автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Получение качественных сварных соединений из чугуна контактной стыковой сваркой

ииз1В5ЭЭЭ

На правах рукописи

Шахматов Денис Михайлович

ПОЛУЧЕНИЕ КАЧЕСТВЕННЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ ЧУГУНА КОНТАКТНОЙ СТЫКОВОЙ СВАРКОЙ

Специальность 05.03 06 - Технологии и машины сварочного производства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 7 ^Р 2008

Челябинск - 2008

003165999

Работа выполнена в AHO «Южно-Уральский аттестационный центр» и на кафедре «Оборудование и технология сварочного производства» ЮжноУральского государственного университета г Челябинска

Научный руководитель

Официальные оппоненты

доктор физико-математических наук, профессор

Валерий Вадимович Крымский

доктор технических наук, профессор Александр Евгеньевич Гончаров

Ведущее предприятие

кандидат технических наук, доцент Елена Валерьевна Архипова

ОАО « Трубодеталь» (г Челябинск)

Защита диссертации состоится 27 февраля 2008 года в 12 00 на заседании диссертационного совета Д 212 298 06 в ауд 201 главного корпуса ЮжноУральского государственного университета по адресу 454080, г Челябинск, пр В И Ленина, 76

Ваш отзыв в двух экземплярах, заверенных гербовой печатью, просим направлять по адресу 454080, г Челябинск, пр ВИ Ленина, 76, ЮУрГУ, Ученый совет

Тел 8 (351) 267-90-96, факс— 267-93-98, E-mail dems@svarka74ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЮУрГУ

Автореферат разослан » января 2008 года

Ученый секретарь диссертационного Совета

И А Щуров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Сварочные технологии применительно к чугуну получили широкое распространение в основном для ремонтных работ Вопрос о производстве сварно-литых деталей и узлов из чугуна, в промышленном масштабе практически не исследован из-за его ограниченной свариваемости чугуна, что подтверждается малым количеством информации по данному вопросу

Примерно половина получаемого чугуна идет на производство труб и трубных деталей Анализ производства чугунных труб показал, что литье труб длиной более 2000 мм приводит к образованию недопустимых дефектов Использование коротких труб для прокладки трубопроводов приводит к значительным экономическим затратам В этой связи наиболее эффективным способом получения длинномерных труб является сварно-литой вариант изготовления с применением контактных способов сварки При использование данных способов сварки существенно снизится отбраковка труб с литейными дефектами, путем вырезки дефектного участка с последующим соединением бездефектных частей Представляется целесообразным соединять нескольких труб в клети с последующей доставкой их на монтаж Срок службы водопроводов, теплотрасс, санитарно-технических коммуникаций, газопроводов, благодаря стойкости чугуна против общей и питганговой коррозии, многократно (в 8 10 раз) увеличивается по сравнению со стальными трубопроводами

Стыковая сварка может стать основным средством комбинирования стальных и чугунных частей сварных изделий, в которых с наибольшей полнотой будут использованы все положительные (экономические, технологические и эксплуатационные) свойства этих разнородных металлов В частности при изготовлении корпусов насосов, блоков и головок цилиндров для дизельных и карбюраторных двигателей, распределительных валов, осей, комбинированных труб и т.д

Условием дальнейшего расширения области и объемов применения высокопроизводительной стыковой сварки чугуна и чугуна со сталью является всестороннее исследование этого специфического процесса в части технологии получения качественных сварных соединений Исходя из этого, поставленная в настоящей работе проблема является актуальной

Цель и задачи исследования. Целью работы являлось получение качественных сварных соединений из чугуна и чугуна со сталью контактной стыковой сваркой путем совершенствования технологии, а также в повышении прочности и трещиностойкости данных сварных соединений

Для выполнения данной цели необходимо решить следующие задачи 1 На основе экспериментальных исследований изучить особенности сварки чугуна наиболее распространенными способами сваркой трением, контактной стыковой сваркой сопротивлением и контактной стыковой сваркой оплавлением Выбрать наиболее перспективный, с точки зрения получения качественных сварных соединений, способ

2 Провести теоретический анализ тепловых процессов при контактной стыковой сварке чугуна оплавлением и на этой основе создать методику расчета основных параметров процесса сварки

3 Теоретически и экспериментально исследовать влияние параметров процесса контактной стыковой сварки оплавлением чугуна и чугуна со сталью на качественные характеристики сварных соединений и дать необходимые рекомендации по назначению режимов сварки

4 На основе теоретического анализа, с использованием теории механической неоднородности, дать оценку прочности и пластичности сварных соединений из чугунов

5 Провести анализ напряженного - деформированного состояния разнородных сварных соединений из чугуна со сталью в упругой области их работы и дать рекомендации по получению наиболее рациональных (бесконцентраторных) форм стыка, позволяющих повысить работоспособность разнородных сварных соединений

6 На основе подходов феноменологической теории разрушения твердых тел создать методику оценки влияния размеров и формы графитовых включений в области стыка на несущую способность сварных соединений, выполненных контактной стыковой сваркой оплавлением

7 Произвести экспериментальную проверку влияния наносекундных электромагнитных импульсов на структурные составляющие при сварке чугуна и чугуна со сталью и качество сварных соединений

Научная новизна. Теоретически и экспериментально обоснован ряд научных положений, составляющих основные принципы получения качественных сварных соединений из чугуна и чугуна со сталью контактной стыковой сваркой, на основе которых производится выбор технологии сварки, расчет параметров режима процесса и оценка прочности и трещиностойкости сварных соединений. В частности.

■ на основе решения уравнений теплопроводности предложены методики расчета температурных полей при контактной стыковой сварки чугуна непрерывным оплавлением и оплавлением с прерывистым подогревом, позволяющие в зависимости от параметров процессов устанавливать границы применимости данных способов,

■ предложена аналитическая зависимость, устанавливающее взаимосвязь предельного давления осадки (при котором начинается разрушение чугуна в процессе сварки) с температурным градиентом, позволяющее определять оптимальные осадочные давления,

■ на основе теоретического анализа разработана методика оценки влияния микроструктурных параметров (степени сферы графита, расстоянием между включениями и параметрами их формы) на процесс локального разрушения сварных соединений из чугуна,

■ установлены закономерности механического поведения при упругом нагружении разнородных сварных соединений из чугуна и стали, заключающиеся в несогласованности деформаций области стыка и появлением неоднородного напряженного состояние, вызванного разницей модулей

упругости чугуна и стали Разработанная расчетная методика позволяет варьированием угла наклона стыка по отношению к вектору проложенных напряжений уменьшать концентрацию напряжений в опасных точках и тем самым повышать работоспособность сварных соединений,

■ на основе теории механической неоднородности предложена оценка влияния плоскостных дефектов на предельную несущую способность сварных соединений из чугуна,

■ установлено, что воздействие наносекундных электромагнитных импульсов на зону контактной стыковой сварки позволяет получать структуру сварного соединения с более мелким зерном и расширить технологические возможности получения качественных сварных соединений

Практическая значимость работы. Установлено, что сварка труб из чугуна и чугуна со сталью возможна на обычных контактных стыковых машинах, что открывает широкие возможности использования данного высокопроизводительного процесса для получения длинномерных труб из чугуна, уменьшения брака литья путем вырезки дефектного участка с последующей сваркой бездефектных участков труб, комбинированных изделий из чугуна и стали

При контактной стыковой сварке оплавлением с прерывистым подогревом экспериментальной партии труб диаметром 50 мм из чугуна с шаровидным графитом штучное время на 1 стык составляло 4 5 мин, при машинном времени сварки 0,4 0,5 мин, что в 5 6 раз меньше, чем при сварке плавлением При этом штучное время учитывало процесс удаления внутреннего грата Для удаления последнего разработаны специальные приспособления- дорн и кислородное сопло

Сварка из чугуна со сталью апробирована на ряде изделий- насоса для консистентной смазки и крышки всасывающей трубы, ранее выполняемые сваркой плавлением либо резьбовым соединением Прочность сварных соединений данных серийно производимых узлов для дизель-электрических тракторов соответствовала прочности серого чугуна, что в среднем в 3 раза превосходит прочность сварных соединений, при значительном уменьшение трудоемкости изготовлении

В целом разработанная технология контактной сварки чугуна и чугуна со сталью может быть рекомендована для изготовления узлов из деталей компактного сечения на предприятиях ОАО «Сантехмонтаж», ОАО «Челябэнергоремонт», ОАО «Челябинский тракторный завод», ОАО «Синарский трубный завод», ОАО «Востокметаллургмонтаж» и др

Методы исследований. Для теоретических исследований в области технологии в работе применяли методы расчета тепловых процессов от неподвижных источников теплоты Для определения напряженно-деформированного состояния широко использовались подходы теории упругости, теории пластичности и механики разрушения.

При проведении экспериментальных исследований применяли методы металлографического анализа, экспериментального определения температур, давлений осадки, стандартные методики испытаний на ударную вязкость, на

разрыв, изгиб Применяли поляризационно-оптический метод на образцах моделях сварных соединений Теоретические и экспериментальные методы исследований наряду с промышленной апробацией позволили обеспечить достоверность научных положений.

Апробация работы. Основные материалы диссертация были представлены на Всероссийской научно-технической конференции: «Сварка и контроль -2004», посвященной 150-летию НГСлавянова (г Пермь, 2004 г.), XXII Уральской конференции по неразрушающему контролю «Контроль технологий, изделий и окружающей среды физическими методами» (г Челябинск , 2004 г), на XXIV научно-технической конференции сварщиков Урала и Сибири «Сварка и контроль 2005» (г Челябинск, 2005 г.) Результаты работы докладывались на ежегодных конференциях преподавателей и сотрудников Южно-Уральского государственного университета 2003 2007 г

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 научных статей, получен патент на изобретение

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы из 101 наименования, содержит 193 страниц машинописного текста, 14 таблиц, 68 рисунков

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ведении обоснована актуальность выбранной темы исследования и предложено перспективное направление решения проблемы получения качественных сварных соединений из чугуна и чугуна со сталью контактно-стыковыми способами сварки

В первом разделе приведены литературные данные по состоянию вопроса, при этом дана краткая характеристика чугунов в зависимости от содержания в нем углерода, кремния, марганца, алюминия, меди, никеля и других элементов Показано, что в зависимости от химического состава, условий кристаллизации и скоростей охлаждения углерод в чугуне может находиться как структурно свободном (в виде графита), так и в связанном состоянии Дана классификация чугунов по структурным составляющим Показано, что наибольший интерес для изготовления сварных конструкций представляет серые чугуны, высокопрочные чугуны с шаровидным графитом и ковкие чугуны. При этом дана оценка свариваемости чугунов и основные затруднения, которые имеют место при сварке При анализе основных способов сварки чугунов было отмечено, что по сравнению с дуговой сваркой контактная сварка не обладает универсальностью. Ее применение ограничено конфигурацией сечения стыка и размером свариваемый деталей. Процесс сварки осуществляется сразу по всей площади стыка, при этом потребляемая электрическая мощность оборудования достаточно высока Современные серийное оборудование позволяет вести сварку заготовок сечением до 30 000 мм2. Однако в пределах данных ограничений контактная сварка обладает рядом существенных преимуществ' общая трудоемкость работ (включая заготовительные, основные и заключительные операции) в 2 6 раз ниже чем при дуговой сварке; общий расход энергии, включая термообработку сварных стыков, уменьшается в

1,5 5 раз, полностью исключаются из статей расходов присадочные материалы, флюсы, защитные газы, процесс контактной стыковой сварки даже при ручном управлении не требует высочайшей квалификации исполнителей, какой совершенно необходим при дуговой сварке, оборудование достаточно легко автоматизируется, что еще в большей мере снижает зависимость качества сварных соединений от профессионального мастерства сварщика и др

Во втором разделе приведены исследования, направленные на получение качественных сварных соединений из чугуна сваркой трением, сопротивлением, непрерывным оплавлением и оплавлением с прерывистым подогревом В результате проведенных экспериментов, металлографического анализа и механических испытаний сварных образцов установлено, что наличие жидкой фазы, а также высоких градиентов температур по оси, перпендикулярной стыку при сварки чугуна с приложением давления предопределяет весь ход процесса сварки и является важным технологическим фактором, обеспечивающим качественное сварное соединение

При сварке трением свободный графит сосредотачивается в области стыка, существенно снижает коэффициент трения, что не позволяет даже при повышенных давлениях и варьировании относительной скорости вращения заготовок создать жидкую фазу по всей поверхности стыка По этой причине качественного сварного соединения из чугуна сваркой трением не получено.

При контактной стыковой сварки сопротивлением на торцах соединяемых стержней при определенных параметрах процесса создается жидкая фаза, которая выдавливается при последующем приложенном давлении осадки, что способствует установлению межатомных связей и образованию сварного соединения Однако, в процессе осадки в зоне термического влияния (нагретой до температуры, ориентировочно, 1000 °С) происходит образование сетки трещин из-за низких характеристик пластичности чугунов при данной температуре Относительно большая протяженность данной зоны из-за низкого градиента температур по оси сварного соединения при сварке сопротивлением не позволяет ее удалить при осадке вместе с гратом Таким образом, контактная стыковая сварка сопротивлением не является оптимальным способом получения качественных сварных соединений из чугуна

Проведенные эксперименты позволили установить, что основным принципам получения качественного сварного соединения из чугуна удовлетворяет контактная стыковая сварка оплавлением При этом в процессе нагрева на соединяемых торцах при определенных параметрах процесса получается жидкая фаза, распределение температуры в перпендикулярном от стыка направлении (по оси х) имеет наибольший градиент (¡ТI с!х, что позволяет получать достаточно узкие по протяженности области, нагретые до 1000 °С и выше, которые бы при осадке выдавливаются из стыка в виде грата вместе с жидкой фазой, скорости охлаждения после осадки представляется возможным понижать до 6 °С/с для получения наиболее благоприятной структуры в области сварного стыка Важным фактором исключения цементита и ледебурита в области стыка при контактной сварке оплавлением является установление наиболее благоприятного температурного поля, которое бы

позволяло с одной стороны выдавливать в грат жидкую фазу чугуна вместе с охрупченным (нагретым до 1000 °С) слоем, а с другой - снижать до необходимых значений скорости охлаждения для получения структур феррит + графит, перлит + графит или смешанных структур Для этого прибегали к варьированию режимами процесса, а также использовали два варианта сварки оплавлением непрерывным оплавлением и оплавлением с прерывистым подогревом

В третьем разделе на основе экспериментальных данных на примере сварки чугуна СЧ-21, было установлено, что протяженность зоны пластических деформаций ха, для формирования качественного сварного соединения при контактной стыковой сварки оплавлением, несколько большая, чем для низкоуглеродистых сталей, что обусловлено большим, чем у стали коэффициентом температуропроводности а Предложена эмпирическая формула, которая вполне адекватно дает значения протяженности данной зоны в зависимости от диаметра с1 соединяемых чугунных заготовок

ха = ОД + 0,25й (см) (1)

Показано, что для формирования качественного сварного соединения давление осадки Р и распределение температур нагрева чугунных стержней в зоне протекания пластических деформаций должны изменяться от температуры плавления Тпл (в стыке) до температуры Тя (на границе зоны пластических деформаций), соответствующей пределу текучести при приложенном давлении осадки Такая взаимосвязь температур и давления может быть представлена следующей формулой:

Р = тат( 1-^). (2)

4 'шн

где т - коэффициент, учитывающий скоростное упрочнение чугуна (для скоростей деформации осадки т-1), сгг - предел текучести чугуна при нормальной температуре

На основе теоретического анализа, с использованием подходов НН, Рыкалина, для линейного источника тепла, действующего в стыке для оплавляемых стержней, предложены расчетные формулы, позволяющие для процесса непрерывного оплавления (без прерывистого подогрева) по времени и скорости непрерывного оплавления, с учетом коэффициента температуропроводности а, определять распределения температур в зоне протекания пластических деформаций в зависимости от параметров процесса сварки При этом открывается возможность расчетным путем в зависимости от диаметра стержней и режимов процесса определять необходимый для формирования качественного сварного соединения температурный режим и решать обратную задачу.

Т = Тпл-е К *» / • Ф(х, С), (3)

где 1?опл- скорость оплавления см/сек; Х- расстояние от торца в глубь стержня, Ф(х, О - некоторая функция, которая может быть найдена по

следующей формуле

(х2+у%пл t2\ ftt-0,Sg V 4at j

-&ZTdt' (4)

fr- 0,Se-{ 4« J _

где t— координата времени (сек)

На примере расчета процесса сварки непрерывным оплавлением (без прерывистого подогрева) для чугунных стержней диаметром 30 мм и давления осадки 50 МПа установлено, что температурный режим для данных диаметров (и более) уже не является достаточным Дальнейшее повышение давления или времени непрерывного оплавления могут привести либо к образованию трещин в зоне термического влияния, либо к образованию нежелательных структур закалки. Оптимальным решением является использование прерывистого (в несколько стадий) подогрева с последующим непрерывным оплавлением

Как показали расчеты МКЭ и экспериментальные данные по замеру температур в области стыка, для определения параметров режима контактной стыковой сварки с прерывистым оплавлением приемлемо использовать алгоритм решения А В Пугина для стальных заготовок. При этом погрешность расчета параметров сварки чугуна составляет не более 20 %

Для расчета температурного поля при прерывистом в несколько стадий подогреве в зависимости от параметров процесса в диссертации приведены формулы, графики и номограммы

Предварительные эксперименты, проведенные при контактной стыковой сварке непрерывным оплавлением и оплавлением с предварительным, прерывистым подогревом для чугунных образцов по предложенным теоретическим решениям на оптимальных режимах, показали механические свойства на уровне аналогичных свойств основного металла При этом микроструктура в области стыка и зоны термического влияния при скоростях охлаждения ниже б °С/сек, имела отсутствие следов ледебурита и цементита (то есть соответствовало основному металлу)

В качестве примера, приведена таблица с экспериментами по сварке чугуна с прерывистым подогревом. Опыты проводили на специальных, полученных литьем образцах диаметром 30 мм и длиной 180 мм Химический состав заготовок соответствовал чугуну марки СЧ 21 (углерода — 3,48 %, марганца -0,95 %, кремния - 2,15 %, серы - 0,07 %, фосфора - 0,14 %, хрома - 0,16 %, никеля-0,13 %).

Для сварки использована контактная машина марки АС-100 Температуру в стержнях измеряли при помощи хромель-алюмелевых термопар. Экспериментальные данные по температурным полям сравнивали с расчетными по предложенной методики Отдельные точки были просчитаны методом конечных элементов Сравнение опытных и расчетных данных по распределению температур от стыка вглубь металла (по х) приведены на рисунке Видно, что в пределах 20 % расчетные, опытные значения совпадают

Общее время подогрева 10 и 15 сек соответствовало 10—12 циклам с продолжительностью цикла 0,8-1,2 сек и паузы 0,4-0,6 сек

Таблица 1

Режимы сварки оплавлением с прерывистым подогревом

Вари- Вторичное Суммарное Время Давление Величина Скорость

анты напряжение время оплавле- осадки, осадки, оплавле-

режи- В подогрева, ния, сек МПа мм ния,

мов сек см/сек

I 4,8 10 4 30 6 0,12

2 4,8 15 4 30 8 0,12

X Г

*■ га 0,8

0,6 0,4

0,2

Рис 1 Опытное (—и

расчетное (__)

распределение температур по оси чугунных стержней при сварке оплавлением с прерывистым подогревом (□ — данные на основе расчета методом конечных элементов)

0 0,5 1,0 1,5 2,0 х, см

Распределение температуры при сварке оплавлением с прерывистым подогревом показало, что на расстоянии х = хд =8,5 мм, температура приблизительно равно 7^/7,^=0,5 (Г=600 °С) или несколько превышает ее (режим 2) Таким образом, теоретически и экспериментально температурное поле является оптимальным для получения качественного сварного соединения Сваренные образцы с применением прерывистого подогрева подвергались металлографическому анализу При этом в зоне стыка была выявлена структура мелкопластинчатого перлита с небольшим включением феррита Площадь, занятая перлитом 70-80 %, микротвердость перлита в среднем 2420 МПа, графит в стыке мелкопластинчатый, его занимаемая площадь - 3% В зоны термического влияния структурные составляющие те же, но площадь, занятая графитом составляет в среднем 7 8 % Феррит окаймляет пластинки графита и его процентное содержание несколько снижено. Образцы подвергались механическим испытания на изгиб, разрыв и ударную вязкость Средние результаты испытаний (по пяти образцам) приведены в табл. 2.

Проведанные теоретические и экспериментальные исследования показали, что большими возможностями регулирования термического цикла обладает стыковая сварка оплавлением с предварительным (прерывистым) подогревом. Однако, данный процесс в плане определения диапазонов оптимальных

параметров для сварки различных марок чугуна и чугуна со сталью требовал проведения дальнейших дополнительных экспериментов

В четвертом разделе изложены результаты экспериментальных исследований по влиянию режимов контактной стыковой сварки оплавлением на структуру и механические свойства сварных соединений из чугуна и чугуна со сталью Исследования проводились на чугунных и стальных образцах диаметром 30 мм и длиной 150 170 мм В качестве материала заготовок использовали чугуны марки СЧ 21 и ВЧ 45-5 (с шаровидным графитом), а также сталь 20, сталь 45 и стапь45Х Химический состав материала заготовок приведен в таблице 3

Таблица 2

Механические свойства образцов, сваренных с применением прерывистого подогрева

Режимы сварки Предел прочности при разрыве, МПа Ударная вязкость, Дж/см"1

1 208 4,1

2 232 4,9

СЧ-21 (без сварки) 218 5,7

Таблица 3

Химический состав материала заготовок для сварки, %

Материал С Мп Si Сг Ni Mg р S

СЧ21 3,48 0,95 2,15 0,16 0,13 - 0,14 0,07

ВЧ 45-5 3,5 0,98 2,1 0,20 0,11 0,03 0,06 0,01

Сталь 20 0,2 0,94 0,22 0,05 0,10 - 0,02 0,02

Сталь 45 0,48 0,55 0,20 0,05 0,10 - 0,022 0,021

Сталь 45Х 0,48 0,60 0,29 0,95 0,09 - 0,036 0,023

В основе проведенных экспериментов было установлено, что получение качественных сварных соединений из чугуна с механическими характеристиками равными или близкими к характеристикам основного металла (без структур закалки в зоне термического влияния) в полной мере обеспечивается контактной стыковой сваркой оплавлением с прерывистым подогревом При этом выявлено

а) установочная длина для деталей сплошного сечения 5 из чугуна равна /=2(1,1 1,3) (л/5/п) Для чугунных труб диаметром (О) до 100 мм и толщиной стенки 6 10 мм - /=2(0,6 0,75)0,

б) суммарная продолжительность одного цикла прерывистого, предварительного подогрева (размыкание и замыкание) должна составлять 0,8 1,2 сек, при этом продолжительность пауз 0,4 0,6 сек. Количество полных циклов зависит от сечения Для стержней диаметром 30 мм количество циклов составляет 12 15, при этом суммарное время подогрева - 10 17 сек, для чугунных труб диаметром 50 мм с толщиной стенки 10 мм - 25 циклов (суммарное время подогрева 20 30 сек),

в) Средняя скорость оплавления должна составлять Уопл =1,5 . 3 мм/сек, при вторичном напряжении холостого хода и0 = 5,1 . 5,5 В Величина припуска на оплавление равна 2± 0,2 мм;

г) скорость осадки должна находиться в пределах К>с=6 8 мм/сек, а величина осадки - 1,2. 3 мм, для заготовок из чугуна сечением 200 1500 мм2 При этом давление осадки необходимо устанавливать в пределах 40 . 60 МПа,

д) суммарный припуск для обеих свариваемых деталей при сварке оплавлением с прерывистым подогревом составляет 6 10 мм, а при сварке труб диаметром 50 . 100 мм колеблется в пределах 18 24 мм;

е) удельную мощность контактных машин для сварки чугунных заготовок необходимо выбирать в интервале 0,06 0,09 кВА/мм2.

Процесс сварки оплавлением с предварительным подогревом чугуна заметно отличается, от аналогичного процесса сварки стали, оптимальными параметрами режимов минимальное напряжение холостого хода (устанавливаемое ступенью мощности) при сварке чугуна должно быть больше на 15 20 %, а мощность контактных машин выше на 30 40 %, чем при сварке стали

Экспериментальные исследования по выбору оптимальных режимов процесса вполне согласуются с теоретическими данными, изложенными в разделе 3.

В отличие от сварки чугуна при выборе оптимальных режимов процесса получения комбинированных соединений (чугун + сталь) следует учитывать следующее

а) установочная длина для обеспечения условий одинакового нагрева на стальных заготовках должна выбираться в 1,9 раз больше, чем на чугунных,

б) величина укорочения в процессе сварки со стороны чугуна примерно в два раза больше, чем укорочение стальных заготовок;

в) изменение структуры сварных соединений в зоне термического влияния зависит от химического состава стальных и чугунных заготовок,-режимов сварки и последующего охлаждения При сварке заготовок из малоуглеродистой стали с чугуном подбором оптимальных параметров сварки можно избежать появления ледебуритных включений и структур закалки в ЗТВ при охлаждении на воздухе При сварке чугуна со средне - и высокоуглеродистыми сталями (типа сталь 45) для предупреждения структур закалки рекомендуется сразу после сварки изделие помещать на 1,5 — 2 часа в печь с температурой 500 550 °С с последующем замедленным охлаждением в песке,

г) остальные оптимальные режимы сварки устанавливаются в тех же пределах, что и для сварки чугуна.

На основе металлографического анализа установлено, что в области стыка разнородного сварного соединения наблюдается образование науглероженной зоны со стороны стали, а со стороны чугуна - потеря содержания углерода из-за его миграции в сталь. Данное явление наблюдается на всех стадиях процесса сварки: при подогреве, оплавлении и осадки

Выполненные исследования открывают возможность применения контактной стыковой сварки для выполнения различных узлов из чугуна с чугуном и чугуна со сталью

Пятый раздел диссертации посвящен разработки методик для определения трещиностойкости и прочности сварных соединений из чугуна и чугуна со сталью на основе особенностей химического состава и структуры зоны стыка, а также механических характеристик металла различных зон сварных соединений

Через параметры микроструктуры в зависимости от объемного содержания графита С (%), формы графитовых включений и модуля упругости матрицы разработана методика определения среднего модуля упругости для различных чугунов, входящих в сварное соединение Показано, что при одинаковом объемном содержании графита в сварном соединении для чугунов с пластинчатыми графитом модуль упругости значительно ниже, чем у чугунов с шаровидной формой В целом модуль упругости чугунов ниже, чем у стали.

Сопротивление сварных соединений из чугуна продвижению трещин (трещиностойкость) можно оценивать с позиций линейной механики разрушения За количественную меру напряжений, раскрывающих трещину в настоящей работе принят коэффициент интенсивности напряжений для трещин нормального отрыва. Хрупкое разрушение реализуется при достижении коэффициента интенсивности напряжений своего критического значения (К1с) Предложенная методика определения критических значений коэффициента интенсивности напряжении для различных чугунов

входящих в сварное соединение показывает, значения Кхс увеличиваются при увеличении расстояния между соседними графитовыми включениями (для ЧШГ). Диаметра включений и с уменьшением количества перлитной фазы в матрице Наиболее высокую трещиностойкость (при прочих равных условиях) имеют чугуны с ферритной матрицей Предложена формула для определения критических значений коэффициентов интенсивности напряжений для чугунов с пластинчатым и шаровидным графитом1

Kiс = (E/EJA^B, (MilaVS), (5)

где Е - модуль упругости для конкретной марки чугуна, Е„ - модуль упругости матрицы (для перлитной основы £'„=210 ГПа), А - коэффициент (А=262,7 МПат/м), £•„ - равномерная деформация при разрушении гладкого бездефектного образца в относительных величинах (£в по нашим экспериментам для ряда чугунов составляла 0,005. 0,012) Значения К1с полученные по предложенной формуле с точностью до 10 12 % совпадают с данными Хана-Розенфильда.

Параметры микроструктуры для сварных соединений из ЧШГ, в частности средний диаметр графитовых включений (d), расстояние между включениями (А), степень сферы графита (ССГ). оказывают значительное влияние на процесс протекания локальных разрушений в области стыка сварных соединений при их нагружении и на пластичность соединений в целом На основе подхода Нейбера и феноменологической теории разрушения разработана методика определения момента локального разрушения (по достижению локальными деформациями Етах величины их критических значений - ресурса пластичности материала ЛР) в зависимости от коэффициента концентрации напряжений а„ вблизи

сферических и эллиптических включений графита при нагружении сварного соединения и механических характеристик чугуна ( модуля упругости - Е, предела текучести - ат и показателя степени упрочнения чугуна на диаграмме деформирования - ш) Формула для определения максимальных деформаций вблизи сферических и эллиптических включений графита в области стыка при контактной стыковой сварки имеет следующий вид-

£тах ~ \Г~Ё£Г) ■ (6)

Условие разрушения представляли в виде £тах = £тах= Деформационный критерий разрушения Лр находили в результате

проведенных экспериментов в форме ЛР = А ехр(ВП), где А и В - некоторые коэффициенты, определяемые по результатом испытания на разрыв гладкого образца и образца с трещиной; П - показатель напряженного состояния П = с/Т - отношение гидростатического давления к интенсивности касательных напряжений) Диаграмма пластичности для некоторых типов чугунов с шаровидным графитом, имеющих разные механические характеристики, представлены на рисунке 2

Зависимость величины максимальных деформаций етах от номинальных напряжений аи, приложенных к сварному соединению для сферических и эллиптических включений графита с разными коэффициентами концентрации напряжений имеет вид, представленный на рисунке 3.

Лр.

На основе анализа напряженно-деформированного состояния разнородных сварных соединений из чугуна со сталью в упругой области их работы показано, что в общем случае по стыку имеет место значительная концентрация напряжений, достигаемая максимальных значений в угловых точках Данное явление вызвано несогласованностью упругих деформаций по стыку и определяется соотношением упругих констант чугуна и стали (модулей упругости -Ей коэффициентов Пуассона - р), а также углом наклона стыка по отношению к вектору приложенных напряжений. Разработанная расчетная

методика позволяет в каждом конкретном случае путем варьирования угла наклона стыка по отношению к вектору приложенных напряжений снижать данную концентрацию напряжений вплоть до получения безконцентраторного сварного соединения и, тем самым, увеличивать работоспособность разнородных сварных соединений чугуна со сталью

Влияние плоскостных дефектов (непроваров, несплавлений, окисных пленок и др) в стыках сварных соединений из чугуна и чугуна со сталью (выполненных контактной стыковой сваркой) на их предельную несущую способность определяется степенью механической неоднородности (отношением временных сопротивлений или твердости контактирующих металлов в зоне стыка Кв = ад/ад) и размерами дефектов На основе метода линий скольжения в условиях общей текучести металлов получены соотношения, позволяющие производить оценку опасности рассматриваемых дефектов и определять диапазоны размеров допустимых дефектов в зависимости от Кв Обоснованность указанных допустимых диапазонов базируется на теории контактного упрочнения, разработанной научной школой кафедры сварки Южно-Уральского государственного университета и экспериментальных данных

бгач

З'Ю"

2*10"

МО

/ /

От= ь»=5 / / -4 ^

/ а«=3 /

/

0.25

0,5

0 75

1,0

Рис 3 Зависимость величины максимальных деформаций £тах вблизи контура графитовых включений от уровня приложенных номинальных напряжений ан при различных коэффициентах концентрации напряжений (графики построены для чугуна 1-го типа с механическими

характеристиками <т02=217 МПа, Я=160 Гпа, ш=0,085)

Си/СГоз

,25

Предложенные расчетные методики позволяют на научной основе прогнозировать работоспособность рассматриваемых сварных соединений и целенаправленно производить выбор технологии сварки

В шестом разделе работы изложены примеры промышленного освоения разработанных технологий сварки и перспективы дальнейшего внедрения результатов работы

Высокая производительность получения качественных сварных соединений из чугуна и чугуна со сталью контактным стыковым способом оплавления с прерывистым подогревом, по сравнению с дуговой сваркой, предполагает его

широкое внедрение в промышленность при исправлении брака литья чугунных труб, при прокладке теплотрасс, водоводов, нефтегазопродуктопроводов, при создании сварных деталей узлов различных технических устройств и т д. В частности апробация разработанной технологии сварки чугунных труб диаметром 50 мм на стандартных машинах для контактной стыковой сварки с учетом удаления грата (при помощи предлагаемых устройств) позволяет получать штучное время на один стык до 5 минут (при машинном времени 0,5 мин)

Разработанная технология получения комбинированных сварных соединений из чугуна со сталью, апробированная на корпусе насоса для консистентной смазки и крышки всасывающей трубы трактора показала прочность стыковых сварных соединений на уровне прочности чугуна, что более чем в 3 раза превышает прочность сварных соединений, выполненных дуговой сваркой по существующей технологии

Для расширения технологических возможностей процесса контактной стыковой сварки чугуна предложено на протяжении всего времени сварки, включая предварительный прерывистый подогрев, на торцы свариваемых деталей посредством специального генератора электромагнитных импульсов подавать не синусоидальные наносекундные электромагнитные импульсы мощностью 1 МВт, длительностью менее 1 наносекунды и частотой повторения не менее 1 кГц Данные импульсы создают электромагнитные поля с напряженностью до 10 В/м, вызывают спиновую ориентацию атомов, пространственную ориентацию ионов и увеличивают число кластеров в жидкой фазе металла В конечном итоге это приводит к изменению структуры металла в зоне сварного стыка. Форма зерен становится более компактной, уменьшается их размер, что приводит к увеличению прочности и пластичности сварного шва На предложенный способ сварки получен патент на изобретение

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1 В результате проведенных исследований установлено, что основные принципы получения качественных сварных соединений из чугуна сваркой давлением заключаются в следующем а) на соединяемых торцах заготовок необходимо получать жидкую фазу металла, б) температурное поле в направлении перпендикулярном стыку должно иметь градиент, позволяющий получать достаточно узкие зоны непосредственной близости от стыка с температурой 1000 °С, в которых наблюдается минимальная пластичность металла, в) давление осадки должно быть достаточным для выдавливания в грат жидкой фазы и узкого участка с наименьшей пластичностью металла; г) скорости охлаждения для получения благоприятных структур должны быть порядка 6 °С/сек. Сварка трением, контактная стыковая сварка сопротивлением не удовлетворяет данным принципам и не позволяет получать качественные сварные соединения из чугуна Контактная стыковая сварка непрерывным оплавлением характеризуется повышенными скоростями охлаждения и имеет границы применимости в зависимости от площади поперечного сечения

свариваемых заготовок В полной мере вышеизложенным принципам удовлетворяет контактная стыковая сварка оплавлением с предварительным прерывистым подогревом.

2 На основе решения Н Н Рыкалина, с учетом установленной взаимосвязи распределения температур, приложенного давления осадки и протяженности зоны пластических деформаций в чугунных стержнях, разработана расчетная методика, позволяющая теоретически в зависимости от параметров контактной сварки непрерывным оплавлением (без прерывистого подогрева) и площади поперечного сечения заготовок определять температурный режим процесса, необходимый для получения качественного сварного соединения и границы применимости данного способа сварки.

3 На основе экспериментальных данных по распределению температур и численных расчетов методом конечных элементов установлено, что для определения параметров режима контактной стыковой сварки оплавлением с прерывистым подогревом вполне приемлемо для чугуна использовать алгоритм решения А В. Пугина, ранее предложенного для определения аналогичных параметров при сварке малоуглеродистой стали При этом погрешность расчетов составляет не более 20 %

4 Экспериментальные исследования по выбору оптимальных режимов процесса вполне согласуются с теоретическими данными, полученными по предлагаемым методикам расчета.

5. В отличие от сварки чугуна при выборе оптимальных режимов процесса получения комбинированных соединений чугуна со сталью следует учитывать следующее

а) установочная длина для обеспечения условий одинакового нагрева на стальных заготовках должна выбираться в 1,9 раз больше, чем на чугунных;

б) величина укорочения в процессе сварки со стороны чугуна примерно в два раза больше, чем укорочение стальных заготовок,

в) изменение структуры сварных соединений в зоне термического влияния зависит от химического состава стальных и чугунных заготовок, режимов сварки и последующего охлаждения При сварке заготовок из малоуглеродистой стали с чугуном подбором оптимальных параметров сварки можно избежать появления ледебуритных включений и структур закалки в ЗТВ при охлаждении на воздухе При сварке чугуна со средне- и высокоуглеродистыми сталями (типа сталь 45) для предупреждения структур закалки рекомендуется сразу после сварки изделие помещать на 1,5 - 2 часа в печь с температурой 500 550 °С с последующем замедленным охлаждением в песке,

г) остальные оптимальные режимы сварки устанавливаются в тех же пределах, что и для сварки чугуна

6. Через параметры микроструктуры в зависимости от объемного содержания графита С (%) и формы графитовых включений разработана методика определения среднего модуля упругости для различных чугунов, входящих в сварное соединение Показано, что при одинаковом объемном содержании графита в сварном соединении для чугунов с пластинчатыми

графитом модуль упругости значительно ниже, чем у чугунов с шаровидной формой В целом модуль упругости чугунов ниже, чем у стали

7 Показано, что сопротивляемость сварных соединений из чугуна продвижению трещин (трещиностойкость) можно оценивать с позиций линейной механики разрушения Предложена методика определения критических значений коэффициента интенсивности напряжений К1с для различных чугунов входящих в сварное соединение Установлено, что значения К1с (для ЧШГ) увеличиваются при увеличении расстояния между соседними графитовыми включениями, диаметра включений и с уменьшением количества перлитной фазы в матрице Наиболее высокую трещиностойкость (при прочих равных условиях) имеют чугуны с ферритной матрицей

8 На основе подхода Нейбера и феноменологической теории разрушения разработана методика определения момента локального разрушения в зависимости от коэффициента концентрации напряжений вблизи сферических и эллиптических включений графита и механических характеристик чугуна (модуля упругости - Е, временного сопротивления - ав и показателя степени упрочнения чугуна на диаграмме деформирования - ш)

9 На основе анализа напряженно-деформированного состояния разнородных сварных соединений из чугуна со сталью в упругой области их работы показано, что в общем случае по стыку имеет место значительная концентрация напряжений, достигаемая максимальных значений в угловых точках Данное явление вызвано несогласованностью упругих деформаций по стыку и определяется соотношением упругих констант чугуна и стали (модулей упругости - Е и коэффициентов Пуассона - V), а также углом наклона стыка по отношению к вектору приложенных напряжений Разработанная расчетная методика позволяет в каждом конкретном случае путем варьирования угла наклона стыка по отношению к вектору приложенных напряжений снижать данную концентрацию напряжений вплоть до получения безконцентраторного сварного соединения и, тем самым, увеличивать работоспособность разнородных сварных соединений чугуна со сталью

10. На основе метода линий скольжения получены соотношения, позволяющие производить оценку опасности плоскостных дефектов в сварных соединениях из чугуна и чугуна со сталью в зависимости от степени механической неоднородности соединений Кв =Од/ав Обоснованность допустимых дефектов базируется на теории контактного упрочнения, разработанной научной школой кафедры сварки Южно-Уральского государственного университета и экспериментальных данных

11 Разработанная технология получения сварных соединений из чугуна и чугуна со сталью, апробирована при сварке труб, корпуса насоса для консистентной смазки, крышки всасывающей трубы дизель-электрических тракторов Прочность стыковых сварных соединений при этом достигала прочности чугуна, что в 2 3 раза превышает прочность сварных соединений, выполненных дуговой сваркой по существующей технологии Для расширения технологических возможностей процесса контактной стыковой сварки чугуна предложено на протяжении всего времени сварки, включая предварительный

прерывистый подогрев, на торцы свариваемых деталей посредством специального генератора электромагнитных импульсов подавать не синусоидальные наносекундные электромагнитные импульсы мощностью 1 МВт, длительностью менее 1 наносекунды и частотой повторения не менее 1 кГц, что приводит к изменению структуры металла в зоне сварного стыка, измельчению зерна и расширению диапазон оптимальных режимов, при которых получают качественные сварные соединения

Основные положение диссертации опубликованы в следующих работах:

1 Шахматов, М В Особенности контактной стыковой сварки чугуна / М В Шахматов, ДМ Шахматов//Свароч пр-во —2004 — №4 — С 36-41

2. Шахматов, Д М Контактная стыковая сварка чугунных труб методом оплавления с прерывистым подогревом / ДМ Шахматов // Тяжелое машиностроением Тяжелое машиностроение —2005 —№7 — С 21-22

3 Шахматов, МВ Контактная стыковая сварка чугуна — высокопроизводительный способ получения сварно-литых изделий / М В Шахматов, Д М Шахматов // Вестник ЮУрГУ Серия «Машиностроение» — 2003 —№9(25) —С 74-81

4 Шахматов, ДМ. Оценка прочности и пластичности сварных конструкций из чугуна с шаровидным графитом / ДМ Шахматов // Вестник ЮУрГУ Серия «Машиностроение» — 2004 —№5(34) —С 162-169

5 Шахматов, ДМ Сравнительный анализ контактной стыковой сварки чугуна и сварки плавлением / М В. Шахматов, Д М Шахматов // Интеллектика, логистика, системология сб науч тр — Челябинск Изд ЧНЦ РАЕН, РУО МАИ, ЧРО МАНПО, ЧРО МААНОИ, 2003 — вып № 10— С 5663.

6. Шахматов, ДМ Отработка технологии контактной стыковой сварки чугунных труб /ДМ Шахматов // Инжиниринг. Инновации. Инвестиции сб науч тр — Челябинск Изд ЧНЦ РАЕН, РУО МАИ, ЧРО МАНПО, ЧРО МААНОИ, 2003,— вып №3 — С.71-78.

7 Шахматов, М В Техническая диагностика сварных металлоконструкций / М В Шахматов, Д М Шахматов // Интеллектика. Логистика Системология: сб науч тр — Челябинск. Изд ЧНЦ РАЕН, РУО МАИ, ЧРО МАНПО, ЧРО МААНОИ, 2002 — вып № 9— С 68-71

8 Шахматов, ДМ Отработка технологии контактной сварки чугуна / Шахматов ДМ, Шахматов М В , Осипов А М // Интеллектика Логистика Системология сб науч тр — Челябинск Изд ЧНЦ РАЕН, РУО МАИ, ЧРО МАНПО, ЧРО МААНОИ, 2002 — вып №10—С 92-103.

9 Шахматов, ДМ Разработка технологии контактной стыковой сварки чугуна со сталью /ДМ Шахматов, М В Шахматов // Инжиниринг Инновации Инвестиции сб науч тр — Челябинск Изд ЧНЦ РАЕН, РУО МАИ, ЧРО МАНПО, ЧРО МААНОИ, 2003—вып №2 —С 106-117

10 Шахматов, ДМ. Промышленное освоение контактной сварки чугуна со сталью /ДМ Шахматов // Инжиниринг Инновации Инвестиции

сб науч тр — Челябинск Изд ЧНЦ РАЕН, РУО МАИ, ЧРО МАНПО, ЧРО МААНОИ, 2003 — вып №2 —С 106-117

11. Шахматов, Д.М Методика расчета тепловых процессов и режимов при сварке чугуна оплавлением /ДМ Шахматов, М.В Шахматов, С Ф Айметов // Инжиниринг Инновации Инвестиции, сб. науч тр — Челябинск Изд ЧНЦ РАЕН, РУО МАИ, ЧРО МАНПО, ЧРО МААНОИ, 2003 — вып №2 —С 117-130

12 Шахматов, ДМ Технологическая прочность при контактной стыковой сварки чугуна /ДМ Шахматов // Интеллектика Логистика Системология сб науч тр — Челябинск Изд ЧНЦ РАЕН, РУО МАИ, ЧРО МАНПО, ЧРО МААНОИ, 2003 — вып №11 — С 72-79

13 Шахматов, ДМ Оценка влияния плоскостных дефектов на несущую способность сварных соединений труб из стали и чугуна / Д.М Шахматов, MB. Шахматов // Интеллектика Логистика Системология сб науч тр — Челябинск Изд ЧНЦ РАЕН, РУО МАИ, ЧРО МАНПО, ЧРО МААНОИ, 2003 — вып №11 — С 79-85

14 Шахматов, ДМ Влияние способа сварки на качество формирования сварного шва для трубопроводов из чугуна с шаровидным графитом /ДМ Шахматов // Тез. Докл XXII научно-технической Уральской конференции по неразрушающему контролю— Челябинск: ЦНТИ, 2004 — С 60— 63.

15 Шахматов ДМ Сварка чугуна и чугуна со сталью / Д М Шахматов // Сварка и контроль - 2004 в 3-х томах, сб. док Всероссийской с международным участием конференции, посвященной 150-летию со дня рождения Н Г Славянова — Пермь Пермский госуд. Университет, 2004 — Т 2.— С.152-158

16 Шахматов, Д М Статическая прочность и трещиностойкость сварных соединений из чугуна / Шахматов ДМ // Инжиниринг. Инновации Инвестиции сб науч тр — Челябинск Изд ЧНЦ РАЕН, РУО МАИ, ЧРО МАНПО, ЧРО МААНОИ, 2004 —вып №4 — С 205-214

17 Шахматов, ДМ Влияние параметров микроструктуры на прочность и пластичность сварных соединений из чугуна с шаровидным графитом / ДМ. Шахматов MB Шахматов // Инжиниринг Инновации Инвестиции- сб. науч тр — Челябинск Изд ЧНЦ РАЕН, РУО МАИ, ЧРО МАНПО, ЧРО МААНОИ, 2004 —вып №4 —С 215-226

18 Шахматов, ДМ Разнородные сварные соединения из чугуна при различных условиях напряженного состояния /ДМ Шахматов, А.М Осипов // Сварка и Контроль 2005 материалы науч -тех. конференции сварщиков Урала и Сибири —Челябинск ЮУрГУ, 2005 — С 246-260

19 Shachmatov, D М Feftures of butt welding of cast iron /DM Shachmatov, M V Shachmatov // Weldihg International — Woodhead publishihg limited, 2004 —Volume 18 Number 9, — ISSN 0950 7116, — s. 737-741

20 Пат № 2003119205 Российская Федерация Кл В23К 103 6 Способ контактной стыковой сварки чугуна оплавлением / MB. Шахматов, В В. Крымский, Д М Шахматов // Бюл —2004-—№ 33

Подписано в печать 21 01 2008 г Печ л 1,5 Уч-изд л 1,75 Заказ № 145 Тираж 100 экз Отпечатано с оригинал-макета автора в типографии «City- Pnnt» 454008, г Челябинск, ул Энгельса, 61а тел 727-73-29,230-34-34

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПО СВАРКЕ ЧУГУНА.

1.1. Краткая характеристика чугунов.

1.2. Оценка свариваемости чугунов.

1.3. Анализ существующих способов сварки чугунов.

1.4. Сравнительный анализ контактной стыковой сварки чугуна и сварки плавлением.

1.5. Ближайшие перспективы применения контактной стыковой сварки чугуна и чугуна со сталью в промышленности.

1.6. Цель и задачи исследования.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ КОНТАКТНОЙ СТЫКОВОЙ СВАРКИ ЧУГУНА.

2.1 .Исследование особенностей процесса сварки трением чугуна.

2.2. Исследование особенностей сварки сопротивлением.

2.3. Исследование особенностей контактной стыковой сварки оплавлением.

Выводы по разделу 2.

3. РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКИХ ЦИКЛОВ СВАРКИ ЧУГУНА С ЧУГУНОМ ПРИ КОНТАКТНОЙ СТЫКОВОЙ СВАРКИ ОПЛАВЛЕНИЕМ.

3.1. Методика расчета тепловых процессов и режимов при контактной стыковой сварке оплавлением чугуна.

3.2. Расчеты параметров режимов стыковой сварки оплавлением.

3.3. Эксперименты по контактной стыковой сварке чугуна методом прерывистого подогрева по расчетным параметрам.

3.4. Термический цикл стыковой сварки оплавлением с прерывистым подогревом.

Выводы по разделу 3.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА КОНТАТКНОЙ СТЫКОВОЙ СВАРКИ ОПЛАВЛЕНИЕМ, ОПЕСПЕЧИВАЮЩИХ ПОЛУЧЕНИЕ КАЧЕСТВЕННЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ ЧУГУНА И ЧУГУНА СО СТАЛЬЮ.

4.1. Сварка чугуна с чугуном.

4.1.1. Определение установочной длины.

4.1.2. Определение оптимальных параметров режима предварительного подогрева.

4.1.3 Влияние параметров режима оплавления на качество сварных соединений при сварке чугуна.

4.1.4. Влияния параметров осадки.

4.2. Особенности контактной стыковой сварки чугуна со сталью.

4.2.1. Методика проведения экспериментов и параметры режимов сварки.

4.2.2. Особенности формирования структуры комбинированных сварных соединений и их механические свойства.

Выводы по разделу 4.

5. РАЗРАБОТКА РАСЧЕТНЫХ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ПРОЧНОСТИ И ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ ЧУГУНА.

5.1. Статическая прочность и трещиностойкость сварных соединений из чугуна

5.2. Трещиностойкость сварных соединений из чугуна.

5.3. Влияние параметров микроструктуры чугуна с шаровидным графитом на прочность и пластичность сварных соединений.

5.4. Анализ напряженного состояния разнородных сварных соединений из чугуна со сталью.

5.5. Оценка влияния плоскостных дефектов на несущую способность сварных соединений из чугуна и стали.,.

Выводы по разделу 5.

6. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

6.1. Сварка труб из чугуна.

6.2. Сварка узлов из чугуна и стали.

6.3. Направление дальнейших исследований и перспективы внедрения.

Выводы по разделу 6.

В современном машиностроении более 50% массы машин составляют литые детали, которые в большинстве своем выполнены из чугуна. Кроме хороших литейных свойств, простоты и экономичности получения отливок, чугуны обладают высокой коррозионной стойкостью, износостойкостью при эксплуатации, малой чувствительности к концентраторам напряжений и рядом других специальных свойств [1].

В настоящее время производство чугунных изделий сводится к их отливке. Вопрос о производстве сварно-литых конструкций из чугуна практически малоисследован, что подтверждается ограниченным количеством информации по этому вопросу в литературных источниках. До сегодняшнего дня сварка применительно к чугуну использовалась в основном для ремонтных работ. Во многом это обусловлено тем, что чугуны, как правило, обладают ограниченной свариваемостью.

Примерно половина тоннажа получаемого чугуна идет на производство труб и трубных деталей, которые используются в машиностроении, энергетике, химических отраслях промышленности, а также в сфере коммунального хозяйства [2-6].

Задаче повышения коррозионной стойкости и надежности трубопроводов уделяют большое внимание во всем мире, в том числе и в России. Срок службы водопроводов и теплотрасс в настоящее время составляет от 5 до 12 лет, промысловых нефтепроводов - 4.5 лет и определяется скоростью общей коррозии, а чаще всего - питтинговой коррозией основного металла и сварных соединений трубопровода.

Использование труб из серого чугуна при строительстве водопроводов показало их высокую коррозионную стойкость, в том числе к образованию питтингов. Срок службы некоторых трубопроводов из серого чугуна составляет более 100 лет [2]. Однако, надежность данных трубопроводов невелика из-за низких пластических свойств серого чугуна, что приводит к частым авариям из-за образующихся трещин при эксплуатации трубопровода. Проблему увеличения прочностных и пластических свойств чугунных труб можно решить путем применения труб из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ЧШГ). полученных методом центробежной отливки. Трубы из ЧШГ обладают прочностью на разрыв не менее 400 Мпа и относительным удлинением не менее 11%. Однако способ соединения труб при помощи раструбного соединения на резиновой манжете (как это осуществляется при строительстве водопроводов) не позволяет использовать трубы из ЧШГ при сооружении теплотрасс, нефтепроводов, продуктопроводов, так как не обеспечивает необходимой прочности и герметичности соединения. Решение проблемы надежного соединения труб шаровидным графитом с помощью сварочных технологий позволит существенно продлить срок эксплуатации трубопроводных систем.

Чугун - один из основных конструкционных материалов для изготовления корпусных деталей. Обеспечение стабильного качества сварки чугуна открывает широкие возможности ресурсосбережения за счет соединения и восстановления корпусных деталей машин, создания сварно-литых металлоконструкций в машиностроении. Здесь существует проблема сварки чугуна со сталью. Стыковая сварка может стать основным средством комбинирования стальных и чугунных частей сварного изделия, при котором с наибольшей полнотой будут использованы все положительные технологические и эксплуатационные свойства этих разнородных металлов при изготовлении корпусов насосов, блоков и головок цилиндров для дизельных и карбюраторных двигателей, гильз цилиндров, распределительных валов, тормозных дисков, барабанов и т.д. [1].

Одной из основных проблем применения труб из чугуна являются их ограниченная длина, что затрудняет монтаж трубопроводов. В настоящее время основным способом производства труб из чугуна является центробежное литье. Известно, что центробежная отливка затрудняется с увеличением длины трубы. Преодоление этих сложностей сопряжено с технологическими трудностями отливки и резким увеличением расходов на оборудование, оснастку и материалы. Анализируя производство чугунных труб на заводах России, можно сделать вывод о том, что литье труб длиной более 2000 мм приводит к образованию недопустимых дефектов. Использование коротких труб для строительства трубопроводов, как показывает практика, нецелесообразно, ввиду высокой стоимости расходных материалов для дуговых способов сварки чугуна. Поэтому появилась необходимость в разработке мероприятий для увеличения длины выпускаемых труб. Одним из сравнительно дешевых способов получения длинномерных труб является сварно-литой вариант изготовления с использованием контактных методов сварки. Однако, возникла необходимость обеспечения качественных сварных соединений.

Исследованиями на кафедре «Оборудование и технология сварочного производства» Южно-Уральского государственного технического университета, начало которым положил В.М. Шахматов совместно с И.Р. Пацкевичем [7,8], экспериментально установлена возможность получения качественного соединения некоторых марок чугуна с чугуном и чугуна со сталью высокопроизводительным и простым методом с помощью контактной стыковой сварки. Однако не раскрыт вопрос о теоретическом обосновании технологии сварки. Остается открытым так же вопрос о расширении номенклатуры марок соединяемых деталей из чугуна, в частности для деталей из чугуна с шаровидным графитом. Не исследованы вопросы прочности и трещиностойкости сварных соединений из чугунов и комбинированных соединений из чугуна со сталью.

Развитие стыковой сварки чугуна с чугуном и чугуна со сталью в настоящее время находится в начальной стадии и опирается пока лишь на первые результаты исследований.

Условием дальнейшего расширения областей и объема применения стыковой сварки чугуна в промышленности является всестороннее и глубокое изучение этого специфического процесса.

Проблему получения качественных сварных соединений из чугуна контактной стыковой сваркой необходимо рассматривать с двух сторон:

1. Общетеоретической;

2. Практической (прикладной).

В первом случае, особые механические и физические свойства чугуна потребовали детального исследования таких совершенно новых вопросов, как технологическая прочность при стыковой сварке, влияние графитных составляющих на процесс сваривания, особенности структурных превращений в зоне термического влияния и протекание диффузионных процессов при сварке чугуна со сталью. Анализ прочности и трещиностойкости сварных соединений потребовал создания расчетных методик, базирующихся современных подходах механики разрушения, теории упругости и пластичности.

Во втором случае, на основе проведенных исследований оказалось возможным изыскать наиболее оптимальные способы стыковой сварки и параметры режимов процесса. Опыт внедрения стыковой сварки чугуна и чугуна со сталью позволил значительно снизить отбраковку труб, получаемых методом центробежного литья, повысить прочность сварных соединений и другие специальные характеристики деталей. При этом уменьшить трудоемкость получения сварных соединений для различных отраслей промышленности.

7.0БЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

1. В результате проведенных исследований установлено, что основные принципы получения качественных сварных соединений из чугуна сваркой давлением заключаются в следующем: а) на соединяемых торцах заготовок необходимо получать жидкую фазу металла; б) температурное поле в направлении перпендикулярном стыку должно иметь градиент, позволяющий получать достаточно узкие зоны непосредственной близости от стыка с температурой 1000°С, в которых наблюдается минимальная пластичность металла; в) давление осадки должно быть достаточным для выдавливания в грат жидкой фазы и узкого участка с наименьшей пластичностью металла; г) скорости охлаждения для получения благоприятных структур должны быть порядка 6°С/сек. Сварка трением, контактная стыковая сварка сопротивлением не удовлетворяет данным принципам и не позволяет получать качественные сварные соединения из чугуна. Контактная стыковая сварка непрерывным оплавлением характеризуется повышенными скоростями охлаждения и имеет границы применимости в зависимости от площади поперечного сечения свариваемых заготовок. В полной мере вышеизложенным принципам удовлетворяет контактная стыковая сварка оплавлением с предварительным прерывистым подогревом.

2. На основе решения Н.Н. Рыкалина, с учетом установленной взаимосвязи распределения температур, приложенного давления осадки и протяженности зоны пластических деформаций в чугунных стержнях, разработана расчетная методика, позволяющая теоретически в зависимости от параметров контактной сварки непрерывным оплавлением (без прерывистого подогрева) и площади поперечного сечения заготовок определять температурный режим процесса, необходимый для получения качественного сварного соединения и границы применимости данного способа сварки.

3. На основе экспериментальных данных по распределению температур и численных расчетов методом конечных элементов установлено, что для определения параметров режима контактной стыковой сварки оплавлением с прерывистым подогревом вполне приемлемо для чугуна использовать решение А.В. Пугина, ранее предложенного для определения аналогичных параметров при сварке малоуглеродистой стали. При этом погрешность расчетов составляет не более 20.25%.

4. Экспериментальные исследования по выбору оптимальных режимов процесса вполне согласуются с теоретическими данными, полученными по предлагаемым методикам расчета.

5. В отличие от сварки чугуна при выборе оптимальных режимов процесса получения комбинированных соединений чугуна со сталью следует учитывать следующее: а) установочная длина для обеспечения условий одинакового нагрева на стальных заготовках должна выбираться в 1,9 раз больше, чем на чугунных; б) величина укорочения в процессе сварки со стороны чугуна примерно в два раза больше, чем укорочение стальных заготовок; в) изменение структуры сварных соединений в зоне термического влияния зависит от химического состава стальных и чугунных заготовок, режимов сварки и последующего охлаждения. При сварке заготовок из малоуглеродистой стали с чугуном подбором оптимальных параметров сварки можно избежать появления ледебуритных включений и структур закалки в ЗТВ при охлаждении на воздухе. При сварке чугуна со средне- и высокоуглеродистыми сталями (типа сталь 45) для предупреждения структур закалки рекомендуется сразу после сварки изделие помещать на 1,5-2 часа в печь с температурой 500.550 °С с последующем замедленным охлаждением в песке; г) остальные оптимальные режимы сварки устанавливаются в тех же пределах, что и для сварки чугуна.

6. Механические характеристики металлов в различных зонах сварных соединений значительно отличаются друг от друга и определяются химическим составом заготовок для сварки, структурными превращениями в области стыка и в зоне термического влияния, миграцией углерода из чугуна в сталь. Предложена номограмма для определения механических характеристик чугуна в составе сварного соединения по химсоставу локальных зон и диаметра заготовки.

7. Через параметры микроструктуры в зависимости от объемного содержания графита С(%) и формы графитовых включений разработана методика определения среднего модуля упругости для различных чугунов, входящих в сварное соединение. Показано, что при одинаковом объемном содержании графита в сварном соединении для чугунов с пластинчатыми графитом модуль упругости значительно ниже, чем у чугунов с шаровидной формой. В целом модуль упругости чугунов ниже, чем у стали.

8. Показано, что сопротивляемость сварных соединений из чугуна продвижению трещин (трещиностойкость) можно оценивать с позиций линейной механики разрушения. Предложена методика определения критических значений коэффициента интенсивности напряжений К1с для различных чугунов входящих в сварное соединение. Установлено, что значения К1с (для ЧШГ) увеличиваются при увеличении расстояния между соседними графитовыми включениями, диаметра включений и с уменьшением количества перлитной фазы в матрице. Наиболее высокую трещиностойкость (при прочих равных условиях) имеют чугуны с ферритной матрицей.

9. На основе подхода Нейбера и феноменологической теории разрушения разработана методика определения момента локального разрушения в зависимости от коэффициента концентрации напряжений вблизи сферических и эллиптических включений графита и механических характеристик чугуна (модуля упругости - Е, временного сопротивления - ав и показателя степени упрочнения чугуна на диаграмме деформирования - ш).

10. На основе анализа напряженно-деформированного состояния разнородных сварных соединений из чугуна со сталью в упругой области их работы показано, что в общем случае по стыку имеет место значительная концентрация напряжений, достигаемая максимальных значений в угловых точках. Данное явление вызвано несогласованностью упругих деформаций по стыку и определяется соотношением упругих констант чугуна и стали (модулей упругости -Ей коэффициентов Пуассона - у), а также углом наклона стыка по отношению к вектору приложенных напряжений. Разработанная расчетная методика позволяет в каждом конкретном случае путем варьирования угла наклона стыка по отношению к вектору приложенных напряжений снижать данную концентрацию напряжений вплоть до получения безконцентраторного сварного соединения и, тем самым, увеличивать работоспособность разнородных сварных соединений чугуна со сталью.

11. На основе метода линий скольжения получены соотношения, позволяющие производить оценку опасности плоскостных дефектов в сварных соединениях из чугуна и чугуна со сталью в зависимости от степени механической неоднородности соединений Кв = <7g / . Обоснованность допустимых дефектов базируется на теории контактного упрочнения, разработанной научной школой кафедры сварки Южно-Уральского государственного университета и экспериментальных данных.

12. Разработанная технология получения сварных соединений из чугуна и чугуна со сталью, апробирована при сварке труб, корпуса насоса для консистентной смазки, крышки всасывающей трубы трактора. Прочность стыковых сварных соединений при этом достигала прочности чугуна, что в 2. 3 раза превышает прочность сварных соединений, выполненных дуговой сваркой по существующей технологии. Для расширения технологических возможностей процесса контактной стыковой сварки чугуна предложено на протяжении всего времени сварки, включая предварительный прерывистый подогрев, на торцы свариваемых деталей посредством специального генератора электромагнитных импульсов подавать не синусоидальные наносекундные электромагнитные импульсы мощностью 1 МВт, длительностью менее 1 наносекунды и частотой повторения не менее 1 кГц, что приводит к изменению структуры металла в зоне сварного стыка, измельчению зерна, при этом расширяется диапазон оптимальных режимов, при которых получают качественные сварные соединения.

1. Шерман, А.Д. Чугун. Справочник / А.Д. Шерман, А.А. Жукова. — М.: Металлургия, 1991. — 575 с.

2. Ветер, В. В. Использование труб из чугуна с шаровидным графитом в промышленности / В. В. Ветер, М. И. Самойлов, А. А. Бабанов // Строительство трубопроводов.— 1994.— № 4.— С.2—5.3. , А.И. Отопление / А.И. Сканави. —М.: Стройиздат, 1988. — 416 с.

3. Шахматов, В.М. Сварка чугуна. — М.: Машгиз, 1960. — 36 с.

4. Методические и справочные материалы для аттестации сварочного производства. / Сборник для специалистов свароч. пр-ва. — М.: Бюро промышленного маркетинга, 2005. — 436 с.

5. Антикайн, П.А. Изготовление и ремонт объектов котлонадзора. Справочник / П.А. Антикайн, А.К. Зыков, В.В. Зверьков, под ред. А.А.Тихоновского. — М.: Металлургия, 1988. — 623 с.

6. Пацкевич, И. Р. Исследование контактной сварки чугуна / И. Р. Пацкевич, В. М. Шахматов // Свароч. пр-во.— 1955.— № 5.— С.

7. Пацкевич, И.Р. Исследование контактной стыковой сварки чугуна со сталью / И.Р. Пацкевич, В.М. Шахматов // Вопросы свароч. пр-ва. сб.— Москва-Свердловск: Машгиз, 1959, — Вып. №16— С.5— 7.

8. Гуляев, А.П. Металловедение./ А.П. Гуляев. — М.: Металлургия, 1977. — 646 с.

9. Сварка и свариваемые материалы: справочное издание: в 3-х т. Т.1: Свариваемость материалов / Под ред. Э.Л. Макарова. — М.: Металлургия, 1991. —528 с.

10. Елистратов, П.С. Металлургические основы сварки чугуна / П.С. Елистратов. — М.: Машгиз, 1957. — 53 с.

11. Осипов, A.M. Сварка и наплавка чугуна / A.M. Осипов, П.А. Норин. — Челябинск. Изд-во ЮУрГУ, 1998. 12 с.

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

13. Грабин, В.Ф. Металлография сварных соединений чугуна / В.Ф. Грабин, Ю.Я. Грецкий, Л.Д. Тихоновская, В.А. Метлицкий,. Киев : Наук, думка, 1987.— 191с.

14. Грецкий, Ю. Я., Сварка чугуна: курс лекций для специалистов-сварщиков / Ю. Я. Грецкий, В. А. Метлицкий — Киев : Наук, думка, 1983.— 60 с.

15. Иванов, Б. Г. Сварка и резка чугуна / Б. Г. Иванов, Ю. И. Журавицкий,

16. B. И. Левченков.— М.: Машиностроение, 1977.— 208 с.

17. Аснис, А.Е. Состояние и перспективы сварки чугуна / А.Е. Аснис, Ю.Я. Грецкий II Авт. сварка. — 1978. — №8. —С.39-42.

18. А. с. 163687 СССР, МК. Икл. 21 30/16. Порошковая проволока для сварки чугуна / Ю. А. Стеренбоген, В. Ф. Хорунов.— Опубл. 22.07.64, Бюл. № 13.

19. А. с. 363303 СССР, МКИВ 23 К 35136. Порошковая проволока для сварки и наплавки чугуна / А. Е. Аснис, Ю. Я. Грецкий, В. А. Метлицкий и др. // Открытия. Изобретения.— 1976.—№ 23.—С. 191.

20. Сытник, Н.М. Заварка чугунных отливок порошковой проволокой / Н.М. Сытник, П.М. Несвит, В.Н. Радэиевский // Литейное пр-во.— 1971.— №2.—1. C.38-39.

21. Грецкий, Ю.Я. Механизированная сварка и наплавка порошковой проволокой чугуна с шаровидным графитом / Ю.Я. Грецкий, В.А. Метлицкий // Авт. Сварка.— 1971.—№ 10.—С.36—38.

22. Стеренбоген Ю.А. К вопросу электрошлаковой сварки чугуна / Ю.А. Стеренбоген, Ю.Н. Зайцев // Авт. сварка.— 1959.— № 2.— С. 92—93.

23. Стеренбоген, Ю.А. Сварка и наплавка чугуна / Ю.А. Стеренбоген, В.Ф. Хорунов, Ю.Я. Грецкий.— Киев : Наук, думка, 1966.— 216 с.

24. Грецкий, Ю.Я. Сварка чугунных деталей в ремонтном производстве / Ю.Я. Грецкий, В.А. Метлицкий.— Киев: Общество «Знание» УССР, 1985. — 16 с.

25. Грецкий, Ю.Я. Механизированная сварка чугуна самозащитной проволокой ПАНЧ-11 без подогрева / Ю.Я. Грецкий // Свароч. пр-во.—1976.—№ 11.— С.12-13.

26. Метлицкий, В.А. Сварка уплотнительных колец с корпусом чугунной задвижки трубопроводной арматуры / В.А. Метлицкий, А.Н. Павленко, Ю.Н. Левченко и др. // Свароч. пр-во. — 1991. —№8. — С.6—7.

27. А. с. 492394 СССР, МКИ В 23 К 35/32. Сварочная проволока / А.Е. Аснис, Ю.Я. Грецкий, Е.П. Кузнецов и др.—Опубл. 26.11.75, Бюл.№43.

28. Метлицкий, В.А. Новые материалы для сварки чугуна / В.А. Метлицкий. — Киев : Общество «Знание» УССР, 1982.— 24 с.

29. Грецкий, Ю.Я. Механизм образования трещин в зоне сплавления при сварке чугуна сталью и железой и келевыми сплавами / Ю.Я. Грецкий // Свароч. пр-во. — 1981.—№4.—С. 19—22.

30. Метлицкий, В.А. Особенности электронно-лучевой сварки чугуна с присадкой никеля в шов / В.А. Метлицкий, С.Н. Ковбасвнко, Л.Ю. Сорокина // Авт. сварка.— 1986. — № з. —С.50—52.

31. Метлицкий, В.А. Технологические основы сварки чугуна в производстве литосварных конструкций : автореферат дис. . д-ра техн. Наук / В.А. Метлицкий. —С.-Петербург, 2001. —32 с.

32. Казакова, Н.Ф. Диффузионная сварка металлов и сплавов в вакууме / Н.Ф. Казакова // Научные доклады высшей школы: серия: машиностроения и приборостроения. — М.: Высшая школа, 1958. — № 2. —С. 123-130.

33. Технология электрической сварки плавлением / Под. ред. Б.Е. Патона.— М.: Машиностроение, 1974.— 768 с.

34. Скулъский, Ю.В. Контактная стыковая сварка чугунных труб методом оплавления / Ю.В. Скулъский, Г.А. Аблаев, Л.Д. Тихоновская, М.В. Богорский // Авт. сварка.— 1988.— № 2.— С.50—52, 68.

35. Глизманенко, Д. Л. Газовая сварка и резка металлов / Д. Л. Глизманенко, Евсеев Г.Б. —М.: Машгиз, 1961. —447 с.

36. Гельман, А.С., Чередничок В.Т. Контактная сварка / А.С. Гельман, В.Т. Чередничок// Т. 1: Сварка в СССР. Развитие сварочной технологии и науки о сварке. Технологические процессы, сварочные материалы и оборудование.— М.: Наука, 1981,—С.351—377.

37. Кучук-Яценко, С.И. Новые разработки технологии и оборудования для контактной сварка трубопроводов / С.И. Кучук-Яценко // Авт. сварка.— 2003.—№ 10— П.—С. 170—177.

38. Шахматов, М.В. Особенности контактной стыковой сварки чугуна / М.В. Шахматов, Д.М. Шахматов // Свароч. пр-во. — 2004 .— №4.— С.36—41.

39. Шахматов, М.В. Контактная стыковая сварка чугуна — высокопроизводительный способ получения сварно-литых изделий / М.В. Шахматов, Д.М. Шахматов // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение» — 2003. — № 9(25). —С.74—81.

40. Макаренко, В.Д. Физико-механические основы сероводородного коррозионного разрушения промысловых нефтепроводов / В.Д. Макаренко, Р.В. Палий, Е.Н. Галиченко и др.— Челябинск: Изд-во ЦНТИ, 2002.—412с.

41. Гельман, А.С. Сварка труб больших диаметров трением / А.С. Гельман // Технология машиностроения. —1960.—№3. — С. 257—262.

42. Богатов, А.А. Ресурс пластичности металлов при обработки давлением / А.А. Богатов, О.И. Мижирицкий, С.В. Смирнов—М.: Металлургия, 1984.—144 с.

43. Гельман, А.С. Технология и оборудование контактной электросварки / А.С. Гельман. —М.: Машгиз, 1961. —326 с.

44. Гельман, А.С. Основы сварки давлением / А.С. Гельман.—М.: Машиностроение, 1970.-—312 с.

45. Кочергин, К.А. Сварка давлением / Кочергин К.А. —Ленинград: Машиностроение, 1972.—216 с.

46. Рыкалин, Н.Н. Расчеты тепловых процессов при сварке / Н.Н. Рыкалин.—М.: Машгиз, 1954. —296 с.

47. Рыкалин, Н.Н. Теория нагрева стержней током при сварке встык / Н.Н. Рыкалин // Тепловые процессы при контактной сварки: сб. тр. лаборатории сварки металлов.— М.: Академия наук СССР, 1959.— С.6—50.

48. Фролов, В.В. Теоретические основы сварки / В.В. Фролов, В.А. Винокуров, В.Н. Волченко и др. М.: Высшая школа, 1970. — 592 с.

49. Волченко, В.Н. Теория сварочных процессов / В.Н. Волченко, В.М. Ямпольский, В.А. Винокуров // Учеб. для вузов по спец. «Оборуд. и технология свароч. пр-ва» / Под ред. В.В. Фролова. — М.: Высшая школа, 1988. — 559 с.

50. Гудков А.В., Турбина JI.A., Генкин И. 3. Контактная сварка крестовин и рельсовых окончаний из высокомарганцовистой и углеродистой сталей / Сб-к «Ресурсосберегающие технологии восстановления железнодорожной техники». — М.:Интекст, 1998. — С. 212—218.

51. Кучук-Яценко, С.И. Контактная стыковая сварка оплавлением / С.И. Кучук-Яценко.— Киев: Наук, думка, 1992.— 236 с.

52. Когут, Н.С. Несущая способность сварных соединений / Н.С. Когут, М.В. Шахматов, В.В. Ерофеев.—Львов: Свит, 1990.—180 с.

53. Шахматов, Д.М. Отработка технологии контактной стыковой сварки чугунных труб / Д.М. Шахматов // Инжиниринг. Инновации. Инвестиции: сб. науч. тр. — Челябинск: Изд. ЧНЦ РАЕН, РУО МАИ, ЧРО МАНПО, ЧРО МААНОИ, 2003,—вып. №3.— С.71—78.

54. Шахматов, М.В. Техническая диагностика сварных металлоконструкций / М.В. Шахматов, Д.М. Шахматов // Интеллектика. Логистика. Системология: сб. науч. тр. — Челябинск: Изд. ЧНЦ РАЕН, РУО МАИ, ЧРО МАНПО, ЧРО МААНОИ, 2002.— вып. № 9с.68-71.

55. Шахматов, Д.М. Отработка технологии контактной сварки чугуна / Шахматов Д.М., Шахматов М.В., Осипов A.M. // Интеллектика. Логистика. Системология: сб. науч. тр. — Челябинск: Изд. ЧНЦ РАЕН, РУО МАИ, ЧРО МАНПО, ЧРО МААНОИ, 2002.— вып. №10— С. 92-103.

56. Шахматов, Д.М. Разработка технологии контактной стыковой сварки чугуна со сталью / Д.М. Шахматов, М.В. Шахматов // Инжиниринг. Инновации. Инвестиции: сб. науч. тр. —Челябинск: Изд. ЧНЦ РАЕН, РУО МАИ, ЧРО МАНПО, ЧРО МААНОИ, 2003.—вып. № 2.— С. 106-117.

57. Шахматов, Д.М. Промышленное освоение контактной сварки чугуна со сталью / Д.М. Шахматов // Инжиниринг. Инновации. Инвестиции: сб. науч. тр. —Челябинск: Изд. ЧНЦ РАЕН, РУО МАИ, ЧРО МАНПО, ЧРО МААНОИ, 2003,—вып. №2.—С. 106-117.

58. Шахматов, Д.М. Технологическая прочность при контактной стыковой сварки чугуна / Д.М. Шахматов // Интеллектика. Логистика. Системология: сб. науч. тр. — Челябинск: Изд. ЧНЦ РАЕН, РУО МАИ, ЧРО МАНПО, ЧРО МААНОИ, 2003.— вып. №11.— С.72-79.

59. Шахматов Д.М. Сварка чугуна и чугуна со сталью / Д.М. Шахматов // Сварка и контроль 2004. в 3-х томах: сб. док. Всероссийской с международным участием конференции, посвященной 150-летию со дня рождения Н.Г. Славянова.

60. Пермь: Пермский госуд. Университет, 2004. —Т. 2.—С. 152—158.

61. Шахматов, Д.М. Статическая прочность и трещиностойкость сварных соединений из чугуна / Шахматов Д.М. // Инжиниринг. Инновации. Инвестиции: сб. науч. тр. — Челябинск: Изд. ЧНЦ РАЕН, РУО МАИ, ЧРО МАНПО, ЧРО МААНОИ, 2004.— вып. № 4.— С. 205— 214.

62. Шахматов, Д.М. Влияние параметров микроструктуры на прочность и пластичность сварных соединений из чугуна с шаровидным графитом. / Д.М. Шахматов М.В. Шахматов // Инжиниринг. Инновации. Инвестиции: сб. науч. тр.

63. Челябинск: Изд. ЧНЦ РАЕН, РУО МАИ, ЧРО МАНПО, ЧРО МААНОИ, 2004.— вып. № 4.— С. 215—226.

64. Shachmatov, D.V. Feftures of butt welding of cast iron / D.V. Shachmatov, M.V. Shachmatov // Weldihg International . — Woodhead publishihg limited, 2004. —Volume 18 Number 9, — ISSN 0950 7116, — s. 737-741.

65. Шахматов, Д.М. Контактная стыковая сварка чугунных труб методом оплавления с прерывистым подогревом / Д.М. Шахматов // Тяжелое машиностроение М.: Тяжелое машиностроение. —2005. —№7.— С.21—22.

66. Шахматов, Д.М. Оценка прочности и пластичности сварных конструкций из чугуна с шаровидным графитом / Д.М. Шахматов // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение» — 2004. — №5 (34).—С. 162—169.

67. Шахматов, Д.М. Разнородные сварные соединения из чугуна при различных условиях напряженного состояния / Д.М. Шахматов, A.M. Осипов //

68. Сварка и Контроль 2005: материалы науч.-тех. конференции сварщиков Урала и Сибири . — Челябинск : ЮУрГУ, 2005.—С. 246—260.

69. Метлицкий, В.А. Сварка чугуна при восстановлении и изготовлении узлов и конструкций / В.А. Метлицкий // Свароч. пр-ва. —2003. —№9. — С. 36—42.

70. Добровольский, Н.И. Расчет структуры и механических свойств нелегированных и легированных чугунов / Н.И. Добровольский, А.А. Жуков, И.О. Пахнющий // Литейное пр-во — 1988. —№5. —С.6—8.

71. Тимошенко, С.П. Теория упругости. Тимошенко / С.П. Тимошенко, Д. Гудьер— М.: Наука, 1979. — 560с.

72. Красовский, А.Я. Прочность и трещиностойкость чугунов с шаровидным графитом / А.Я. Красовский, В.В. Калайда— Киев: Наук, думка, 1989.—132с.

73. Зайцев, Ю.В. Механика разрушения для строителей / Ю.В. Зайцев — М.: Высшая Школа, 1991. —286с.

74. Черепанов, Г.П. Механика хрупкокго разрушения / Г.П. Черепанов— М.: Наука, 1974.—640с.

75. Плювинаж, Г. Механика упруго-пластического разрушения / Г. Плювинаж—М.: Мир, 1993. —448с.

76. Качанов, Л.М. Основы механики разрушения / Л.М. Качанов —М.: Наука, 1974. —311с.

77. Махутов, Н.А. Деформационные критерии разрушения и расчет конструкций на прочность / Махутов Н.А. Махутов —М.: Машиностроение, 1981. —272с.

78. Хеллон, К. Введение в механику разрушения / К. Хеллон— М.: Мир, 1988.—325 с.

79. Косников, Г.А. Повышение вязкости разрушения чугунов / Г.А. Косников // Литейное пр-во. —1985. —№6. — С. 19—21.

80. Neuber, Н. Theory of tress concentration for shear strained prismatical bodies with arbitrary non linear stress stain low / H. Neuber // J/of Applied Mechanics. ASME. —1961. — V.28. — 544—550s.

81. Нейбер Г. Концентрация напряжении / Г. Нейбер; пер. с нем. под ред. А.И. Лурье — М.: Гостехиздат, 1947. —204 с.

82. Петерсон, Р. Коэффициенты концентрации напряжений. Р. Петерсон —М.: Мир, 1977. —302 с.

83. Колмогоров, В.Л. Напряжения, деформации, разрушения / В.Л. Колмогоров —М.: Металлургия, 1970. — 230 с.

84. Колмогоров В.Л. Пластичность и разрушение / В.Л. Колмогоров —М.: Металлургия, 1977. —335 с.

85. Махутов, Н.А. Сопротивление элементов конструкций хрупкому разрушению / Н.А. Махутов —М.: Машиностроение, 1973. —200 с.

86. Шахматов, М.В. Влияние пор на несущую способность сварных соединений / М.В. Шахматов, С.В. Богословский // Вопросы сварочного производства: тематический сб. науч. тр. —Челябинск: Челяб. политех, ин-т , 1987. —С.25—37.

87. Чобонян, К.С., Поведение поля напряжений около угловой точки линии раздела в задаче о плоской деформации составного упругого тела К.С. Чобонян, К.С.Геворкян С.Х. // Изв. АН АССР. Серия физ.-мат. наук. —1958. — №5.—С.121—127.

88. Аксентян, O.K. Об условиях ограниченности напряжений у ребра составного клина / O.K. Аксентян, О.Н. Лущик // Изв. АН СССР. МТТ. —1978. — №5. —С. 102—108.

89. Анисимов, Ю.И., Ярославцев С.И. О снижении концентрации напряжений в стыковом кусочнооднородном соединении / Ю.И. Анисимов, С.И. Ярославцев // Вопросы сварочного производства: Темат. сб. науч. тр — Челябинск: Челяб. политех, ин-т. —1985. —С.8—13.

90. Зайцев, Н.Л. О снижении концентрации напряжений в краевых точках стыковых соединений разнородных материалов / Н.Л.Зайцев, К.М. Гумеров // Авт. сварка. —1984. —№ 5. — С.41—45.

91. Экспериментальная механика: в двух книгах / Пер.с англ; под ред. А. Кобояси . —М.: Мир, 1990. —Книга 1— 616 с.

92. Чобонян, К.С. Явление малонапряженности края поверхности контакта нагруженного тела: Открытие № 102 / К.С. Чобонян—«Открытия, изобретения.», 1971.—№30.

93. Шахматов, М.В. Инженерные расчеты сварных оболочковых конструкций / М.В. Шахматов, В.В. Ерофеев—Челябинск: ЧГТУ, 1995. —230с.

94. Шахматов, М.В. Технология изготовления и расчет сварных оболочек. / М.В. Шахматов, В.В. Ерофеев, В.В. Коваленко—-Уфа: Полиграфкомбинат, 1999.—272с.

95. Шахматов, М.В. Работоспособность и неразрушающий контроль сварных соединений с дефектами. / М.В. Шахматов, В.В. Ерофеев, В.В. Коваленко—Челябинск: ЦНТИ, 2000. —227с.

96. Шахматов, М.В. Статическая прочность сварных соединений с дефектами на границе мягкого и твердого металлов / М.В. Шахматов // Авт. сварка. —1986. —№ 1. —С. 15—20.

97. Шахматов, М,В. Влияние дефектов сварки, расположенных на границе сплавления на статическую прочность сварных стыков труб большого диаметра / М.В.Шахматов, В.А. Лупин, А.А. Остсемин и др.// Проблемы прочности. —1984. —№ 8.—С.111—116.

98. Пат. № 2003119205 Российская Федерация Кл. В23К 103:6. Способ контактной стыковой сварки чугуна оплавлением / М.В. Шахматов, В.В. Крымский, Д.М. Шахматов // Бюл. —2004—№ 33.