автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Разработка технологии контактной сварки закладных деталей железобетонных конструкций

. - • ') и:'..

. - "МАТИ"-

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. КЗ.Циолковского

На правах рукописи

СИРЕНКО Лилия Ивановна

УДК 621.791.763.2.03

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ ЗАКЛАДНЫХ ДЕТАЛЕЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ.

Специальность 05.03.06 "Технология и машины сварочного производства"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г. Москва 1996г.

Работа выполнена на кафедре "Технология сварки летательных аппаратов" МАТИ - РГТУ им. К. Э. Циолковского.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор А.А.Чакалев.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор В. А.Бачнн кандидат технических наук Г-А-Меньшиков

Ведущее предприятие: ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко.

Защита состоится 199 ? года ъМ-СО на заседании

специализированного Совета К 063.56.05. при МАТЙ - РГТУ им. К.Э.Циолковсхого по адресу. 103767, г. Москва, ул. Петровка 27.

Ваш отзыв в одном экземпляре, заверенный печатью, просим высылать по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института Желающих присутствовать на защите диссертации просим высылать письмг на имя председателя специализированного Совета по указанному адресу.

Телефон для справок: 141-94-54.

Автореферат разослан 199?г.

Ученый секретарь специализированного Совета кандидат технических наук

Е.В.Ннкитиш

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ.

Объемы производства сварных закладных деталей железобетонных конструкций (ЖБК), реализуемые предприятиями стройиндустрии России, * составляют сотни миллионов изделий в год, что соответствует потреблению соте;; тысяч тонн листового и профильного металлопроката. В связи с этим вопросы повышения производительности труда и снижения металлоемкости закладных деталей имеют особую актуальность.

В России предприятия стройиндустрии характеризуются весьма существенным различием как в производительности выполнения сварочных работ, степени их механизации, так и в энергопотреблении, вопросах экологии и т.д. При этом дзже в жшшщно-гражданском строительстве, для которого характерен более высокий технический уровень производства сварных закладных деталей, представляется возможным обеспечение повышения технико-экономических показателей.

Анализ конструктивных особенностей широкой номенклатуры закладных деталей, используемых при производстве железобетонных конструкций, показывает, что основными типами соединений при их изготовлении являются нахлесточное и тавровое. Согласно ГОСТ 14098-91 для выполнения этих соединений привлекаются различные способы дуговой и контактной сварки.,

В общем случае дуговые способы сварки, наряду с положительными свойствами, обладают рядом существенных недостатков, значительно .снижающих эффективность их применения. В первую очередь к ним следует отнести относительно ' низкую производительность и высокую металлоемкость. В условиях крупносерийного и массового производства эти особенности способов сварки приобретают особую значимость. Кроме того дуговые способы сварки требуют применения . значительного объема вспомогательных материалов, они создают вреднее условия труда и требуют вложения дополнительных затрат на улучшение экологической обстановки. К недостаткам указанных способов следует отнести и тот факт, что они трудно поддаются средствам механизации и автоматизации, при этом качество .выполняемых соединеннй во многом определяется квалификацией сварщика.

Цель работы: разработка технологии контактной сварки закладных деталей с нахлесточиьши и тавровыми соединениями железобетонных конструкций на основе математической модели термодеформационных процессов контактной сварки, а также изыскание способа и средств восстановления электродов контактных машин.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Для достижения ьоставленнноГ; цгли б работе применялись расчетные, расчетно-эксперпментальные и экспериментальные методы. Производилось математическое моделирование процесса контактной сварки закладных деталей с нахлесгочным и тавровым соединениями путем совместного решения уравнений электро- и теплопроводности. Осуществлена реализация этих моделей на ЭВМ. Выполнялось измерение контактных сопротивлений с помощью прибора Ф4102. В процессе сварки измерялись важнейшие параметры процесса: сварочный ток, напряжение, сварочное усилие, время сварки. Для исследования структуры и свойств сваренных деталей и наплавленных электродов использовались металлографический анализ, измерение микротвердости и всесторонние механические испытания. При помощи компьютерной системы " Мор-У1с1еор1ап" исследовали размеры столбчатых • кристаллов в наплавленном слое электрода, производили измерение электропроводности различных электродных материалов.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА.

1. Разработаны математические модели процесса контактной свары стержня с пластиной, в частности, плоская модель использована даи нахлесгочных соединений, а объемная - для тавровых. Модели учитываю: многоимпульсный характер нагрева, геометрию соединений, кинетик; пластической деформации, изменение теплофизических свойств металла 1 широком диапазоне температур.

2. Решение математических моделей на ЭВМ позволило установит распределение электрического и температурного полей в зоне соединения н различных стадиях процесса. Показано, что концентрация плотности тока на границе контакта двух деталей определяет быстрый локальный нагре металла до температуры плавления, повышенную склонность к выплескам начале процесса. Увеличение размеров контактов вследствие развита процесса пластической деформации при нагреве приводит к снижению уровн

и охлаждение металла осуществляется под током.

Установлено, что процесс сварки целесообразно вести с начальны оплавлением контактирующих поверхностей, выплеском и принудительны выдавливанием жидкого металла из зоны сварки. Это способствует бож полному удалению поверхностных пленок и образованию соединения г достаточно большой площади.

3. Предложена методика инженерного расчета 11» и основно! энергетического параметра режима I», обеспечивающего стабильное процесса сварки, а также времени охлаждения металла и» при свар: термоупрочняемых сталей.

4. . Уточнен характер износа рабочей поверхности электродов контактных машин. Определена степень влияния износа на качество выполняемых соединений. Показано, что при сварке закладных деталей скорость износа очень велика и может достигать 1,3-1,5 мм/ч. Предложен способ восстановления рабочей части электродов путем электродуговой наплавкн штучными электродами. Определены химический состав материала стержня и композиция покрытия шгучных электродов. Наплавка этими электродами обеспечивает повышенную износостойкость электродов контактных машин.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ.

1. Рззработан алгоритм и программа расчета на ЭВМ электрических и тепловых процессов при контактной сварке нахлесточного и таврового соединений.

2. Разработана технология контактной сварки закладных деталей с нахлесточными и тазровыми соединениями. Ее применение обеспечивает получение соединения, равнопрочного металлу арматурного стержня, обладающее высокими пластическими свойствами.

3. Предложена, технология восстановления электродов контактных машин ванной наплавкой покрытыми электродами. Наплавленные электроды обладают износостойкостью в 1,2 раза выше по сравнению с электродами, изготовленными из БрХ 0,7, и в 1,5 раза по сравнению с медными электроламп.

•Новый способ контактной сварки закладных деталей позволяет повысить производительность труда в 10 раз, снизить расход электроэнергии в 3 раза по сразнению с ручной дуговой сваркой; в 1,5-2 раза снизить расход электроэнергии по сравнению с контактной точечно-рельефной сваркой; свести к минимуму расход дорогостоящих сварочных материалов и улучшить экологическую обстановку на рабочих местах.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ 3 ПРОМЫШЛЕННОСТИ. Разработанный процесс контактной рельефной сварки с начальным оплавлением закладных деталей прошел производственную проверку и рекомендован к внедрению на ряде заводов ЖБИ г.Москвы (АО "Моспромжелезобегон", АО "Кунцезострой" и др.). На основе выполненных работ зыпущено инструктивное письмо СП № 189/13 от 05.05.95 Госстроя РФ с рекомендацией внедрения данной технологии на заводах ЖБК.

На основе проведенных исследовательских работ по оптимизации шмического состава наплавленного металла разработаны электроды марки ЭЗБ-З, которые включены а номенклатуру серийно выпускаемой продукции Московского опытно-сварочного завода.

б

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения работы и результаты исследований изложены на международной научно-технической конференции "Сварка и родственные технологии з строительстве и стройиндустрии" (г.Москва, 1994 г.), на научно-техническом семинарах "Повышение качества и эффективности сварочного производства на предприятиях и в организациях" (г. Москва, 1993 г.) и "Новые технологии и материалы" (Направление: Металлические материалы, методы и технологии их обработки, г.Москва, 1995 г.).

СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, пяти глав с выводами по каждой главе, списка использованной литературы из 100 названий и 2 приложений. Диссертация изложена на 105 страницах машинописного текста, содержит 10 таблиц и 88 иллюстраций.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обосновывается актуальность совершенствования технологии контактной сварки закладных деталей железобетонных конструкций. Приведена краткая характеристика диссертации, ее цель, задачи и основные научные положения.

В первой главе проведен обзор литературы, посвященной особенностям контактной сварки нахлестанных и тавровых соединений закладных деталей. Установлено, что в условиях крупносерийного и серийного производства из-за большого объема выпуска закладных деталей их элементы не подвергаются зачнстхе от окалины и ржавчины. Поэтому основной проблемой, возникающей при контактной сварке закладных деталей, является удаление из зоны соединения в процессе сварки оксидных пленок. Рядом авторов были предприняты попытки решения данной проблемы. Например, ими предлагалось использовать для этих целей устройства, возбуждающие перед сваркой между электродом и деталью "пробивное" напряжение, применять электроды специальной конструкции, а также производить предварительную выштамповку в зоне соединения рельефа на пластине или стержне. Однако в условиях массового производства- ро различным причинам перечисленные меры не позволили добиться получения соединения со стабильными прочностными характеристиками.

Решение поставленной проблемы возможно при более глубокое изучении особенностей термодеформационных процессов, происходящих пр! сварке. Показано, что для изучения этих процессов целесообразш использовать математические модели. В настоящее время в техническо! литературе вопросам математического моделирования уделено достаточн< большое внимание. Однако, несмотря на значительное многообрази математических моделей контактной сварки, прямых аналогов моделя!

процесса сварки нахлесгочного и таврового соединений элементов закладных деталей в сочетании "пластина-стержень" не существует. Очевидно, для решения постааленных задач требуется разработка новых моделей с учетом геометрии деталей и типа выполняемого соединения.

В условиях производства заводов ЖБИ производительность процесса 'контактной сварки, качество и надежность сварного соединения в значительной степени определяются стойкостью электродов, которые при сварке закладных деталей интенсивно изнашиваются. Так, например, при сварке нахлесточных соединений арматуры с пластиной критический износ электродов уже достигается после выполнения 6000-7000 соединений. Основные способы увеличения срока эксплуатации электрода (многократного его использования) можно условно разделить на два основных направления: восстановление изношенной части электродов и создание биметаллических электродов контактных машин. Анализ литературных данных показал, что наиболее экономичным, доступным способом восстановления изношенных электродов контактных машин является ручная дуговая наплавка покрытыми электродами. Однако существующая номенклатура штучных электродов не позволяем получать наплавленный слой с требуемыми свойствами. Поэтому необходимо особое внимание уделить разработке покрытых электродов для наплавки металлического слоя определенного химического состава.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

1. Изучение электрических и тепловых процессов, протекающих в зоне сварки, '-на различных стадиях формирования соединения. Разработка математических моделей контактной сварки нахлесгочнсго и таврового соединений.

2. Изучение пластической деформации металла на различных стадиях формирования соединений.

3. Разработка методики расчета основных параметров процесса сварки.

4. Исследование износа рабочей части электродов при сварке закладных деталей.

5. Разработка способа восстановления электродов контактных машин, . изыскание оптимального химического состава стержня и покрытия штучных

электродов.

• 6. Разработка технологии контактной сварки закладных деталей, обеспечивающей требуемое качество свзрных соединении, повышение производительности процесса.

Во второй главе представлена математическая модель процесса контактной сварки закладных деталей. Температурное поле при контактной сварке может быть описано дифференциальным уравнением теплопроводности с непрерывно действующим источником теплоты. Расчет температур проводился методом конечных разностей на ЭВМ. Для оценки теплового состояния металла при сварке нахлесгочнсго соединения

Рис. 1 Распределение температур в нахлесточном соединении при 4 = 0,10 с.

Рис. 2 Распределение температур в тавровом соединении при 1 = 0,12 с.

о

спользозалась плоская модель (рис.1). В этом случае диффере;; рас::с;!г:е теплопроводности имеет ввд:

с'1 а

1

' д ( лаГЛ | д Г ЫГ ¿ЗЛ сх ) с: ;

.ИЕ-

су

(1),

где Т - температура металла, I - время протекания процесса, г,\ - координаты точхн, j - плотность тока, с - теплоемкость, у - удельный вес, X - коэффициент теплопроводности, р - удельное электрическое сопротивление. При сварке таьрозого соединения (рис.2) тепловое состояние металла списывается дифференциальным уравнением, которое в цилиндрической системе координат преобразуется к виду:

д су

' д(Ш &

Ш

д 1 сгУ ¿г ) гдг

су

(2),

где 2, г - координаты точки.

Для решения уравнений 1,2 были приняты следующие граничные и начальные условия:

1. Модель симметрична относительно вертикатьной оси г, поэтому расчеты на ЭВМ производились лишь для 112 сечения деталей и электродов.

2. На зегй свободной поверхности, то есть за пределами токоподзодяших контактов "электрод - деталь" и контакта "деталь - деталь", принимались граничные условия 3-го рода:

О!

ал

= 0

(3)

Теплообмен между деталью и создухом отсутствует, и градиент температуры в направлении двух осей симметрии принят равным нулю.

3. На поверхностях контактов "пластина - нижний электрод", ''пластин;: - верхний электрод" (нахлесточное соединение) принималось граничное условие 4-го рода:

Рис. 3 Схема нахлесгочного соединения арматурного стержня с пластиной.

Рис. 4 Схема таврового соединения арматурного стержня с пластиной.

где Тз - температура электрода, X, - коэффициент теплопроводности

электрода.

4. В области контакта "стержень - электродный зажим" (тавровое соединение) принималось гранитное условие 1-го рода:

Т = const (5).

5. В начальный момент времени все точки свариваемых деталей и электродов имеют начальную температуру Т»:

T(x,z,Q) = (б),

Г(г,г,0)=Гя (7).

Кроме того в двух моделях были учтены следующие особенности процесса сварки:

1. Зависимость основных электрических и теплофизических свойств свариваемого металла от температуры. v

2. Выделение и поглощение скрытой теплоты плавления.

3. Наличие в контакте "деталь - деталь" переходных контактных сопротивлений R., изменяющихся с температурой.

4. Изменение действующего значения сварочного тока в зависимости от активного сопротивления. Таким образом учитываются- электрические характеристики сварочной машины: .

т' ■ — ~ "- (8),

где 1с»д - действующее значение сварочного тока, 1Лг.о - вторичное

напряжение холостого хода, Я* - активное сопротивление контура машины, Хм - индуктивное сопротивление машины,"Яц -сопротивление свариваемых деталей, Я« - сопротивление контакта "деталь-деталь".

5. Пластическая деформация является одним из основных процессов при контактной сварке, поэтому предварительно была изучена. кинетика формирования 'соединений. Полученные данные -об изменении -формы свариваемых деталей, размеров контактов были введены в математическую модель.

На основе математического моделирования удалось выявить особенности формирования нахлесточного (рис.3) и таврового (рис.4) соединений. Так, при выполнении нахлесточного соединения на начальной стадии нагреза из-за высокой плотности тсха j на периферии контакта двух

деталей может наблюдаться повышенная склонность процесса к выплеску. Этот вывод подтверждают и данные о кинетнке развития пластической деформации. Так, при I = (0,20-0,25) 1а отмечен резкий рост степени пластической деформации е , что связано с оплавлением контакта "деталь -деталь", выплеском и принудительным выдавливанием жидкого металл:! из зоны соединения. При дальнейшем нагреве и росте площади соединения в контакте "дсгаль-дсталь" плотность тока резко снижается, температура также падает до 800°С при 1=1с. Степень пластической деформации в интерзале времени от I = 0,65 и» до I = и« изменяется незначительно.

При контактной сварке таврового соединения к концу пропускания импульса тока отмечен высокий градиент температур по оси г. В связи с этим, а также из-за 'ограниченного времени включения тока, пластическая деформация стержня практически не происходит. Для активизации процесса деформации на этой стадии необходимо использовать дополнительный нагрев. В этом случае следующее повышение е наблюдается при I = 0,71^2 и составляет 90% от вылета стержня Ь«. При сварке термоупрочняемых сталей следует применять циклы с ковочным усилием для удаления перегретого металла в грат. .

Помимо компьютерных моделей основные Параметры процесса сварки можно оценить, используя так называемые "быстрые алгоритмы". Они основаны на относительно простых физических и математических моделях и могут быть легко использованы в условиях производства.

Поэтому в третьей главе представлена методика инженерного расчета одного из основных энергетических параметров контактной сварки - силы сварочного тока 1а. Для этого использовали принцип теплового подобия и закон Джоуля - Ленца:

/ = I

с,д Ь./.А«.. (9)'

где (2*, -общее количество теплоты, выделяющееся между электродами; &».кок - электрическое сопротивление металла, заключенного между электродами, к концу сварки; шя - коэффициент изменения в процессе сварки.

Для расчета силы сварочного тока необходимо определить электрическое сопротивление деталей к концу процесса сварки. Однако методика расчета Яплов для случая контактной сварки закладных деталей в литературе отсутствует. В работе предложено два способа расчета 11»л«. Первый из них состоит в том, что используются данные расчета температурного поля (компьютерной модели), второй - приближенный и состоит в том, что принимается условная схема разбиения свариваемых

деталей на отдельные участки. При этом считается, что температура в объеме каждого участка распределена равномерно.

Установлено, что сила тока с ростом диаметра стержня с!« увеличивается приблизительно пропорционально 1а = 31,4 ё0'8« при I = 0,4 (ён в см). Рассчитанные по приведенному соотношению значения силы тока 1с близки к реальным. Различие рассчитанных 1« с измеренными значениями не превышает 10 %. Кроме того в третьей главе представлена методика расчета времени охлаждения металла йхл. Этот параметр представляет особый шггерес при сварке арматуры из сталей, склонных к закалке, например, арматуры классов А-Н и А-Ш. При расчете и.« использовались данные о ¿редких температурах и их градиентах:

УсСгАТс

где Ус - объем зоны нагрева, Су - объемная теплоемкость металла, ДТС - степень уменьшения температуры, Т - средний градиент температур, Бт - площадь теплоотвода, кг - коэффициент, учитывающий распостранение теплоты от более нагретых участков металла к менее нагретым.

Установлено, что наибольшие скорости охлаждения металла характерны для зон с высокими температурами (1000 - 1400°С) и составляют 1000 - 3000 град/с. В зоне структурных превращений в стали они снижаются до 800-850 град/с, а время охлаждения до этих температур не превышает 0,3с.

Иетересно, что изменение времени сварки в довольно широком диапазоне (^=0,3-0,6 с) не оказывает существенного влияния на Цш и, следовательно, на скорость охлаждения \Voki СМ „л снизилась только на 15%). Показано, что более эффективным способом управления скоростью охлаждения является использование дополнительного импульса тока' 1отп. Показано, что регулируя ему тока' 1ош, его длительность и-т, а также время паузы Ь между основным и дополнительным импульсами тока, можно обеспечить изменение. скорости охлаждения металла в весьма широких пределах и тем самым исключить возможность появления закалочных структур в зоне соединения.

Четвертая глава посвящена исследованию износа электродов при сварке закладных деталей, разработке способа их восстановления и -подбору оптимального с точки зрения износостойкости химического' состава наплавленного металла.

Наиболее интенсивный износ электродов контактных машин отмечен при сварке нахлесточных соединений. В условиях сварки рабочая поверхность верхнего электрода пластически деформируется с образованием на его поверхности канавки глубиной гъ. С увеличением длительности .эксплуатации

1ъ растет. При достижении Ь, критического значения, равного (0,3-0,4) ён, электрод механически обрабатывают и вновь используют в дальнейшем производстве. Показано, что при таком способе обработки коэффициент использования материала одной электродной заготовки весьма невысок и составляет всего 3-5 смен. Для повышения коэффициента использования электродного материала в работе предложено восстанавливать рабочую поверхность электрода при помощи ванной наплавки. Ванная наплавка позволяет получить за один проход наплавленный слой металла без трещин и шлаковых включений высотой до 40 мм. В результате сравнительного анализа механических свойств наплавленного металла и стойкости восстановленных электродов контактных машин произвели оптимизацию химического состава покрытия и стержня штучных электродов. Эти электроды дают возможность получать наплавленный металл с содержанием компонентов: N1 - 2,0-3,0%, Сг - 0,6-1,0%, Б) - 0,5-0,8%, остальное Си. Указанный сплав близок по составу к бронзе БрНХК, которая в ряде случаев используется для изготовления электродов, применяемых при сварке высокопрочных сталей. Однако из-за высокой стоимости БрНХК не находит широкого применения. Для повышения электропроводности наплавленного металла предложено подвергать восстановленный электрод термической обработке: старению при температуре 450°С в течение 4-5 часов. За счет структурных превращений в сплаве твердость наплавленного металла повышается на 30%, а электропроводность в 2,5 раза. Поэтому наплавленные и термически обработанные электроды обладают более высокой стойкостью по сравнению с традиционно используемыми материалами МЗ, БрХ 0.7.

В пятой главе разработана технология контактной сварки закладных деталей при использовании анкеров из арматуры классов А400С (термомеханически упрочненная арматура из стали СтЗпс), А-И (сталь марки Ст5пс) и А-Ш (сталь марки 35ГС), привариваемых внахлестку и втавр с плоским металлопрокатом (сталь марки СтЗпс). С точки зрения снижения металлоемкости сварной конструкции предложено рассчитывать основные минимально допустимые размеры соединений, обеспечизающие требуемые прочностные свойства. Так, минимальную величину нахлестки Ь„ можно определить из следующего соотношения:

т =; , 7±о<**а°* , 1

где ¡э-расстояние от конца арматуры до соединения, 1п-расстояние от края пластины до соединения, ¿я - диаметр арматуры, к0 -коэффициент разупрочнения металла в зоне термического влияния, кс - коэффициент разупрочнения металла в зоне соединения,

о°» - временное сопротивление разрыву основного металла, т°ср - сопротивление срезу основного металла.

Для таврового соединения наиболее значимым размером является величина вылета арматуры из электродного зажима Ь»:

где Ьс - высота нагретого и деформированного металла, й* - диаметр контурной площади соединения.

Значения параметров режима сварки, рассчитанные по инженерной методике и с помощью математической модели, подтверждены большим объемом экспериментальных исследований, что свидетельствует о достоверности полученных результатов.

Установлено, что при использовании в качестве анкеров арматуры классов А-Н, А-Ш при сварке нахлесточных соединений возможно охрупчивание металла в зоне термического влияния. Во избежание появления этого эффекта предлагается применять двухимпульсный нагрев. При этом второй дополнительный импульс тока использован для снижения скорости охлаждения металла зоны сварки. Проведены всесторонние механические испытания и металлографические исследования структуры соединений, выполненных на двухимпульсных режимах. Установлено, что двухимпульсные режимы дают возможность избежать появления закалочных структур и получить соединение с зысокой пластичностью.

Предложены рекомендации по выбору сварочного оборудования, в частности, целесообразно использовать однофазные машины переменного тока, система управления этих машин должна обеспечивать получение цикла сварки с простым и ковочным усилием, а также многоимпульсные режимы по току с глубокой регулировкой по силе и длительности их включения. '

Сформулированы требования и разработана конструкция оснастки для полуавтоматической сварки тавровых соединений арматуры с пластиной. Она позволяет осущестпять подвод тока к деталям, производить регулировку и контроль вылета арматуры из зажимов, осуществлять ее фиксацию и осадку.

Внедрение в промышленность предложенной технотогии позволит получать соединения высокого гарантированного качества, существенно повысить производительность труда и улучшить экологическую обстановку на рабочих местах.

(12),

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Показано, что основными проблемами при дуговой сварке закладных деталей железобетонных изделий являются низкая производительность процесса (400-600 анкеров в смену), высокий расход электроэнергии и сварочных материалов, создание вредных условий труда, а при использовании контактной сварки отмечается значительная нестабильность качества сварных соединений.

Решение этих проблем может быть достигнуто при исследовании особенностей термодеформационных процессов, протекающих при сварке. Для изучения этих процессов целесообразно использовать математическое моделирование.

2. Разработаны математические модели процесса контактной сварки закладных деталей с нахлесточным и тавровым соединениями, учитывающие многоимпульсный нагрев, геометрию соединений, кинетику пластической деформации и изменение теплофизических свойств материалов в зависимости от температуры.

3. Решение математических моделей на ЭВМ позволило определить распределение плотности тока и температуры в деталях на различных стадиях формирования соединения. Установлено, что высокая концентрация плотности тока] наблюдается на границе контакта "деталь - деталь" в период (0,20-0,25)1«. При дальнейшем нагреве и развитии пластической деформации площадь контакта двух деталей монотонно, растет, пр>и этом плотность трка ] падает, что ведет к снижению температуры металла под током.

4. В результате математического^ моделирования и анализа существующих технологий установлено, что процесс контактной сварки закладных деталей целесообразно вести с начальным оплавлением, выплеском и принудительным выдавливанием, жидкого- металла из зоны соединения. Это обеспечивает более полное удаление поверхностных пленок и образование соединения по достаточно большой площади^

5. Разработана инженерная методика, позволяющая рассчитать для устойчивого процесса сварки один из основных параметров -режима - силу сварочного тока а также время охлаждешрг металла до заданной температуры и ил при сварке термически упрочняемых сталей. .

6. Изучен процесс износа рабочей части электродов контактных машин. Показана степень влияния износа на качество выполняемых соединений. Установлено, что степень деформации электрода е, весьма неравномерна во времени. Так, на стадии приработки электродов (первая 1000-а соединений) она составляет 60% от предельного износа, затем наступает стадия

_. ________........ /|»ЛЛЛ ГАЛЛ • _ ____„_____„У\ ___■ -------------

З'СКШиВПЛШС! УСИ СОСДИНСНИИ^, хде Ьа ' Кшснисил

незначительно. Критический износ достигается после выполнения 6000-7000 соединений.

7. Предложено на рабочей части электродов предварительно выполнять цилиндрическую канавку диаметром и глубиной 1ь=0,25-0,30 <1Н. Это позволяет в процессе эксплуатации электродов исключить стадию их приработки и стабилизировать качество выполняемых соединений.

8. Определены основные минимально допустимые размеры соединений: величина нахлестки Ьа и вылет арматуры из зажимов контактной машины. Установлена зависимость между и диаметром арматурного стержня с1к.

' 9. Разработана технология контактной сварки закладных деталей, выполненных из низко- и среднелегированных сталей, обеспечивающая получение нахлесточных и тавровых соединений, равнопрочных металлу арматурного стержня и обладающих высокой пластичностью.

• 10. Разработана технология восстановления электродов контактных машин ванной наплавкой штучными электродами. Предложена композиция покрытия и состав стержня штучных электродов.

11. . Составлены рекомендации по технологии контактной сварки закладных деталей для конкретных условий заводов ЖБИ г.Москвы. На базе проведенных работ выпущено инструктивное письмо СП №' 189/13 от 05.05.95 Госстроя РФ с рекомендацией внедрения данной технологии. ч.

12. Предложенный способ контактной сварки закладных деталей опробован и рекомендован к внедрению на ряде заводов ЖБИ г.Москвы. Он позволяет повысить производительность труда в 10 раз по сравнению с ручной дуговой сваркой; снизить расход электроэнергии в 3 раза по сравнению с ручной дуговой сваркой, в 1,5-2 раза по сравнению с контактной точечно-реяьефной сваркой; свести к минимуму расход сварочных материалов. :

Содержание диссертации отражено в работах:

1. Чакалев A.A., Сиренко Л.И., Шапиро И.С. Повышение эффективности контактной сварки закладных деталей железобетонных конструкций.// Сварочное производство, № 2, 1996, с.6-9.

2. Шапиро И.С., Сиренко Л.И., Чакалев A.A., Серегин М.Д., Вишняков И.В. Совершенствование контактной сварки закладных деталей.// Бетон и железобетон, № 3, 1995, с. 8-10.

3. Сиренко Л.И., Шапиро U.C., Чакалев A.A. Совершенствование контактной сварки закладных деталей железобетонных конструкций.// Сварка и родственные технологии в строительстве: Материалы конференции,- М.,

1994, с. 17-22.

4. Сиренко Л.И., Петров Ю.И., Чакалев A.A. и др. Повышение долговечности электродов контактных машин.// Повышение качества и эффективности сварочного производства на предприятиях и в организациях: Материалы семинара.- М., 1993, с.145-150.

5. Султанов Ю.Д., Вишняков И.В., Сиренко Л.И. Новая технология контактной сварки закладных деталей в домостроении.// XXI Гагаринские чтения: Сборник тезисов докладов молмдежной научной конференции.-М.,

1995, с. 92-94.

6. Clidkalev A.A. and Sirenko L.I., Shapiro I.S. Increasing the efficiency of resistance welding embeded componsts of teinforced concrete structures.// Welding International, 1996, v. 10, n.8, p. 651-653.