автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Разработка методики расчета размеров швов при дуговой сварке под флюсом с управляющими воздействиями

I 1 О

ОЛ

1 3 иди Ш7

М1Н1СТЕРСТВО ОСВ1ТИ УКРАТНИ ПРИАЗОВСЬККЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХН1ЧНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ

На правах рукопису УДК 621.791.927.5

МЛСВСЬКИЙ ВОЛОДИ МИР РУДОЛЬФОВИЧ

РОЗРОБЛЕННЯ МЕТОДИКИ РОЗРАХУНКУ РОЗМ1Р1В ШВ1Б ПРИ ДУГОВОМУ ЗВАРЮВАНН1 П1Д ФЛЮСОМ 3 КЕРУЮЧИМИ Д1ЯМИ

05.03.06 - Технолопя та обладнання для зварювання 1 спорщнених процеав

АВТОРЕФЕРАТ дисертацп на здобуття наукового ступени кандидата техшчних наук

Робота викснана у Приазовському державному техн!чному ун!версите'1 Науковий кер1вник - доктор техн1чннх наук, професор

Розмишляев 0-Д-

Науковий консультант. - кандидат фхзико-математичних наук, професо

Ярмицький АТ.

0фщ1йя1 опоненти : доктор техн!чних наук, професор Щетин1на В.1. ; кандидат техн!чних наук Заречонський А-В.

Пров1даа орган!зац1я: ГСКТ1 концерну "Азовмаш", м-Мар1уполь

Захист ввдбудеться •• 6 •• О^ 1997р. о А Ч год. хв. на зас!данн1 Спец1ал1зовано1 Вчено! Ради м К14.01.02 Приа-зовського державного техн!чного ун!верситету за адресов: 341000, М-Мариуполь, пров_Республ1ки,7.

3 дисертац!ею можна ознайомитися у б1бл!отецх университету. Автореферат в!дправлено •• 03> 1997р.

Вчений секретар Спец1ал1зовано! Вчено! Рада

оиьщалхзоьашл очено! гади I

доктор Т8зш1чних наук, професор ВЛ.Зусш

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальн1сть проблема. Працездатайсть зварних з'едаань у значим м!р! визначаеться геометричними розм!рами зони проп-Л8влоння , формою посилення валика (шва), а також сп!нв1даотвн-ням цих розм1р±в- Основними розм!рами станового з'едаання, що вшшвають на його як!сть, над!йн1сть та довгов!чн1сть, з'являю-ться: потр!бна глибина провару, ширина шва, висота посшюння, кут сполучення основного мвталу з! швом, мШмальний рад±ус переходу до основного мвталу.

М1сцв переходу в!д наплавленого валика до основного мвталу е джерелом концентрацН напрут, зокрема, при нанесет! шару ема-л! на внутрЬпню поверхню реактор!в хйюиробнщтва, емаль в!длу-щуеться в цьому х м1сц! зварного з'едаання, що змушуе застосову-вати усунення посшюння шва механ±чннм шляхом. Значно розширюе моаишвост! кврування геометр!ег валиков (шв!в) використовування поперечних коливань электроду та поперечних й поздовжн:Сх магн!т-них пол£в- Але протнрХччя л!твратурних даних, що маемо, а та кож недостатня вивчен1сть процес!в взаемод!й керуичих магн!тних по-л±в 1з зваривальною дугою та р!дким металом ванни не дозволяе використовувати 1х з максимальною вфективн!стю.

Важливим аспектом технолог!! дугового наплавлэння й зварю-вання електродним дротом п!д флюсом при наявност! керуичих д±й з'являеться можлив!сть теоретичного опису розм!р!в 1 форма зони проплавлення та форми посилення валика (шва). Для звичайного процесу (без керуичих д!й) розм!ри зварних шв!в визначаються за допомогов статистичних, або комб!нац11 теоретичних та експе-риментальних методы. Одаак, ц! метода можна ваивати тЪпыси у вузькому д!апазон± зваривальних режим 1в та неможливо при наявност! керуичих д!й- Розвиток систем автоматизованого про-ектування технолог1чних процес!в також потребуе розроблення роз-рахункових методик, що дозволяить 1з заданою точн!стю визнвчати форму та розм!ри зварних швЗв-

Мета робота полягала у розробленн!.. розрахунково! • методики для визначення форми 1 розм!р!в шва у поперечному перер±з! при дуговому зварюванн! з керуючими д!ями-

Для досягнення поставлено! мети необхЗдао було вирйшти так! основн! науково-твш1чн1 завдання:

-розробити модель джерела тепла для розрахунку температур-

них пол±в у виро(51»

-виявити вплив руху р!дкого розплаву у зварятальШй ванн! на температурив поле у виробЬ

-досл!дити вшшв керуючих магн!тних пол!в на геометричн! розм!ри валика (шва);

-розробити методику розрахункового визначэння геометричн!х розм!р±в валик!в а шв!в при дуговому наплавлена! та зва-ршванн! п!д флюсом з керуючими д!ямщ

-оцйити мо*лнв!сть застосування розроблвних метод!в для розрахункового визначення розм!р!в валика (шва) при дуговому наплавленн! (зварпванн!) п!д флюсом з нерушима д!ями Наукова новизна. Розроблен метод розрахунку розм!р!в зва-

ршально1 ванни з використовуванням модел! двох джерел тепла: об'емного ел1псоТдноп> джерела, що моделюе зону розплавленыя п!д дугою та, плоского п!вел1птичного джерела, що моделюе зону крис-тал1зац11. Показано, що розрахунков! те експериментельн! контури зварювальних ванн адекватн! при звичайному процес! наплавлення електродним дротом п!д флюсом, при наплавленн! у поздовхньому магн!тному пол!, а також при наплавленн! з поперечними коливан-нями електрода. Розроблена узагальнена модель, що дозволяе виз-начити основн! розм!ри пш!в при дуговому зварвванн! стакових з'еднань електродним дротом п!д флюсом з керуючими д!ями.

Розрахунковим шляхом, за допомогою трим!рно1 модел! топло-пров!дност! при заданому пол! швидкостей, оц!нено вплив руху р!дкого розплаву на температурив поле у вироб!. Показано, що урахування руху р!дкого розплаву у зварювалънШ ванн! виявляе вшшв, в основному, на довхину 1 глибину ванни, а вшшв його на ширину ванни незначний. Показано, що максимальна в!дхилення контура, отриманого у результат! розрахунку за методом двох джерел без урахування руху р!дкого розплаву, не перевищуе 15-20% в!д експериментального-

Встановлени розм!ри шшми дуги на вироб! при дуговому зва-рюванн! (наплавленн!) п!д флюсом з керуючими д!ями, розроблена модель розрахунку деформацН р!дкого металу п!д дугою, що в!дцо-в!дае експериментальним даним-

Встановлено, що п!д час використування пост!йного а знако-перем!нного частотою 50 Гц поздовжнього магн!тного поля мае м!с-де одвакове зб!льшення ширина валика, що наплавляеться, а також однакове зменшення глибини проплавлення основного металу. Це пов'язано з! з01льшенням д!амвтра шшми дуги на вироб! та змен-

шенням тиску дуги при впливанн! поздовднього магн1тного поля.

Апробац!я роботи. Основа! положения, науков! та практичн! результата роботи допов!дались та обговоргавались на конференц!ях та семхнарах: "Математические метода и САПР в.сварочном производстве" (м.Свердловск,1990р.); "Региональная научно-техническая конференция" (м_Мар!уполь, MMI, 1992р.); "Термодинамика техпроцессов" (м_Краматорськ, 1992р.); "Термодинамика тохсистем" (м-Краматорськ, 1993р.); "Численные методы в гидравлике и гидродинамике" (мДонецьк, 1994р.)-, "III региональная научно-техническая конференция" (м-Мар!уполь, ПДТУ, 1995р.)да з'еднаному пауковому ceMiHapi кафедр "Обладнання та технолог!я зварювалыю-го виробництва" та "МеталурПя i технолог!я зварювального вироб-ництва" Приазовського державного техн!чного ун!верс1тету (м_Ма-р1уполь, 1997р.).

ПублткацЛ. 3 теми дисертацН опубл!ковано 12 праць та заре естровано I авторське свздотство на винах!д.

Практичне значения. На основ! розроблено! модел! розрахунку розм1р!в зварних шв!в запропонован1 оптимальн! режими зварювання, конструкцИ керуючих пристро1в, параметри керуючих д!й, що доз-воляють ефективно керувати розм1рами та формою зварного шва у поперечному nepepi3l.

1з застосуванням розроблено! модел! знайдени оптимальн! режими зварювання електродним дротом стикових з'еднань п!д емалю-вання на Полтавському завод! "Х!ммаш", що дозволило зменшити трудом!стк!сть зняття посилення шва у 2 рази. Використування поздовжних магн!тних пол!в та поперечник коливань електрода при зварюванн! стикових з'еднань п!д емалювання дозволило повн!стю в!дмовитися в!д механ!чно! обробки шв!в.

Застосування розробок на зазначеному п!дприемств1 дозволило отримати значний економ!чний ефект.

На захист виносяться:

-математична модель нагрЬву виробу дугою за допомогою рухо-мих ел!псо1дного та пйелштичного джерел;

-методика, алгоритм i форму ли розрахунку розм!р1в шв!в при зваркоанн! та наплавленн! з керуючими д!ями-,

-модель та алгоритм розрахунку розм!р!в зварювально! ванни з урахуванням руху р!дкого розплаву;

-мозклив!сть застосування методики двох джерел для оптим!за-ц!1 форми та розм1р1в поперечних перер!з!в шв!в при зварюванн! стикових з'еднань.

Структура та обсяг робота- Дисертац!я складаеться з! всту-пу, п'яти глав, загальних висновк!в, сшску л!тератури (180 най-мувань) та двох додатк!в- Робота викладена на 230 машинописних сторйках, м1стить 52 малинка та 14 таблицы

У додатках наведено прогреми розрахунк!в на ЕОМ. що розроб-лен! в процес! виконання досл!джень, й дов!дки про економ!чну ефективн!сть■використання наукових розробок у промисловост!.

0СН0ВНИЙ 3MICT Р0Б0ТИ

Властивост! зварних з'еднань у значн1й м!р! залежать в!д властивостей металу шва та його геометричних розм1р!в- Необх1д-ною умовою отримання шв!в по тр Мних розм!р±в, форми та якост! е в!рний виб!р параметр1в режиму дугового зварювання- Для поширен-ня можливостей керування геометр!ею шв!в використовують попереч-н! коливання электроду й вшив магн!тних пол±в на зваривальну дугу та ванну. Найб1яьш об' ективну оц£нку цього впливу можнэ зробити за допомогою використування розрахункових метод!в про-ектування технолог±чних продас1в- Але ж можливост! викорис-товування керуючих д!й при зварюванн! й наплавленн! електродним дротом п!д флюсом ще недостатньо вивчен!, немае розрахункових методик, дозволявчих адекватно описати форму та розм!ри зварних шв!в-

Тепло зваривально! дуги й пот Пси редкого г.«еталу у зварю-вальнЬй ванн! е основними даерэлами, що формуоть розм!ри ванни. Ряд досл!дник!в вважае , що формування розм!р±в зваривально! ванни виникае внасл!док молекулярного теплопереносу, а конвекд!я розплаву не в!д1грае вежливо I рол! у проплавлены!- В той же час вшшв поток 1в р!дкого металу на прошшвлення п!д час електродугового наставления електродвим дротом експариментально п!д-твердаено досл!дженнями С-В-Гулакова, Б-1-Носовського та 1ншх автор1в-

У працях Н-Н-Рикал1на, А-А.ерох1на, 1-Д-Кулаг1на та Гнптих автор±в висловлпвалось у явления про те, що зваривально дуга п!д флюсом являе собой заглиблене об'емно даерело теплота В-А-Пэт-рун!чевим та 1.&К1рдо було показано, що точн!сть розрахованих розм!р!в зваривально! ванни може бути п!двищена, ягадо врахувати тепло, що припасено у р!дкому метал! та шлаков! й вшшвае на зону кристал1зац!1- Н-Н-Рикал!ним, В.АЛ1етрун!чевим та Звшими

авторами було експериментально показано, що розпод!л щьлъност! теплового потоку дуги по поверхн! та по глибин! виробу можэ бути 8прокс1мовано нормальним законом. Браховуючи це, процвс наг-р!вання виробу при дуговому зваршванн! (наплавленн!) п!д флюсом моделювали за допомогою двох джерел тепла (рис-1). Перше джерело (зварювальну дугу) - в головн!й частин! ванни - уявляли як ел!псо1дне з об'емним розподЗлом теплового потоку. Воно враховуе тепловий та силовий вшшв дуги на зварпвальну ванну. Закон просторового розпод!лення теплового потоку прийнято у виг ляд!

-(к хг+к у2+к гг) ,т.

q =q е xi yi и , (i)

v vm ' 4 '

де qv - об'емна щ!льн!сть теплового потоку,

qv(a - максимальна об'емна щ!льн!сть теплового потоку; kxi'kyi'kzi- коеф!ц1енти зосередженост! теплового потоку першого даерела в!дпов!дно в!с!

Друге джерело - у хвостов!й частин! ванни - уявляла у ниг-ляд! п!вел!пса з розпод!лом щ!льност! теплового потоку по нормальному закону. Воно враховуе теплоту перегр!того металу й шлаку, а також вид!лення приховано! теплоти кристал!зад!!- Закон розпод!лення теплового потоку другого джерела принято у вигляд!

-(к х2+к у2) . ,

qe яг у г , х < —L

51Л

, (2)

де qs - щ!льн!сть теплового потоку;

qsm - максимальна щ!льн!сть теплового потоку; kxi'kyz~ коеф!ц!енти зосередженост! теплового потоку другого джерела в!ддов1дно вздовж в!с! х,у; l - в!дстань м!ж центрами теплових джерел.

Форму теплового джерела у зон! плавления знаходили з вир1-шення задач! по визначенню розм!р!в лунки, утворювано1 п!д тис-ком дуги у р!дкому метал!. Для цього використовували експеримен-тальн! дан! про д!аметр плями нагр!вання (дуги) на вироб! ат та про зусилля дуги на вироб f^. Д!аметр плями нагр!вання на вироб! визначали за розробленими методиками з використанням тугоплавких вставок (у виду др!тинок) !з вольфраму, або з танталу (рис.2). П!д час проходження дуги понад рядом тугоплавких вставок зд!йс-нивали вибризкування зварювально1 ванни. За д!аметр плями на-гр!вання на вироб! (<*т) приймали ширину порожнини м!ж роз-плавленимн торцами вставок (у пврер!з! I-I). Обробкою екс-периментальних даних отримано вирази для визначення ат та f^

Схема до розрахунку температурного родя у вироб! при сп1льн1й дН ел!псо1даого (I) та п!вел1птичного (2) даерел тепла

Рис.1

Схема до визначення теплового д!амвтра плями дуги на вироб! (с^)

I г

Рис.2

¿^=3*10 м-. Кд=1,25*10 * 1ц ШЗ;

<^#103=-6,67#1(Г61ц +17*10_31н -1.83-12(ун-15*10-3)-0,25(ЦД-34);

с! =4*10 М: Рп=0,76*10" *1„ [Н]; у д н

с1т*103=-6,67*10~61ц +17*10_3111 -1,33-12(ун-15*10~3)-

-0,25(ид-34);

с! =5*10" ЭМ: К„=0,44*10~7*1* [Н]; У А Н

сЦ,*10а =-15, 56*10" +33*10"3-6,44-12(ун-15*10-3)-

-0,25(ид-34) .

да с10 - д!амэтр электродного дроту; - швидк!сть нашшвлення(м/с); с1т - д!аметр теплово! плями (м).

(3)

Знаючи с^ й рд.визначали форму та■розм!ри лунки за рйзнян- ' ням р1вноваги для в!льно! поверхн! розплаву при впливов! сил по-верхневого натягу, зусилля (тшжу) дуги, грав!тац1йних сил та п!дпору р!дини у п!дсиленн1 шва. Теплове джерело у зон! плавления перетворювали на ел!псо1д з об'емким розпод!лом теплового потоку по нормальному закону. Розм!ри другого джэрела визначали за методикою НЛЛрохорова. Розрахунком теплового баланса процесу наплавлення олектродним дротом п1д флюсами АН-348А, ОСЦ-45, АН-60 встановлено, що потужн1сть першого даерела складае 70 х, а другого - 16 х в!д повнох потужност!, що видЬшеться зварюваль-ною дугою, незалежно в!д парамэтр!в режиму наплавлення.

Для пост1йно д!ючих за час ^ рухомих джэрел тепла отримано розрахункови вирази для прирощення температури у будь-який точц! виробу у вигляд! плоского шару товщдаой С з обома горизонтальни-ми ад!абатичними межами:

к 2ц ЕХР

Дт

.-и

± о

(х+>/$ и

4аи+1 ) 4а(1+1 )

Ох 1 оу1

сТ<41Са) [<1+1 И1+1 ) (t+t ) 3

1 Ох 1 Оу1 Ох 1

(4)

I

ЕХР

(г—2л0)

4а(1+1 ) ох »

сИ .

У

2Ч2 ЕХР

ДТ =

(х+у* 1+1.)'

"4аПГМ: Г

Ох 2

4а<1+1 )

оуг -

3 О

С7(44и) С(1+1 >(1+1 ) 1 ) 3 1 охг оуг

(5)

I

ЕХР

(г—2пб)

4аЪ

1—erf

(х+у* 1+1_)

4а(1+1 )

Ох 2

-сИ

Д9

II-

знаки п!дсумовування в!дображених теплових 1

1 j

та ^ джерел в!д бокових поверхнь виробу;

ч4» ч2 - ефективн! теплов! потужност! першого та другого

джерел;

1 =1/(4ак ); 1 «1/(4ак ); 1 =1/(4ак ):

ОХ1 XI оу! у1 Ох1 XI

1 =1/(4ак )■. 1 =1/(4 ак охг хг оуг у г

V - швидк!сть зваршвання (наплавлення); I- - вЗдстань до перер!зу х=-и у якому знаходиться максимум ширини ±зотерми плавления на поверхн!. Прирощення температури у будь-який точц! виробу в!д дН двох джерел

к

г

ДТ =дт + лт

( х , у, z ) 1 < х , у , z > 2 t х.у , X >

За розробленога методикою виконали розрахунок розм!рхв зва-рювальних ванн, що задовхльно сп!впали з експериментальними да-ними (Таблиця I)

Таблиця I

Геометричн! розм!ри зварювальних ванн

N валиков Параметри режиму наплавлення Експериментальн! розм!ри * юа, м Розрахунков! роз-м!ри * юэ , м

хн ' А V В м/с "пр В S "пр Ц

1 550 35 1,00 7,0 13,5 54 6,8 13,4 54

2 500 34 1,83 5,4 11,5 45 5,4 11,1 45

3 BOO 35 1,67 7,0 12,0 68 6,5 12,0 70

4 800 35 0,89 10,8 15,5 70 10,8 16,0 70

5 500 35 2,50 2,7 9,0 40 2,8 8,80 42

Для оц1нки впливу руху р!даого розплава на температурив поле у виробу розглядали нелшзане р!вняння теплопров!дност! 1з конвективним членом у трим!рн1й систем! координат, що пов'язана з джерелом нагр±ву

<эд я. <?н m

р- + pv gradH =div (-gradH ) + pv_D--k '

дь с JB

Д8 H - ентальп!я;

v - вектор швидкост! потоку.

Дискретний аналог р!вняння (7) отримували за допомогою методу контрольного об'ему, що запропоновано СЛатанкаром. Розра-хупкову д!лянку у виглядх паралепЗзгеду (ю0х40х20)*ю"эм розби-вали на контрольн! об'еми наступним образом: по довжиш виробу-на 50 частин, по пЬвширин! - на 30 частин, по товщин! - на 10 частин. Для розрахунково! д1лянц! складали систему нелхн!йних

Блок-схема розрахунку температурного поля у вироб! з урахуванням руху розплаву у зварпвальнЩ-ванн!

Коитури зварлвальгап ванн

V.oot><j>AMamci a-íO , м

-мо -ю

,1 ' Ч

г- - > ■/ '.'У

-— —^С;

сС,

Х\0 ,м

>- - 5

'I

s -10

У

С -VS

О Г>

* -10

•V

Л

6-)

dg=5*10"3M; 1зВ=в00 А; ид=32 В; v3B=3,3«.0"sM/C; (12 М/Г): а.- у=0; <3.- 2=0;

L- розрахунок без урахування руху розплаву у зварпвальнШ ванн!;

2,- розрахунок з урахувэнням руху розплаву у зварювальнШ ванн!;

3.- експериментальн! дан!.

р±внянъ, яка вирЬпувалась на кожно! 1терац!1 методом змйних на-прямк!в по трьох координатах. За допомогою залежност! н=н(Л/с) та н=н<р) уточняли значения теплоф!зичних коеф!ц1ент!в, а також ураховували теплоту фазових переход!в плавления та криств-л1зац11- Для прискорення.зб±гу за початковий розшд!л температу-ри брали температурив поле, що отримано у результат! застосову-вання запропонованого методу двох джерел для ц!е1 д!лянки- Початковий розпод!л поля швидкостей брали з експериментальних данях, що отриман! вш!рпванням швидкостей поток!в та 1х напрямкЬв на моделях. На ри&З зведен алгоритм визначення температурного поля з урахуванням руху розплаву у зварювальнМ ванн!- Визначення контур!в зварювальних ванн виявили задов!льний зб!г розрахун-кових та експериментальних даних (рис-4), але урахування конвек-ц11 достатньо складно та трудом!стко. Максимальна вЗдхшюння контура зваршвально! ванни, що розраховаяий за схемоо двох джерел без урахування конвекцН, не перевершуе в!д експерименталь-ного 15-20 %, що задовольняе потребам Зяженерних розрахунк±в-

Метод двох джерел застосовували для визначення температурного поля при звариванн! (наплавленн!) з керуючими д!ями. Струк-турний алгоритм розрахунку температурного поля зведен на рис-5-Прирощення температуря до часу для будь-якого элементарного об'ему виробу у вигляд! плоского шару товщиной в

ас ДТ) а<лт ) «1(Дт ) ,„ч

_ _ _их.уд) _а(х.у.ж (о)

сИ сИ

де Дтд> ьлг прирощення температуря у точи! (х,у,г), в!дпо-в!дно, в!д першого та другого джерел.

Величини «мат^/ск та с«дт2)/с11 визначались у наступному виг-

ляд! :

Г г»4 г»4 1

Ч(ДТ4)_ \ ^ ЕХР|- 4а(^ок1)- 4а(1^оу1) ]

сЛ /

с"У(41Са)3''г [а+1 ) (1+1 ) (1+1 ) ]

1 Ох1 Оу1 ОХ1

Н-ТН^-,] [

1+ег£

(9)

<1(М'г )

ЕХР

[-

уг

И

с7(41Са)

(10)

да Ч,,^4«*«* Ьоу1^(4аку1);

Ъ =1/(4ак ); Ъ =1Д4ак );

Ох2 - Х2 Оу2 у2

знаки пвдсумовування в!дображоних теп-

лових 1 джервл (для першого джерела) та о даерел (для другого джврела) в!д бокових поверхнь виробу;

= [¡¡^(ОНг+г^ОО-гпО] ; ггг = (г-2пб) ;

[хи(ОНх-хи(Ь)]сова1 + [Уи(0)+У-Уи(адв1па ; г = [*И(0)+Х-ХИ(Ъ)]( -о гтЛ^ + [Уи(0>+У-Уи(1;)]сова1 ;

Г

Х2

Блок-схема розрахунку температурного поля у вироб! при наявност! керувчих дМ

П о ч а т о к

Введения тимчасових залежностей для потужностей а1(Ъ),ог(1)

'Введения тимчасових залежностей для коеф1ц1ент1в зосереддэност!

у/ Завдання початкового доля температур/

Розрахунок теплоф1зичних коеф!ц1ент±в

Розрахунок температурного поля

ь = ь + Аъ

1 Рис.5

г = Сх,,(0>+х-хт) Зсоэа + Сут1(0)+у-у11(1 )3з1па ; хгЦ Ио г И Н о г

гу2= схи(о)+х-хи(1о)к-в1па2) + Суи(о>+у-уиао>:1со5а2 ;

тут х, у - координат у яких визначуеться при- • рощвння температуря у рухомо1 систем! координат, що зв'язана 1з центром першого джерела; • а^ а2 -кутаутворен! додатними напрямками в!с! х та

дотично! до траектор!I руху теплового джерела (дуги) у точках, в!дпов!дних миттевому положению центр1в пер-шохчРта другого джэрел (рис-6);

- час розповсвдження теплота в!д другого джерела за

обл!ку, що воно рухаеться то той сам!й траектор! I, що й перше, але 1з зап!зненням на час , який визпачався законом руху дуги;

хи(1),уи(1),ги(1)-закон руху теплового джврела (дуги) у

нерухомМ систем! координат.

Интегрування р!вняння (8) проводили в!д 1=о до П9рев!рку пропоновано1 розрахунково! схеми за присутн!стю керуючих дШ проводили при нашювленн! у поздовжньому магн!тному зол! (ПДМП) та при наплавленн! коливальним електродом- При екс-периментальному досл!джвнн! встановлвно, що пост!йне й знакопе-рем!нне частотою f=50 Гц ЦДМП однаково впливае- на геометричн! розм!ри валика (рис.7 )-При зб1лывенн! д!аметра електроду (та од-накових параметрах режиму наплавлення) значно зб!льшуеться ефект вшгаву ПДМП на прирощення ширини валика, що пов'язано з! змен-шенням поглиблення дуги в основний метал та меншим шунтуванням магн1тного поля феромагн!тши<. виробом у зон! дуги. Обробкою экспериментальних даних отримано вирази для назначения д!аметра олями нагрйання на вироб! (ат) та зусилля дуги-на основний метал (рд)

<10=3*1О"3* с1т=с1т+0,041*Вг СМЙ Рд—Рд—СШ;

а =4*ю"э№ а=а_+0,05а*в СМЬ р=р-2*ю"41_в [Нй ^^ е тт * дд н*

<10=5«1О"*1* ^т-ч1т+0,173ЕВг СЮ; Рд=Рд-1,2«1С>741нВ1 сю».

де - в!дпов!дно д!аметр плями нагр±вання та зусилля

дуги на основний метал без впливу ПДМШ

в^ - поздовжня компонента !ндукц11 магн!тного поля, Тл.

Схема до розрахунку температурного поля у вироб! при наявност! керуичих дШ

I,-

дкерэло.

елхлсоХдцэ даврело; 2,- п^елШтичне Рис.6

Залежн1сть розм1р1в наплавлешсс валика В1д частота гюздогаиього магнитного поля

с«

V

л _т-го

Г

я

г

I»

к* ?>

и

I»

м

003 ДЦ МагШтнИХ

ШЛ£Ц;

2,4 - 3 д!ею ПДМП -

*=4Гц,£=50Гц;

3-- з д!ею пост1йного

ЦЦМП

( В^ =20*ю"э Тл ); а- ^=5*10"^: 1=750-780 Л- о -34 ч« -

V4*10 М; 1^=550-570 Л; О =34-44 п

-Н Цд—34—35 в- V =1.20*10"гм/с.

Рис.7

Використуючи дан! про та кд робили розрахунок контургв жарювальних ванн й валик!в при наплавлена! у ПДМП. За пропоно-¡аною методикою також розраховували контури зварювальних ванн фи наплавленн! коливальним електродом. ГОр!вняння розрахункових експеримвнтальних даних за критер!ем Ф1шера показало адек-затн!сть модел! двох джерел при наявност! керуючих д!й.

Пропонована методика розрахунку розм!р!в шв!в при дуговому зварюванн! п!д флюсом з керуючими д!ями застосовувалась при роз-юбленн! технологЗлних процес!в. На Полтавському завод! "Х!ммаиг 1ри зварюванн! корпус!в реактор!в ёлектродним дротом п!д флюсом }тикових з'еднань п1д емалювання стал1 08кп товщиною <ю-

.4)*ю~3м проведена оптим!зац!я заводських режимЬв звярювання (рис.8). Показано, що при зварюванн! на оптим!зованих режимах зменшуеться трудом!сткхсть зняття посилення шва б!льше, н!ж у 2 эази. Застосування поздовжних магн!тних пол1в з оптимальною величиною !ндукц!1 та поперечних коливань електроду дозволили зменшити кут сполучення основного металу з! швом до необхадюго за ТУ п!д емалювання, що дозволило повн!стю усунути механ!чну збробку зварних шв!в пгд емалювання та отримати значний еконо-«чний ефект.

ЗАГАЛЬН! ВИСНОВКИ

1. Урахування деформацП р!дкого металу п!д дугою виявляе значний вплив на розпод!лення температур у вироб!. Розм!ри та форма лунки п!д дугою визначаються розподъленням тиску дуги, д1амет-ром теплово! плями дуги на вироб! та величиною посилення шва.

2. Схему нагр!вання виробу при наплавленн! та зварюванн! п!д плюсом можна уявити у виду двох джерел тепла: об'емного е'лшсо1д-яого джерела, що моделюе зварговальну дугу з урахуванням И теплового та силового впливу х поверхневого п!вел!птичного джерела, що ураховуе теплоту перегр!того металу та шлаку, а також вид1лення приховано! теплота кристал!зац!1. Застосування метода двох джерел дозволяе отримати певн! дан! про розм!ри зони проплавлення при звичайному процес! наплавлення електродним дротом п!д флюсом, при наплавленн! у поздовжньому магн!тному пол!, а також при наплавленн! з поперечними коливаннями електрода. На основ! цього методу розроблена модель, що дозволяе визначити температурне поле у виро-б! при зварюванн! та наплавленн! п!д флюсом з керуючими д1ями. 1з

* lo |Ц Г- . -I

Пошречн! пэрерхзи uibíb с тиковых з'еднань . ' В,

—

СО

V)

0.-Ь=3*1О-*я- О =40J°;

80=48°: KH(pf24-0*10"V; F,

n(0,=25.2*10"V;

Г.-Ь=3*10"'м; ep=Z3,4°:

0®=3в°: КаFHloflo.2.io-V:

FH(0fi3.540-V:

- експвримвитальа! два!; розрахунков! дан!.

РИС.8

госуванням статистичних метод!в внявлэно адекватн!сть розрахун-)i та ексшриментально! моделей.

3- Вшшв руху р!дкого розплаву на температурив поле у вироб! > бути оцйхено за допомогою трим!рно1 модел! по диференц!ально-рйзнянню тешюпров1дност1 з конвективним членом при заданому t швидкостей. Розрахунковим шляхом виявлено, що най01льший га рух Руцкого розплаву виявляе на довяину та глибину зварю-эно! ванни, а його вшшв на ширину ванни незначний. Максима льне шлення контура, отриманого у результат! розрахунку за методом с джерел без урахування руху р!дкого розплаву, не перевицуе 20% в!д экспериментального.

4. Встановлено, що при наплавлена! п!д флюсом ширина валика яьшуеться, а глибина проплавлення металу зменьшуеться в однако/ ступен! при збЬльшенн! 1ндукц11 постМного й знакоперем±нного готов 50 Гц поздовжнього магн!тного поля. ЗмЗвення розм!р!в зо-проплавлення пов'язан! з! зб!льшенням д!аметра шшми дуги на эб! та зменшенням тиску дуги при д!1 поздовжнього магн!тного я-

5. Застосування розроблено! розрахунково! методики дозволяе нм!зувати параметри режиму зварлвання шв£в п!д емалпвання, ншити площу й трудом1стк{сть зняття посилення шва Застосування роблено! методики при звариванн! стикових з'еднань п!д ема-ання у поздовжньому магн!тному пол! дозволяе оптим1зувати режим рпвання, зменшити кут сполучення' основного металу з! швом до бх!дного та в!дмовитися в!д механ!чно1 обробки по усуненню по-8ннл шва-

6- Упровадження запропонованих розробок на Полтавському заво-"Х1ммаш" дозволило отримати значний економ!чний ефект.

ПУБДШАЩ1 ПО TEMI ДИСЕРТАЦП

Маевский В.Р., Размышляев А.Д. Моделирование простран-енного распределения теплового потока сварочной дуги // Дэп.в >НИИНТИ №1571 УК-90 от 7.09.90. 12с.

Маевский В.Р., Темирбек О.Д., Размышляев А.Д. Расчет меров сварочной ванны при дуговой наплавке под флюсом при [энной схеме движения электрода // Сварочное производство. >95. #11. С .21-24.

Размышляев А.Д., Маввский В.Р. Методика расчета размеров фочной ванны при дуговой наплавке под флюсом // Сварочное '

производство. 1994. »7. С.20-23.

4 . Размышляев А.Д.,Темирбек О.Д., Маевскиа В.Р. Расчет контура сварочной ванны при наплавке колеблющимся электродом /, Математические метода и САПР в сварочном пр-ве. Свердловск: 199 С.37.

5 . Размышюев А.Д., Маевскиа В-Р. Исследование магнитных полег для управления размерами и формирования валиков (швов) при дугов наплавке (сварке) под флюсом // Тезисы докладов ш регионально] научно-технической конференции • Мариуполь.:ПГТУ, 1995. Т-3. С.94.

6 . Размышляев А.Д., Маевскш В.Р., Рогачевский А.Х. Совершенствование технологии автоматической сварки швов стыковь соединений под эмалирование // Термодинамика технологически процессов. Краматорск: КИИ, 1992. С.47-48.

7 . Размышляев А.Д., Маевский В.Р. Технология автоматической сварки под флюсом швов под эмалирование // Тезисы докладе региональной научно-технической конференции. Т.2. Машиностроение Мариуполы ММИ, 1992. С.68.

в .Размышляев А.Д., Маевский В.Р., Акритов A.C. Моделирование процесса теплошреноса для определения размеров ванны при дуговс сварке под флюсом // Численные метода в гидравлике гидродинамике. Донецк: ДонГУ, 1994. С.69. 9 . Маевский В.Р., Размышляев А.Д. Сварка швов под эмалирование с поперечными колебаниями * электрода // Термодинами технологических систем. Краматорск: КИИ, 1993. С.129.

10. А.с.1815058 СССР . Устройство для сварки магшггоуправляемо] дугой /А.Д.Размышляев, В.Р.Маевский,С.А.Волков и В.Ю.Коваленко

Опубл. в Б.И. 1993. »18.

11. Размышляев А.Д., Маевский В.Р. Моделирование температурной поля пространственно-распределенного источника // Дэп.УКРНИИН М1570-УШ) от 7.09.90. 10с.

12. Размышляев А.Д-, Маевский В.Р. Влияние управляющих магнитных полей на геометрические размеры шва при дуговой сварке флюсом // Сварочное производство- 1996- »2. С. 17-19.

13. Размышляев А.Д., Маевский В.Р. Расчёт температурного поля о подвижных пространственно распределенных источников Вестник ПГТУ. Мариуполь: ПГТУ, 1996. С.185-188.

21

АННОТАЦИЯ

Маевский В .Р. Разработка методики расчета размеров швов при дуговой сварке под флюсом с управляющими воздействиями.

Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.06 - "Технология и оборудование для сварки и родственных процессов". Приазовский государственный технический университет, Мариуполь, 1997.

Разработана методика расчетного определения размеров швов яри дуговой наплавке и сварке под флюсом с управляющими воздействиями с использованием модели двух источников тепла: объемного эллипсоидного, моделирующего сварочную дугу, и плоского эллиптического; моделирующего зону кристаллизации, и помощью трехмерного нелинейного уравнения теплопроводности с конвективным членом при заданном поле скоростей выявлено влияние движения жидкого расплава на температурное поле в изделии. Исследовано влияние управляющих воздействий на геометрические размеры шва, показана адекватность расчетных и экспериментальных данных. Рассмотрено применение разработанной методики для оптимизации параметров при проектировании технологических процессов сварки стыковых соединений.

КЛЮЧ0В1 СЛОВА: зварювання, методика розрахунку, керуюч! Ail, джерело тепла, магн!тне поле.

ABSTRACT

Mayevsky V_R_ Development of method of calculation of the weld sizes at submerged arc welding with controlling effects.

Manuscript. The dissertation ia presented for Candidate of Sciences degree receiving in the speciality 05.03.06-'"fechnology and equipment for welding and allied proceu8es".Priazovsky iîtati: Technical University, Mariupol, 1997.

Method of calculation for determining the sizes of we Ida have been developmented at arc surfacing and submerged melt welding with using controlling effects with model two sources of heat, simulating welding arc and crystallization zone. With help of a heat transfer equation with convective member at given a field of apeeda have been discover influence movement of liquid melt on temperature field in weidment. Influence of controlling effects to geometrical sizea of a weld have been reaearched-Application of a developed method for optimization of parameters is considered at designing of technological processes of welding butt joints.