, связанные с непотным >да-лением окисной пленки (см выноску на рис 4, а) Полного удаления пленки удается добиться увеличением сварочного тока, что, однако, приводит к еще большему укрупнению структуры и росту ширины шва

Сварные швы, выполненные в гелии, имеют более мелкую и равноосную структуру (рис 4, б) Для гелиеводуговой сварки также характерно измельчение и упорядочение полигонизационной структуры, что обеспечивает существенно более высокую пластичность металла швов Провисания швов незначительны и не превышают 0,05-0,08 мм

Уровень механических свойств соединений, выполненных гелиеводуговой сваркой, в 1,6-3,0 раза превышает аналогичный показатель сварки в аргоне Так, для тол-

щины свариваемых листов 0,8 мм максимальные зафиксированные в ходе экспериментов значения предела прочности на разрыв и угла изгиба сварных соединений, выполненных гелиеводуговой сваркой, составляют 740 Ml к и 110°, в то время как при сварке в аргоне данные показатели не превышают 590 МШ и 30° соо!ветственно.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

Результаты проведённых исследований послужили основой для разработки на уровне изобретения (решение о выдаче патента РФ по заявке №2002129618) способа сварки в защитных газах с принудительным охлаждением шва и зоны термического влияния.

Подача хладагента в большинстве известных к настоящему времени способов сварки с принудительным охлаждением осуществляется через систему сопел, различным образом расположенных относительно сварочной горелки и сварного шва. Сопла обычно располагаются таким образом, чтобы поток (потки) хладагента был направлен на закристаллизовавшийся металл сварного шва и металл зоны термического влияния позади сварочной ванны. Подобная схема охлаждения обуславливает общий недостаток всех перечисленных способов, а именно отсутствие (или недостаточность) охлаждения металла зоны термического влияния на участках, непосредственно прилегающих к боковым сторонам ванны.

Данный недостаток устранен в разработанном способе сварки, предусматривающем защиту и охлаждение шва и зоны термического влияния тремя потоками газа. Первый поток, подаваемый через сопло сварочной горелки, обеспечивает газовую защиту зоны сварки, второй, подаваемый с обратной стороны шва. - газовую защиту обратной стороны шва, а третий - охлаждение кристаллизующегося металла, закристаллизовавшегося металла шва и основного металла в зоне термического влияния. Основным отличием разработанного способа от существующих является то, что поток газа, охлаждающий кристаллизующийся металл, закристаллизовавшийся металл шва и основной металл в зоне термического влияния, направлен но oтношению к потоку, защищающему обратную сторону шва, внешне коаксиально.

Такая схема взаимного расположения потоков обеспечивает обдув газом не только кристаллизующего металла и закристаллизовавшегося металла шва, но и основного металла в зоне термического влияния на участках, непосредственно прилегающих к боковым сторонам сварочной ванны, что способствует их интенсивному охлаждению. Обеспечение интенсивного охлаждения указанных областей повышает жесткость термического цикла сварки и увеличивает пространственную концентрацию вводимой в свариваемый металл тепловой энергии, что способствует уменьшению ширины шва и зоны термического влияния. Кроме того, принудительное охлаждение зоны термического влияния сокращает время пребывания металла под воздействием высоких температyp, что препятствует протеканию металлургических процессов, приводящих к образованию неблагоприятных структур металла. Уменьшение ширины сварных швов и прилегающей зоны термического влияния в совокупности с получением в них более благоприятных структур металла, характеризующихся меньшими степенью перегрева и размерами зерна при сварке сплавов типа хромаль способствует повышению качества сварки, механических и эксплуатационных свойств сварных соединений.

Практическая реализация результатов исследований осуществлена при разработке по заказу МП ПО «Волгоградэлектротранс» тсхнологии гелиеводуговой сварки

Таблица 2

Параметры режима ремонтной сварки элементов сопротивления

Толщина элемеша, мм U А Í4,B V«, м/ч Марка и расход (л/мин) защитного гача

через горелку (гелий марки А) с обратной стороны иша (аргон высшего copra) через нижнее коаксиальное сопло (гелий марки А)

0,8 16-18 17-19 5-7 9-10 3,0-3,5 10-12

0,9 18-21 15-17

Примечание: электроды ЭВЧ 0 2 мм. а = 30°

неплавящимся электродом вышедших из строя элементов сопротивления из сплава Х23Ю5 для ускорителя трамвая. На основе результатов проведенных исследований определены рациональные режимы сварки, выбран тип и марка неплавящихся электродов, обеспечивающие высокую их стойкость в процессе сварки, что в совокупности с применением разработанного способа сварки с принудительным охлаждением шва и зоны термического влияния обеспечивает высокий уровень механических свойств сварных соединений: предел прочности не менее 705 МПа, угол изгиба не менее 110° (85 и 60% от уровня свойств основного металла соответственно). Параметры режима сварки приведены в табл. 2.

Партия восстановленных по разработанной технологии элементов сопротивления в период с 24 сентября 2001 г. по 15 февраля 2002 г. прошла натурные испытания в МП ПО «Волгоградэлектротранс». За время испытаний вагоном пройдено 19,5 тысяч километров в различных эксплуатационных и погодных условиях, в том числе в условиях низких температур в зимний период. Интервал между плановыми профилактическими осмотрами вагона составил 15 календарных дней.

Испытания показали, что восстановление элементов сопротивления с помощью сварки по предлагаемой технологии не снижает их эксплуатационных свойств. Электрическое сопротивление элементов со сварными швами соответствует значениям, установленным технической документацией. В ходе профилактических осмотров в элементах сопротивления не выявлено каких-либо дефектов, связанных с наличием сварных швов.

Разработанная технология позволяет восстанавливать до 60 % вышедших из строя элементов сопротивления 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%.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Сварка прецизионных сплавов типа хромаль требует применения способов, характеризующихся максимальной концентрированностью вводимой в свариваемый металл тепловой энергии в совокупности с минимальным временем пребывания металла при высоких температурах. При сварке указанных сплавов неплавящимся электродом требуемая концентрация энергии обеспечивается путем применения в качестве защитного газа гелия. Коэффициент сосредоточенности дуги в этом случае может достигать 32,9 см"2 (/Л = 12 А).

2. Высокая сосредоточенность дуги в гелии обусловлена наличием сжатия па некотором расстоянии от анода. Форма столба дуги и величина сжатия зависят от конструктивных параметров рабочего участка электрода и расхода газа. Максимальное тепловыделение в анодной области и сосредоточенность дуги обеспечивается применением электродов традиционной конструкции с углом заточки рабочего учасч-ка 30±5° при ограничении расхода гелия 10 л/мин.

3. Заточенные электроды из активированного вольфрама обладают крайне низкой стойкостью при сварке малоамперной дугой в гелии, что обусловлено изменением физических свойств материала электрода при переходе к многокомпонентным металлургическим системам, содержащим как входящие в состав электрода, так и испаряющиеся с анода элементы. Повышение ресурса работы может быть достигнуто заменой активированных электродов на электроды из чистого вольфрама либо уменьшением их диаметра.

4. Сварку сплавов типа хромаль необходимо выполнять в чистом гелии или в его смесях с аргоном при ограничении содержания последнего 10%. Данное требование объясняется существованием критического содержания аргона в смеси (20-25%), при котором происходит скачкообразное уменьшение приэлектродных падений потенциала, обусловленное изменением физических характеристик плазмы разряда.

5. Время х пребывания металла околошовной зоны при температуре выше Ткр = 1000°С при сварке в гелии более чем в 2 раза меньше аналогичного показателя при сварке в аргоне (4,5-5,0 и 11.5-12,5 с соответственно). Разница в длительности т' пребывания металла выше 1000°С на стадии нагрева термического цикла существенно меньше и составляет 1.5-2,0 с, что предопределяет сходное строение околошовной зоны соединений, полученных аргоно- и гелиеводуговой сваркой. Главным структурным отличием является присутствие в металле ОШЗ в первом случае сверхкруиных зерен размерами свыше 200 мкм (до 3%).

6. При гелиеводуговой сварке тонколистовых сплавов типа хромаль температура диссоциации окиси алюминия А12Оз достигается в ванне уже при токе 10-12 А, в то время как при аргонодуговой сварке необходимая величина /_, в 5-5.5 раз выше. Уменьшение величины тока способствует существенному повышению мгновенной скорости охлаждения ^1500 при температуре кристаллизации (до 295 °С/с против 174 °С/с при сварке в аргоне). Результатом этого является получение узких швов с более мелкой и равноосной структурой, уровень механических свойств которых существенно превышает аналогичный показатель при сварке в аргоне ст„= 740 МПа, а = 110° против 590 МПа и 30° соответственно.

7. Разработанный на уровне изобретения способ дуговой сварки в защитных газах с принудительным газовым охлаждением шва и зоны термического влияния обеспечивает 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, и 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.

8. На основе результатов проведенных исследований для МП ПО «Волгоградэ-лектротранс» разработана технология гелиеводуговой 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% вышедших из строя 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.

Основные положения диссертационного исследования опубликованы в работах:

1. Лапин И.Е., Власов С.Н., Лысак В.И. Особенности технологий дуговой сварки тонколистовых элементов из сплава хромаль Х23Ю5 // Сварочное производство. -2003.-№2.-С. 31-34.

2. Власов С.Н., Лапин И.Е., Савинов А.В , Лысак В И. Стойкость неплавяшихся электродов различных конструкций при сварке малоамперной дугой в гелии // Сварочное производство. - 2004.- №7.

3. Решение о выдаче патента РФ по заявке №2002129618 Способ сварки в защитных газах с принудительным охлаждением шва и зоны термического влияния / Власов С.Н., Лапин И Е., Савинов А В., Лысак В.И. и др - приоритет от 04.11.2002.

4. Лапин И.Е., Погапов А.Н., Власов С.Н. Ресурс работы нсплавящихся электродов при аргонодуговой сварке / В сб. статей Международной научно-технической конференции «Современные материалы и технологии - 2002». -Пенза, 2002. - С. 286288.

5. Савинов А.В., Лапин И.Е., Потапов А.Н., Власов С.Н. Выбор угла заточки пе-плавящихся электродов при сварке на переменном токе импульсами прямоугольной формы / В сб. докладов Всероссийской научно-технической конференции «МАТИ -Сварка XXI века». - М, 2003. - С. 205-208.

6. Власов С.Н., Лапин И Е., Атаманюк В И. К вопросу об исследовании малоамперной дуги, горящей в гелии, методом зондирования / В сб. материалов Всероссийской научной конференции «Прогрессивные технологии в обучении и производстве». - Камышин, 2003. - С. 22-24.

7. Власов С.Н., Лапин И.Е., Косович В А. Многопрутковые композиционные электроды для дуговой сварки в инертных газах / В сб. тезисов докладов Международной конференции «Слоистые композиционные материалы - 2001». - Волгоград, 2001.-С. 209-210.

8. Филиппов О И., Лапин И.Е., Власов С.Н. О проплавляющей способности дуги с неплавящимся электродом при сварке алюминиевых сплавов в аргоно-гслиевых смесях газов / В сб. тезисов докладов Всероссийской научно-технической конференции «Сварка и контроль-2001».-Воронеж, 2001.-С. 117-118.

9. Власов С.Н., Лапин И.Е., Филиппов О.И. Опыт сварки в инертных газах элементов сопротивления из сплавов системы Fe-Cг-Al / В сб. тезисов докладов Всероссийской научно-технической конференции «Сварка и контроль - 2001». - Воронеж, 2001.-С. 162-164.

10. Власов С.Н., Атаманюк В.И. Исследование механических свойств сварных соединений элементов сопротивления из сплавов системы Fe-Cг-Al / В сб. тезисов докладов VI Межвузовской конференции молодых исследователей Волгоградской области. - Волгоград, 2002. - С. 80-81.

11. Атаманюк В.И., Власов С.Н. Влияние инертных газов на вольт-амперные характеристики сварочной дуги с неплавяшимся электродом / В сб тезисов докладов VI Межвузовской конференции молодых исследователей Волгограда и Волгоградской области. - Волгоград, 2002. - С. 93-95

12. Власов С.Н., Лапин И.Е., Атаманюк В.И. Исследование и оптимизация механических свойств соединений при сварке неплавящимся электродом прецизионных сплавов / В сб. тезисов докладов Всероссийской научно-технической конференции «Аэрокосмическая техника и высокие технологии - 2002».- Пермь, 2002. - С. 68.

13. Власов С.Н., Лапин И.Е., Лысак В.И. К вопросу о влиянии окисных пленок на формирование швов при сварке сплавов типа хромаль / В сб материалов Всероссийской научной конференции «Прогрессивные технологии в обучении и производстве». - Камышин, 2002. - С. 8-9.

14. Власов С.Н., Лапин И.Е., Лысак В.И. Исследование малоамперной дуги с не-плавящимся электродом методом зондирования / В сб. тезисов докладов всероссийской конференции «Сварка на рубеже веков». - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. -С. 37.

15. Власов С.Н. Влияние состава защитного газа на формирование соединений при сварке сплавов типа хромаль / В сб. тезисов докладов VII Межвузовской конференции молодых исследователей Волгограда и Волгоградской области. - Волгоград, 2003.-С. 100-102.

16. Атаманюк В.И., Лапин И.Е., Власов С.Н. Особенности сварки в гелии непла-вящимся электродом тонколистового алюминия / В сб. докладов Всероссийской научно-технической конференции «МАТИ - Сварка XXI века». - М., 2003. - С. 108-110.

Личный вклад автора в полученных научных результатах заключаем: н исследовании влияния защитного газа на формирование и свойства сварных соединений [8. 9, 13, 15. 16]; в получении, обработке и анализе результатов исследований стойкости неплавящихся электродов при работе в гелии [2, 4, 5, 7]; в исследовании электрофизических особенностей малоамперной дуги с неплавящимся электродом в гелии [6, 8, 11, 14]; в разработке технологических рекомендаций по гелиеводуговой сварке сплавов типа хромаль [1,9, 10, 12]; в разработке способа сварки в защитных газах с принудительным охлаждением шва и зоны термического влияния [3].

Подписано в печать 2004 г. Тираж 100 экз. Печа1ь офсешая.

Усл. печ. л. 1,0. Бумага офсетная. Формат 60x84 1/16. Заказ

Типография «Политехник» Волгоградского государственного технического университета 400131, г. Волгоград, ул. Советская, 35

W11335

Введение

Глава 1. Металлургические, теплофизические и технологические особенности сварки сплавов типа хромаль (литературный обзор).

1.1. Сплавы системы железо-хром-алюминий и их свариваемость.

1.2. Тепловые процессы при сварке тонколистовых однофазных сплавов на основе железа.

1.2.1. Влияние термического цикла сварки на структуру металла околошовной зоны сварных соединений.

1.2.2. Влияние термического цикла сварки на процессы кристаллизации металла сварных швов.

1.3. Технологические аспекты сварки сплавов системы железо-хром-алюминий

1.3.1. Анализ способов сварки сплавов типа хромаль.

1.3.2. Пути и способы повышения тепловой эффективности дуги с неплавящимся электродом.

1.3.3. Проблемы удаления поверхностных оксидных пленок.

1.3.4. Вопросы стойкости неплавящихся электродов.

Выводы к главе 1.

Цель и задачи исследования.

Глава 2. Материалы, оборудование и методы исследования.

2.1. Материалы.

2.2. Методы исследования электрофизических свойств дуги.

2.3. Методы исследования тепловых процессов.

2.4. Методы исследования стойкости неплавящихся электродов, структуры и свойств сварных соединений.

2.5. Методы обработки результатов экспериментов.

Выводы к главе 2.

Глава 3. Исследование электрофизических характеристик и строения малоамперной дуги с неплавящимся электродом в гелии.

3.1. Статические характеристики дуги.

3.2. Приэлектродные падения потенциала.

3.3. Стойкость неплавящихся электродов при сварке малоамперной дугой в гелии.

3.4. Форма и строение столба дуги.

Выводы к главе 3.

Глава 4. Тепловые процессы при сварке хромалей малоамперной дугой в гелии.

4.1. Энергетические характеристики дуги.

4.2. Термические циклы сварки.

4.3. 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.

5.1. Разработка способа сварки в инертных газах с принудительным охлаждением шва и зоны термического влияния.

5.2. Технология восстановления с помощью сварки элементов сопротивления ускорителя трамвая.

Выводы к главе 5.

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.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Сварка прецизионных сплавов типа хромаль требует применения способов, характеризующихся максимальной концентрированностью вводимой в свариваемый металл тепловой энергии в совокупности с минимальным временем пребывания металла при высоких температурах. При сварке указанных сплавов неплавящимся электродом требуемая концентрация энергии обеспечивается путем применения в качестве защитного газа гелия. Коэффициент сосреЛ доточенности дуги в этом случае может достигать 32,9 см" (/д = 12 А).

2. Высокая сосредоточенность дуги в гелии обусловлена наличием сжатия на некотором расстоянии от анода. Форма столба дуги и величина сжатия зависят от конструктивных параметров рабочего участка электрода и расхода газа. Максимальное тепловыделение в анодной области и сосредоточенность дуги обеспечивается применением электродов традиционной конструкции с углом заточки рабочего участка 30±5° при ограничении расхода гелия 10 л/мин.

3. Заточенные электроды из активированного вольфрама обладают крайне низкой стойкостью при сварке малоамперной дугой в гелии, что обусловлено изменением физических свойств материала электрода при переходе к многокомпонентным металлургическим системам, содержащим как входящие в состав электрода, так и испаряющиеся с анода элементы. Повышение ресурса работы может быть достигнуто заменой активированных электродов на электроды из чистого вольфрама либо уменьшением их диаметра.

4. Сварку сплавов типа хромаль необходимо выполнять в чистом гелии или в его смесях с аргоном при ограничении содержания последнего 10%. Данное требование объясняется существованием критического содержания аргона в смеси (20-25%), при котором происходит скачкообразное уменьшение при-электродных падений потенциала, обусловленное изменением физических характеристик плазмы разряда.

5. Время т пребывания металла околошовной зоны при температуре выше Гкр = 1000°С при сварке в гелии более чем в 2 раза меньше аналогичного показателя при сварке в аргоне (4,5-5,0 и 11,5-12,5 с соответственно). Разница в длительности т' пребывания металла выше 1000°С на стадии нагрева термического цикла существенно меньше и составляет 1,5-2,0 с, что предопределяет сходное строение околошовной зоны соединений, полученных аргоно- и гелиеводуговой сваркой. Главным структурным отличием является присутствие в металле ОШЗ в первом случае сверхкрупных зерен размерами свыше 200 мкм (до 3%).

6. При гелиеводуговой сварке тонколистовых сплавов типа хромаль температура диссоциации окиси алюминия AI2O3 достигается в ванне уже при токе 10-12 А, в то время как при аргонодуговой сварке необходимая величина /д в 5-5,5 раз выше. Уменьшение величины тока способствует существенному повышению мгновенной скорости охлаждения и>]50о при температуре кристаллизации (до 295 °С/с против 174 °С/с при сварке в аргоне). Результатом этого является получение узких швов с более мелкой и равноосной структурой, уровень механических свойств которых существенно превышает аналогичный показатель при сварке в аргоне: сув = 740 МПа, а = 110° против 590 МПа и 30° соответственно.

7. Разработанный на уровне изобретения (решение о выдаче патента РФ по заявке №2002129618) способ дуговой сварки в защитных газах с принудительным газовым охлаждением шва и зоны термического влияния обеспечивает 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, и может применяться для сварки высокохромистых ферритных сталей, коррози-онностойких сталей с повышенным содержанием бора, сплавов типа хромаль, дисперсионно твердеющих алюминиевых сплавов и др. материалов, требующих повышенной жесткости термического цикла сварки.

8. На основе результатов проведенных исследований для МП ПО «Вол-гоградэлектротранс» разработана технология гелиеводуговой сварки вышедших из строя элементов сопротивления из сплава Х23Ю5 толщиной 0,8 и 0,9 мм для ускорителя трамвая, позволяющая восстанавливать до 60% вышедших из строя 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.

1. Марморштейн Л.В. Сплавы железо-хром-алюминий. - М.: Металлург-издат, 1950. - 120 с.

2. Корнилов И.И., Михеев B.C. Жароупорные сплавы №1 и №2. — М.: Ме-таллургиздат, 1943. 207 с.

3. ГОСТ 10994 Сплавы прецизионные. Марки. Введ. 01.01.75. — М., Издательство стандартов, 1974. - 27 с.

4. Гуляев А.П. Металловедение: Учебник для вузов. 5-е изд., перераб. -М.: Металлургия, 1978. - 648 с.

5. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов: Учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Металлургия, 1984. — 360 с.

6. Болховитинов Л.Ф. Металловедение и термическая обработка: Учебник для вузов. 3-е изд., перераб. - М.: Машгиз, 1954. - 447 с.

7. Гольдштейн М.И., Грачев С.В., Векслер Ю.Г. Специальные стали: Учебник для вузов. М.: Металлургия, 1985. - 408 с.

8. Каховский Н.И. Сварка нержавеющих сталей. Киев: Техшка, 1968. — 312 с.

9. Гривняк И. Свариваемость сталей: Пер. со словац. Л.С. Гончаренко; Под ред. Э.Л. Макарова. М.: Машиностроение, 1984. - 216 с.

10. Лившиц Л.С., Хакимов А.Н. Металловедение сварки и термическая обработка сварных соединений. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1989.-339 с.

11. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением: Под ред. Б.Е. Патона. -М.: Машиностроение, 1974. 768 с.

12. Акулов А.И., Бельчук Г.А., Демянцевич В.П. Технология и оборудование сварки плавлением: Учебник для вузов. — М.: Машиностроение, 1977. — 432 с.

13. ГОСТ 5632 Высоколегированные стали и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки. Введ. 01.01.75. - М.: Издательство стандартов, 1991. - 60 с.

14. Улучшение свариваемости хромистых ферритных сталей / Липодаев В.Н., Ющенко К.А., Морозов Р.И. и др. // Автоматическая сварка — 1984. — №2. -С. 44-47.

15. Исследование склонности ферритной стали Х25Т к хрупкому разрушению / Зубченко А.С., Коляда А.А., Давидчук П.И., Пахуридзе В.Н. // Сварочное производство. 1971. - №9. - С. 30-32.

16. Зубченко А.С., Елисеева Г.Д. Влияние кратковременного нагрева в области 475°С на свойства сварных соединений хромистых ферритных сталей // Сварочное производство. 1977. - №4. - С. 33-34.

17. Талов Н.П. О природе понижения пластичности хромистой ферритной стали / В кн.: Качественные стали и сплавы. Вып. 4. - М.: Металлургия, 1979. -С. 5-15.

18. Зубченко А.С. Хрупкость при 475°С хромистых ферритных сталей при сварочном и печном нагреве // Сварочное производство. 1981. - №12. - С. 2628.

19. Williams R.O., Paxtion H.W. The nature of ageing of binary iron and chromium alloys around 500°C // Journal of the Iron and Steel Institute. 1957. - Vol. 185.-P. 358-374.

20. Зубченко А.С. Влияние углерода и азота на свариваемость стали с 25 % хрома // Автоматическая сварка. 1972. - №3. - С. 5-8.

21. Шалимов Ю.А., Зубченко А.С. Влияние анизотропии на склонность сталей к хрупкому разрушению после сварочного нагрева // Проблемы прочности. 1975. - №2. - С. 53-58.

22. Винокуров В.А. Сварочные деформации и напряжения. — М.: Машиностроение, 1968. 236 с.

23. Шоршоров М.Х. Металловедение сварки стали и сплавов титана. — М.: Наука, 1965.-336 с.

24. Рыкалин Н.Н. Расчеты тепловых процессов при сварке: Учебное пособие для вузов. М.: Машгиз, 1951. - 296 с.

25. Теория сварочных процессов: Учебник для вузов / Волченко Н.Н., Ям-польский В.М., Винокуров В.А. и др.; Под ред. В.В. Фролова. М: Высшая школа, 1988. - 559 с.

26. Багрянский К.В., Добротина З.А., Хренов К.К. Теория сварочных процессов: Учебник для вузов. Киев: Вища школа, 1976. - 424 с.

27. Петров Г.Л., Тумарев А.С. Теория сварочных процессов: Учебник для вузов. Изд. 2-е, перераб. -М.: Высшая школа, 1977. 392 с.

28. Астафьев А.С., Гуляев А.П. О росте зерна стали в околошовной зоне // Сварочное производство. 1972. - №7. - С. 45-47.

29. Закс И.А. Сварка разнородных сталей. Л.: Машиностроение, 1973. -208 с.

30. Лейкин А.Е., Родин Б.И. Материаловедение: Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1971. - 416 с.

31. Баранов М.С., Вощинский М.Л. Состояние и перспективы развития лазерной сварки // Сварочное производство. 1967. - №11. - С. 52-55.

32. Рыкалин Н.Н., Углов А.А. Расчет процессов нагрева при сварке металлов лучом лазера // Сварочное производство. 1967. - №6. - С. 1-5.

33. Назаренко O.K. Достижения и перспективы применения электроннолучевой сварки // Сварочное производство. 1967. -№11. - С. 48-52.

34. Влияние способа сварки на сопротивление разрушению соединений алюминиево-литиевых сплавов 1420 и 1460 / Т.М. Лабур, А.А. Бондарев, А.В. Лозовская и др. // Автоматическая сварка. 2001. - №7. - С. 12-16.

35. Петров А.В., Славин Г.А., Вербицкий В.Г. Исследование тепловой эффективности процесса сварки сжатой дугой тонколистового материала // Сварочное производство. 1967. - №2. - С. 6-8.

36. Микроплазменная сварка / Б.Е. Патон, B.C. Гвоздецкий, Д.А. Дудко и др. Киев: Наукова думка, 1979. - 248 с.

37. Воропай Н.М., Кулик А.Н., Гульчевский Л.С. Распространение тепла в основном металле при микроплазменной сварке // Физика и химия обработки материалов. 1977. - №4. - С. 33-39.

38. Сварка особотонкостенных труб: Под ред. Д.А. Дудко. М.: Машиностроение, 1977. -128 с.

39. Некоторые особенности микроплазменной сварки тонколистовых материалов / В.В. Басанский, В.М. Балицкий, В.Н. Самилов, И.В. Сухенко // Автоматическая сварка. 1971. - №9. - С. 40-42.

40. Hirschmann F. Automatic Random Shape Arc Welding usid X, Y and Rotation Control // Welding and Metal Fabrication. 1969. - №5. - P. 208-209.

41. Бадьянов Б.Н., Давыдов В.А., Колупаев Ю.Ф. Использование газообразных галоидных соединений при сварке плавлением (обзор литературы) // Сварочное производство. 1982. - №4. - С. 16-17.

42. Тимощенко А.Н., Гвоздецкий B.C., Лозовский В.П. Концентрация энергии на аноде дуги неплавящегося электрода // Автоматическая сварка. — 1978.-№5.-С. 68-70.

43. Бадьянов Б.Н., Колупаев Ю.Ф., Давыдов В.А. Продольное распределение потенциала в дуге, горящей в смеси аргона и гексафторида серы // Автоматическая сварка. 1980. - №4. - С. 68-69.

44. Бадьянов Б.Н., Давыдов В.А., Иванов В.А. Некоторые характеристики дуги, горящей в аргоне с добавкой галоидосодержащего газа // Автоматическая сварка. 1974. - №11. - С. 67.

45. Бадьянов Б.Н. и др. Изменение размеров зоны электропроводности дуги при введении газообразных галогенидов // Автоматическая сварка. 1977. -№4.-С. 67-68.

46. Болдырев A.M., Биржев В.А. Влияние магнитного поля на проплавляющую способность дуги прямой полярности // Сварочное производство. — 1982. — №4. — С. 10-11.

47. Болдырев A.M. и др. Управление кристаллизацией металла при сварке плавлением // Сварочное производство. 1971. - №6. - С. 35-37.

48. Савицкий М.М., Кушниренко Б.Н., Олейник О.И. Особенности сварки сталей вольфрамовым электродом с активирующими флюсами (АТЮ-процесс) // Автоматическая сварка. 1999. - №12. - С. 20-28.

49. Контракция дуги флюсом при сварке вольфрамовым электродом в аргоне / Б.Е. Патон, В.Н. Замков, В.П. Прилуцкий, П.В. Порицкий // Автоматическая сварка. 2000. - №1. - С. 3-9.

50. Влияние активирующих флюсов на проплавляющую способность и концентрацию энергии в анодном пятне / О.Е. Островский, В.Н. Крюковский, Б.Б. Бук и др. // Сварочное производство. 1977. - №3. - С. 3-4.

51. Becher W., Massone J. Beitrag zur zerzetzung von Schwefelhexafluorid in elektrischen Lichtbogen und Funken // Elektrotechnische Zeitschrift. 1970, 91. -No.ll.-S. 605-610.

52. Косович B.A. Разработка композиционных неплавящихся электродов и исследование эффективности их применения для сварки: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Волгоград: ВолгПИ, 1981. -123 с.

53. Свойства элементов: Справочник; Под ред. М.Е. Дрица. — М.: Металлургия, 1985.-692 с.

54. Лапин И.Е., Косович В.А. Неплавящиеся электроды для дуговой сварки: Монография / ВолгГТУ. Волгоград, 2001. - 190 с.

55. Топчий Ю.К., Каменев В.П. Установка для определения распределения потенциала в дуге с неплавящимся электродом // Сварочное производство. — 1974. -№1. С. 51-52.

56. Бродский А.Я. Аргонодуговая сварка вольфрамовым электродом. М.: Машгиз, 1956.-390 с.

57. Jackson С.Е. The Science of Arc Welding // Welding Journal. 1960. - №4. -P. 147-158.

58. Cresswell R.A. Gases and Gas Mixtures in MIG and TIG Welding // Welding and Metal Fabrication. 1972. - April. - P. 114-119.

59. Заруба И.И. О форме токопроводящего канала столба дуги // Автоматическая сварка. 1967. - №11. - С. 23-26.

60. Руссо В.Л. Дуговая сварка в защитных газах. — Л.: Судостроение, 1984. -120 с.

61. Федько В.Т., Шматченко B.C. Влияние компонентов газовой среды на теплофизические свойства сварочной дуги (обзор) // Сварочное производство. — 2001. -№8.-С. 27-32.

62. Мироненко В.Н., Евстифеев B.C., Коршункова С.А. О выборе метода сварки алюминиевого сплава 1420 // Сварочное производство. — 1982. — №11. — С. 13-15.

63. Ищенко А.Я. Свариваемость современных высокопрочных алюминиевых сплавов: Обзор литературы // Автоматическая сварка. 1979. - №2. — С. 1822.

64. Будник В.П. Особенности сварки алюминиевых сплавов на постоянном токе прямой полярности // Автоматическая сварка. — 2003. №1. — С. 38-40.

65. Иванова О.Н., Фан Ван Лан, Рабкин Д.М. Влияние состава защитной газовой среды на плотность тока в анодном пятне сварочной дуги // Автоматическая сварка. 1977. — №1. - С. 70.

66. Key J.F. Anode/Cathode Geometry and Shielding Gas Interrelationships in GTAW // Welding Research Supplement. 1980. - December. - P. 364-370.

67. Будник В.П. Влияние вида инертного газа на температуру ванны и разрушение оксидной пленки при сварке алюминия // Автоматическая сварка. — 1994.-№12.-С. 23-25.

68. Влияние состава защитных газов на технологические характеристики дуги при сварке алюминиевых сплавов неплавящимся электродом / А .Я. Ищенко, В.П. Будник, А.Г. Покляцкий, А.А. Гринюк // Автоматическая сварка. — 2000.-№2.-С. 19-22.

69. Гуревич С.М. Справочник по сварке цветных металлов. — Киев: Науко-ва думка, 1981.- 608 с.

70. Рабкин Д.М., Игнатьев В.Г., Довбищенко И.В. Сварка алюминия и его сплавов. Киев: Наукова думка, 1983. - 80 с.

71. Рязанцев В.И., Славин Г.А., Овчинников В.В. Образование и разрушение оксидных пленок на алюминиевых сплавах // Сварочное производство. — 1991.-№1.-С. 31-32.

72. Овчинников В.В., Гринин И.В., Федоров С.А. Особенности образования оксидных включений при дуговой сварке тонколистовых конструкций из алюминиевых сплавов // Сварочное производство. 1993. - №7. - С. 30-32.

73. Будник В.П., Рабкин Д.М., Смиян О.Д., Товмаченко В.Н. Термическое разрушение окисной пленки при сварке алюминия // Автоматическая сварка. — 1975.-№10.-С. 74-75.

74. Юсуфова З.А. О механизме разрушения окисных плён в стыке при ар-гонодуговой сварке алюминиевых сплавов // Сварочное производство. 1979. -№10.-С. 25-26.

75. Юсуфова З.А., Лесков Г.И. К вопросу о механизме разрушения окисных плён при сварке алюминиевых сплавов среде инертных газов // Сварочное производство. 1970. - №7. - С. 57-58.

76. Рабкин Д.М. и др. Сварка алюминиевых сплавов постоянным током прямой полярности // Автоматическая сварка. 1971. - №3. — С. 71-72.

77. Ищенко А.Я., Мишенков В.А., Чаюн А.Г. Аргоно-дуговая сварка алюминиевых сплавов Амг5 и 01381 на постоянном, переменном и асимметричном токе // Автоматическая сварка. 1978. -№11. - С. 46-48.

78. Стебловский Б.А., Будник В.П., Будько М.Г. и др. Сварка встык алюминиевых сплавов без подкладок // Автоматическая сварка. — 1985. — №3. — С. 71-72.

79. Будько М.Г., Будник В.П., Стебловский Б.А., Шевченко Н.И. Гелиево-дуговая сварка алюминиевых сплавов со свободным формированием корня шва: В сб. «Сварка цветных металлов». Киев: Наукова думка, 1989. - С. 23-25.

80. Еремин Е.Н., Кулишенко Б.А., Зиниград М.И. О стойкости вольфрамового электрода при сварке в смеси аргона и углекислого газа // Сварочное производство.-1979.-№1.-С. 17-18.

81. Елагин В.М., Кислюк Ф.И. О влиянии химического состава вольфрамового электрода на характер его разрушения и блуждание дуги // Сварочное производство. 1972. - №6. - С. 7-9.

82. Особенности работы вольфрамовых катодов в аргоне и гелии / Гордеев

83. В.Ф., Пустогаров А.В., Кучеров Я.Р., Халбошин А.П. // Автоматическая сварка. 1981 - №6. — С. 48-50.

84. Сравнительная оценка работоспособности неплавящихся электродов различных конструкций / Косович В.А., Полупан В.А., Седых B.C. и др. // Сварочное производство. 1987. - № 8. - С. 19-20.

85. Букаров В.А., Ищенко Ю.С., Демичев В.И. Пути повышения стойкости вольфрамовых электродов при дуговой сварке // Сварочное производство. — 1984.-№9.-С. 22-24.

86. Стойкость вольфрамовых электродов при аргонодуговой сварке титана по флюсу / Прилуцкий В.П., Иванова О.И., Мечев B.C., Замков В.Н. // Автоматическая сварка. 1979. -№10. - С. 41-43.

87. Персиц JI.M., Гриценко М.С., Сидиров JI.P. Оценка факторов, влияющих на длительную стойкость вольфрамового электрода и надежность возбуждения дуги при аргонодуговой сварке // Сварочное производство. 1979. - №1. -С. 14-16.

88. Паршин С.Г. О рациональной форме рабочей поверхности вольфрамовых электродов, контактирующих с парами активирующего флюса // Сборка в машиностроении, приборостроении. — 2002. №4. - С. 30-32.

89. Стойкость прямоугольных и круглых вольфрамовых электродов при длительной работе / Шубин В.И., Буянов М.В., Бородин Ю.М. и др. // Сварочное производство. 1979. -№1. - С. 12-13.

90. ГОСТ 12766.2 Лента из прецизионных сплавов с высоким электрическим сопротивлением. Технические условия — Введ. 01.01.91. М.: Издательство стандартов, 1990. — 12 с.

91. Амосов В.М., Карелин Б.А., Кубышкин В.В. Электродные материалы на основе тугоплавких металлов — М.: Металлургия, 1976. — 224 с.

92. Баженов М.Ф., Карпачев Д.Г., Миллер С.М. Прокат из тяжелых цветных металлов. Справочник. М.: Металлургия, 1973. - 424 с.92. Патент США №2922028.93. Авт. свид. СССР №761183.94. Патент ГДР №213865.95. Авт. свид. СССР №1024197.96. Патент РФ №2170652.

93. Лесков Г.И. Электрическая сварочная дуга. М.: Машиностроение, 1970.-335 с.

94. Финкельбург В., Меккер Г. Электрические дуги и термическая плазма: Пер. с нем. В.Б. Левина и др.; Под ред. В.А. Фабриканта. М.: Изд-во иностр. лит., 1961.-370 с.

95. Ленивкин В.А., Дюргеров Н.Г., Сагиров Х.Н. Технологические свойства сварочной дуги в защитных газах. М.: Машиностроение, 1989. - 264 с.

96. Евченко В.М. Распределение потенциалов в дуге при сварке в среде углекислого газа активированной проволокой на прямой полярности / В сб. Вопросы газоэлектрической сварки. Ростов-на-Дону, 1972. - С. 65-73.

97. ГОСТ 14771 Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры. Введ. 01.07.1977. — М.: Издательство стандартов, 1996. — 60 с.

98. ГОСТ 6996 Соединения сварные. Методы определения механических свойств. Введ. 01.01.1967. - М.: Издательство стандартов, 1966. — 59 с.

99. ГОСТ 11701 Металлы. Методы испытаний на растяжение тонких листов и лент. — Введ. 01.01.1986. М.: Издательство стандартов, 1984. — 11 с.

100. ГОСТ 14019 Металлы. Методы испытаний на изгиб. — Введ. 01.07.1980. — М.: Издательство стандартов, 1980. 8 с.

101. ОСТ 26-1379 Швы сварных соединений. Металлографический метод контроля основного металла и сварных соединений химнефтеаппаратуры. — Введ. 01.10.1977. Волгоград: ВНИИПТхимнефтеаппаратуры, 1977. - 108 с.

102. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Наука, 1976.-280 с.

103. Винарский М.С., Лурье М.В. Планирование эксперимента в технологических исследованиях. Киев: Техшка, 1975. - 168 с.

104. Иванова О.Н., Рабкин Д.М., Будник В.П. Допустимые значения тока при аргоно-дуговой сварке вольфрамовыми электродами // Автоматическая сварка. 1972. - № 11. - С. 38-40.

105. Savage W.F., Strunk S.S., Ishikawa Y. The effect of electrode geometry in gas tungsten-arc welding. Welding Journal. - 1965. -№ 11. — P. 489-496.

106. Ерохин А.А., Букаров B.A., Ищенко Ю.С. Влияние геометрии вольфрамового катода на некоторые характеристики сварочной дуги и проплавление металла // Сварочное производство. 1971. - № 12. - С. 17-19.

107. Электрические и тепловые характеристики малоамперной дуги постоянного тока с вольфрамовым электродом / Косович В.А., Лапин И.Е., Потапов А.Н. и др. // Сварочное производство. 1998. - №7. - С. 15-18.

108. Лебедев В.К. Устойчивость металлической ванны при сварке тонкого металла // Автоматическая сварка. 1975. - №6. - С. 71.

109. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник / Под ред. А.А. Потехина и А.И. Ефимова. Л.: Химия, 1991. — 432 с.

110. А.с. СССР №414066 Способ сварки жаропрочных хромоникелевых сталей и сплавов / Бирман У.И., Замалтдинов Р.И., Швец М.Я., Лихачев Н.С. -Приоритет от 23.04.71.

111. А.с. СССР №604642 Способ сварки жаропрочных хромоникелевых сталей и сплавов / Бирман У.И., Железняк М.А., Швец М.Я. и др. Приоритет от 25.03.75.

112. А.с. СССР №1690994 Способ принудительного формирования границы кристаллизации сварочной ванны / Дробот А.В. Приоритет от 17.10.89 г.

113. А.с. СССР №1742002 Способ дуговой сварки с принудительным охлаждением и устройство для его осуществления / Дробот А.В. Приоритет от 20.11.89 г.

114. А.с. СССР №1764884 Способ дуговой сварки с принудительным охлаждением / Дробот А.В., Дробот В.И., Зубарев Т.Б. Приоритет от 20.06.89.

115. Патент США №5296675 Method for improving high temperature weld-ments / Paul S. Gilman. Приоритет от 19.03.93.

116. Патент США №5296676 Welding of aluminum powder products / Paul S. Gilman. Приоритет от 19.03.93.