автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Розробка технологиii електрошлакового зварювання дисперсiйно-змiцненоi стали великих товщин з електророзрядною обробкою зварювальноi ванни

АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ІНСТИТУТ ЕЛЕКТРОЗВАРЮВАННЯ їм. Є. О. ПАТОНА

Для службового користування

Прим. № 000022 "'І'"

На правах рукопису

КУЗЬМЕНКО Олександр Борисович

УДК 621.791.793

РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ЕЛЕКТРОШЛАКОВОГО ЗВАРЮВАННЯ ИСПЕРСІЙНО-ЗМІЦНЕНОЇ СТАЛІ ВЕЛИКИХ ТОВЩИН З ЕЛЕКТРОРОЗРЯДНОЮ ОБРОБКОЮ ЗВАРЮВАЛЬНОЇ ВАННИ

05.03.06— .

технологія та машини зварювального виробництва

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Київ 1992

Робота виконана в Інституті електрозварювання ім.Є.О.Патона АН України та на Миколаївському ВО "Чорноморський суднобудівель- . ний завод". • .

Науковий керівник; . .

академік АН України . ДУДКО Д.А.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук КУЗНЄфВ В.Д.'

кандидат технічних наук . СУІІ^УК-СЛЮСАРЕНКО 1.1.

Провідне підприємство: ВО "Чорноморський .

' - ' судкзбудівельний завод".

Захист дисертації відбудеться " 1992 р. о

годині на засіданні спеціалізованої вченог ради /К 016.08.01/ при Інституті електрозварювання ім.о.О.Патона /252650 Київ 5, МСП, вул.Боженка, II/. ’ . • .

, 3 дисертацією мояна ознайомитись в науково-технічній бібліотеці інституту. • • • .

Відгук на автореферат /І прим., засвідчений печаткою/ прохання надсилати на вказану вище адресу. • ■

- Автореферат розіслано ”р. "

Вчений секретар ^ . •

спеціалізованої вченої ради ------

кандидат технічних наук НЕСТЕРЕНКОВ В.М.

Актуалутість теми. Дисперсійно-зміинена сталь - один з основних конструкційних матеріалів корпусу судна.'Промислова технологія багатошарового автоматичного дугового зварювання цієї сталі відзначається значною трудомісткістю. Наприклад, для товщини 42 мм один погонний метр яву вимагає 4,8 н/г. Для запобігання тріщин зварювання ведеться аустенітним дротом, що зникус мічнісні властивості зварних з"єднань і для їх компенсації буде потрібне поверхневе підсилен-

■ кя гава. . .

Електрошлакове зварювання дозволяє істотно знизити трудомісткість / £ = 42 мм, І п/и шва 2,1 н/г/. Для одержання міцного з"єднання, еконокнолегованих швів, зниження обсяг/ наплавленого металу застосовано дріт Св^07НЗМД, близький до сполуки основного металу. Однак, основним фактором, що стримує ЕУЗ}е перегрів металу шва і навколошовної зони і тому зніукення якості зварного з'єднання, особливо ударної в"язкості металу. - .

Відомій спосіб електрошлакового зарогашя з електрор'озрялноп ■ • обробкою зварювальної ванни /ЕШЗ з ЕРО/, головною особливістю якого а дія потужними короткими імпульсами електромагнітного поля на метал, який кристалізується в зварювальній ванні. Він дозволяє ефективно впливати на характер первинної структури металу шва і покрапувати якості зварних з"єднань. Перспективним а використання цього методу для вирішення наукового завдання переходу від традиційної технології дугового, зварювання аустенітними швами до електрошлакового зварювання з використанням економьолегованого дроту у виробництві судових конструкцій із сталей підвищеної міцності.

Для подальшого розвитку нього способу потрібно удосконалення спеціальних джерел.імпульсного струму.’Вони повинні бути більш. ■ зручними у праці, економічні і безпечні. . •

У зв”язку з цим розробка технології електрошлакового зварювання дисперсійно-зміиненої сталі великих товщин з електророзрядною обробкою зраргавальної ванни.і удосконалення спеціального імпульсного устаткування, для ЕШЗ е актуальним завданням. ' •

. Ціль роботи і завдання дослідження.-Здійснили заміну автоматичного багатошарового дугового вварювання високолегованим.аусте--нітним швом дисперсійно-зіііцненої сталі типу АК з с/цг. =. 780-980 МПа на електрошлакове зшрхйня економнолегованими швами при забезпеченні КС'/.<0 70 Дя/см'

Відповідно до цілі у роботі вирішуються;нижченаведені завдання:' ,

І

дослідження закономірності формування первинної структури і механічних властивостей металу гава при електрошлаковому зварюванні дисперсійно-зміиненої сталі з електророзрядною обробкою зварювальної ванни ; • ■ .

' - вивчення впливу ЕРО на структуру та механічні властивості

зони термічного впливу при електрородрддній обробці зварювальної ванни ; .... . -

- удосконалення спеціального імпульсного устаткування для ЕШЗ ;

- оптимізація параметрів електророзрядної обробки, розробка

та впровадження технології зварювання у виробництво. '

Об"екти і методи досліджень. Об'єктами досліджень стали зварні з"єд-нання дисперсійно-пміцненої сталі після звичайної ЕШЗ з електророзрядною обробкою зварювальної■ванни. У роботі було застосовано осиилогрзфування струму з фотографуванням кривих його змі- -ни. Вивчення властивостей металу -шва і зони термічного впливу • здійснювалось стандартними методами механічних випробувань /ГОСТ-6996-66/, металографічним аналізом. Розрахунок джерела імпульсного струму проводився за стандартною методикою. '

- Наукова новина. Встановлено, що.в результаті проходження у зоні розплаву імпульсів струму амплітудою 5...25 кА і тривалістю .20„40 мкс у процесі ЕШЗ з ЕРО дисперсійно-зміцненої сталі внаслідок взаємодії магнітних полів струмів, які протікають по повзунах і індуктованих у розплаві,у зварювальній ванні виникають- ударні гідродинамічні хвилі, які досягають значень, коли руйнуються кристали, що ростуть, та утворюються нові центри кристалізації. Це приводить до . зменшення середнього розміру аустенітного зерна- у 2-3 рази при одночасної^ зростанні однорідності зеренної структури. При цьому досягається також здрібнення неметалевих включень у "

І,5-2,0 рази, зменшення їх кількості і більш рівномірний розподіл. Залежність оптимальної енергії імпульсу струму від об"єму зваргавалі ної ванни для товщин 40 ...80 мм - лінійна з коефіцієнтом ІІ-ІО^Дку

• • Виявлено, що під впливом ударних хвиль розплавленого металу

зварювальної ванни на кромки, які оплавляються, відбувається високотемпературне пластичне деформування металу з здрібненням структури на'ділянці великого-зерна і підвищення ударної в"язкості металу ЗТВ на ЄО...80 те зниження порогу хслодоламкості.на

15...20 °С', внаулідок чого не буде потрібного нормалізація з"єднань дисперсійно-зміцненої сталі типу АК, вони відповідають вимогам КС^о>70 Дк/сн?.. : '

Визначені принципи створення спеціального імпульсного устаткування для ЕШЗ. Воно повинне: ' ,

а/ забезпечувати імпульси струму коливальної форми з мінімальним згасанням у розрядно;.!;/ контурі і тривалістю до 40 мкс.;

б/ мати систему автоматичного регулювання частоти проходження імпульсів для підтримки її оптимального співвідношення з влас-нога частотою кристалізації при змінах швидкості зварювання. . Практична цінність і реалізація результатів роботи.

Розроблено технологій ЕІІі'З з електророзрядною обробкою зварювальної ванни дисперсійно-зміцненої сталі 5 = 42, 76 :,и без наступної термообробки, цо забезпечує потрібні властивості шву та зони термічного впливу. Розроблені спеціальні конструкції і .схеми джерел імпульсного струму, які потрібні для процесу зварювання.

За допомогою . двоконтурного генератора імпульсних струмів випробувано спосіб одночасної обробки рідкого та твердого металу при ЕШЗ.

Дослідно-промислова установка ЕШЗ з ЕРО впроваджена в корпусно-обробному цеху ВО "Чорноморський суднобудівельний завод". Річний економічний ефект складає Е80 тис.крб. Дольовий вклад'автора -50 %.

Апробація роботи.- Основні полонення та результати роботи доповідані-і обговорені на Всесоюзній конференції ''Використання імпульсної технології у зварному виробництві" /Миколаїв, 1986 р./, Всесоюзній пколі-семінарі "Електрофізичні методи і технології впли-• ву на структуру і властивості металевих матеріалів" /Миколаїв,.

1990 р./, Всесоюзній науково-практичній конференції "Підвищення . технічного рівня суднобудівельного виробництва у ХШ п"ятирічці" /Миколаїв, 1990 р./, Всесоюзній конференції "Діяння електромагні- ' тних полів на пластичність і міцність- матеріалів" /Юрмала, 1990 р./, конференції викладачів та наукових співробітників Миколаївськогог ' кораблегіудівельного інституту /Миколаїв, 1990 р./. .

Публікація. За матеріалами дисертації опубліковано 14 друкованих робіт, серед них - 3 а вторсы-ях свідоцтва щівинахід і одне позитивне рішення на заявку. ■ -

На захист виносяться: ]

. ’ - закономірності впливу імпульсного електромагнітного поля

на структуру і властивості металу шва зварних з"єднзнь' дисперсій-но-зміцкенрї сталі; . .

- уявлення про вплив імпульсного ударного діяння на навколо-вовну зону; '

З

- технологія і спеціалізоване імпульсне устаткування ЕШЗ з ЕРО дисперсійно-зміцненої сталі типу АК з =780..І380 Ша.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається з вступу,п"яти розділів, загальних висновків і прикладень.. Вона викладена на 150 сторінках машинописного тексту, включаючи 77 рисунків і 8 таблиць. Список 'зикористованої' літератури містить 69 найменувань. '

У вступі обгрунтована актуальність роботи і висвітлені основні положення, які виносяться на захист.

і першому розділі дається аналіз сучасного стану проблеми зварювання дисперсійно-зміцненої сталі великих товщин,' наведено стислий літературний огляд електрофізичних методів дії на метал, який кристалізується у процесі зварювання, подано аналіз існуючого устаткування для цих методів, на підставі аналізу-обгрун- -товані цілі і сформульовані задачі досліджень.

У другому розділі приведені методика і апаратура проведення досліджень, показаний вплив електророзрядної об- . робки на первинну структуру і механічні властивості поа, подані результати дослідження впливу опору розрядного контуру на інтенсивність діяння електророзрядної обробки на властивість зварного гава і зроблено висновок, що найбільший вплив на кристалізуючий метал чинить імпульс струму коливальної форми з малим значенням декременту згасання. ' -

У третьому розділі розглянуті результати ді~ яння електророзрядної обробки на структуру та механічні властивості зони термічного впливу і теоретичні положення механізму діяння на зміну властивостей зони термічного' впливу. • '

У четверте-му розділі подані розроблені конструкції і схеми спеціальних імпульсних джерел. Описаний спосіб '

отримання зварних з"єднань з одночасною ллектророзрядною обробкою .

розплаву зварювальної ванни і твердого металу шва.' Описано новий спосіб електророзрядної обробки через індуктор і показано його вплив на структуру і поліпгення механічних властивостей зварних з"єднань на прикладі зварювання диспєрсійно-зміпненої сталі товг.и-ною-42 мм. ' •

У ;п " я т о м у розділі обгрунтовані параметри джерел імпульсного струму для ЕШЗ, подані залежності оптимальної енергії імпульсу від обсягу зварювальної ванни, досвід промислового ’ впровадження і дрслідно-тпромислова установка ЕШЗ з. ЕРО корпуеооб-робного цеху БО "Чорноморський суднобудівельний завод". ' ■

У прикладах наведенгрозрахунок економічної ефективності та акти про промислове впровадження технології.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТ!.! ' ’

Аналіз сучасного стану проблеми зварювання дисперсійно-зміц-неної сталі показує, що існуюча технологія багатошароггго автома-•тичного зварювання відрізняється значною трудомісткістю. Для запобігання тріщин зварювання ведеться аустенітні™ дротом СвІ0ХІ9Н23' Г2М9ФАТ, що знижує міцністні властивості зварних з"єднань і для їх компенсації потрібне поверхневе підсилення шву.

. Аналіз робіт, присвячених методам електрофізичного діяння на -кристалізуючий метал, таких як: введення у зварювальну ванну низькочастотних коливань ; ультразвукова обробка зварювальної ванни ; зварювання модульованим струмом ; електромагнітне переміщування ; електрогідроімпульсна обробка кристалізуючого ьеталу, - показав, що для отримання дрібно-дисперсної" структури необхідно у зварювальну ванну вводити, збурювальні діяння. Однак більшість з вияГепере-лічених способів, які направлені на поліпшення якості зварного з"єднання без застосування високотемпературної обробки,не знайшли широкого.застосування. Це обумовлено значним ускладненням обладнання, оснащення і технології зварювання або неможливістю підвищення рівня- ударної в"язкості. ' ' •

Електрошлакове зварювання на великих товщинах дозволяє знизити трудомісткість в декілька разів. Однак перегрів металу шву та зони термічного впливу при електрошлаковому зварюванні.приводить до росту зерна і зниження ударної в”язкості. Для отримання економ-нолегованих ивів і міцних -з'єднань було застосовано дріт Св07ХНЗМД, який за уімскладом близький до основного металу. Але. в разі традиційного підходу, цей захід не забезпечує потрібний рівень властивостей металу шву та зони термічного впливу. • *

Спосіб ЕШЗ з ЕРО, внаслідок дії потужними короткими імпульсами електромагнітного поля на метал.-зварювальної ванни, що кристалізується, дозволяє здрібнювати первинну структуру та поліпнувати властивості зварювальних з"єднзнь. Перспективним с використання пього ■методу для вирішення наукового завдання переходу від традиційної технології дугового зварювання дисперсійно-зміцненої сталі аустенітними швами'до електрошлакового зварювання з використанням енонсино-легованого зварювального дроту, що забезпечує при цьому потрібні властивості зварювальних з"сднань'. •

: ’ 5

Вплив електророзрядної обробки зварювальної панни у процесі ЕШЗ на структуру і властивості металу пса зварних з'єднані диспєрсійно-зміцненої сталі S=,42 мм, 76 мм, зварний дріт .

' Св07ХНЗМД _

■ -У дослідженнях здійснені експерименти з електрошлакового зварювання з супутньою електророзрядною обробкою дисперсійно-змі-цненох сталі плоских деталей, зібраних із заготовок розміром 500 ) х 1500 ьял, вирізаних з листового прокату у стані поставки.

. Для зразків режим зварювання підтримувався постійним:

. 6= 42 мм, ¿/.зд=4Ц,.42 В, = 38Q..400 А , = 1,75 м/г ;

S = .76 мм, ІНс, = 46.д.48 В, Ум = 44Ц..480 А,' гГм = 2,0 м/г. Складання здійснювали у стик при зазорі 25 мм. Зварний флюс А!'-42. _ Режим електророзрядної обробки змінювався у діапазоні: рівень запасної енергії Wc = 0,5.„І,6 ісДж/ через 0,33 кДж/, частота проход: ження імпульсів'L.I0 Гц /через 1,0 Гід/.. .

■ Із зварних частин було вирізано темплети для вивчення макро-і мікроструктури, .дослідження твердості, механічних випробувань на статичне розтягування, ударну в"язкість, вивчення складу і розподілу неметалевих включень. Параметри імпульсів струму .вимірювались за допомогою коаісіального и.унта, малогабаритного поясу Роговського ємкісного дільника напруги, запам'ятовуючого осцилографу СВ-9А;

При вивченні макроструктури швів з"еднань S = 42 мм видно, що базовий зразок, зварений ЕШЗ без ЕРО, мас характерну транскрис-талітну структуру з чіткою спрямованістю дендритів у бік жязлснген-ту» Структура характеризується трьома чітко зазначеними зонами, які суттєво відрізняються один від одного розмірами кристалітів. Межа сплавлення має чітко виражений характер. З початком електророзрядної обробки вже на = 0,106 кДж центральна зона шва має

більш.дрібнозернисту розорієнтовану ттруктуру з меншою спрямованіс тю у бікхапзцоагенту. •

. При збільшенні запасної енергії зміна макроструктури носить більш виражений характер, і при = 0,405 кДж макроструктура має найбільш сприятливу структуру. При такому режимі спостерігається-значне здрібнення кристалітів і відсутність характерних стовбчатих зон, які поширюються до межі сплавлення.

' Подальше підвищення рівня запасної енергії призводить до утворення поблизу межі сплавлення великих важкотравимих кристалітів і погіршення структурного стану металу шва.

■ Аналіз первинної мікроструктури металу ива зварних з'єднань дисперсіГ'но-зміцненої сталі £! - 42 мм, яка була під електророзряд-ною обробкою, показує, цо структура стаз дрібніше і'впе при .

\яУо = 0,405 кД>к спостерігається придушення дендритної кристалізації. Процес кристалізації тече з утворенням більш дрібної разорі-ентованої структури по усьому перерізу шва. Середній розмір аустенітного зерна зменшується в 2-3 рази з 70..8Э до 2СІ.Л0 мкм при' ОДНОЧйСНОМу підвищенні однорідності зеренної структури. Структура металу шва сформована таким чином,-цо виключає наявну однозначну орієнтацію зерен, яка властива звичайним швам, здійсненим електрошлаковім зварювання:.!. У той же часиу рогсимі = І> 125 кД-х' структура не змінюється, дарма ¡до видно паралельні шари, які чергуються з визначеною частотой, цо свідчить про .ударне діяння обробки.

Внаслідок заміни аустенітного дроту на феритний механічні властивості зварних з"єднань наближуються до основного металу. ’

Результати випробувань на статичне розтягнення ГОСТ 1497-84

Місце відбору гтвоб Режим зварювання Реятим ЕРО МПа da, МПа • ■ь-, % ___í<

Основний 780 950 13,0 67,9

метал -

Метал шва ¿/Й=40...42В Л«=40й..420А 2Г(.)=І,75 м/г 716 930 17,0 57,5-

Також Також ¿<>=18 кВ 712 .С=2,5 мкФ F*2,0 Гц Vvt=0,4I5 кДх 906 18,6 62,2

Зміні? рівня додаткової енергії призводить до відповідних змін твердості металу шва /рис.І/.

Електророзрядна обробка у процесі ЕШЗ дисперсійно-змішіеної сталі призводить до зменшення числа неметалевих включень у металі шва і до рівномірного їх розподілу. ' _

Спосї5“зварювашя Обттємна“частка Чйсло-5кІючень

_____.____;_______;________2£2ї!Н£ї!ь4_£__________на_І_мм____________

Традиційна ЕШЗ 0,182 ■ - 500

ЕШЗ з ЕРО 0,116 433

Рас. І. Зміна твердості металу шва, зварних з"еднань дисперсійно-зміцненої сталої товщиною 42 мм.

І - ЕШЗ /без ЕРО/ ; 2 - ЕШЗ з ЕРО : Ч»/0 = 0,190 кДяс ; ¥ = 4,0-Гц, З -ЕШЗ з ЕРО ио = 0,405 кДк, Р = 2,0 Гц. .

Відбувається здрібнення неметалевих включень в І,5-2,0 рази /з 4,0...10,0 до 1,0...3,0 мкм/. Це підвищує стійкість з"єднань проти крихкого руйнування.

Здрібнення зеренної структури обумовлює екстремальне підвищення ударної в"язкості металу шва при збільшенні енергії-імпульсу' . /рис. І/ і її експонентне зростання при збільшенні частоти проходження імпульсів. Показники міцності знижуються на 10...20 МПа при підвищенні на 14... 18 % пластичних властивостей /рис‘. 2/. ' .

На підставі проведених експериментів встановлено, що внаслідок

.проходження у зоні розплаву імпульсів'струму амплітудою 5_______25 .нА,

тривалістю 20...40 мкс в процесі ЕШЗ з ЕРО дисперсійно-зміцненої сталі в результаті взаємодії магнітних полі? струму, які течуть по повзунах і індукторані у розплаві, в зварювальній ванні виникають гідродинамічні хвилі, які досягають значень, при яких руйнуються зростаючі кристали.з утворенням нових Центрів кристалізації.

Вплив імпульсного ударного діяння на зону термічного впливу •

Ацаліз мікроструктури металу зони термічного впливу показав, ще в зварних з"єднаннях, підданних електророзрядній обробці, видно здрібнення структури в порівнянні з базовим зразком.

Межа сплавлення у базових-зразків прямолінійна, чітко виявле. з чіткою спрямованістю бейніта як у,шві, так і в ЗТВ. ВІ зразках.,

Рис. 2. Взаємозв'язок параметрів електророзрядної обробки і ■ механічних властивостей зварних з'єднань дисперсій-но-зміцненої сталі5=* 42 мм. .

які піддавалися ЕР0,< вона стає більш розмитою,хвилеподібною, бейніт цілком розорієнтований. Межі колишніх аустенітних зерен у базового Зразка прямолінійні, у підцанних ЕРО - ламані. Наведені змінй структура спостерігаються на всій довжині зони термічного впливу /4 мм/.

У результаті здрібніння структури нав'колошовної зони відбу-. вається екстремальне підвищення ударної в"язкості при збільшенні енергії імпульсу і експонентне зростання при збільшенні-частоти проходження імпульсів /рис.2/. Поріг холодоламкості знижується з -45...-50 до -65...70 °С. ' . . . . ’

Порівняльний аналіз механічних властивостей зварних з"єднань покрзав, що найбільш сприятливе діяння на кристалізуючий метал зварювальної ванни справляє імпульс коливальної форяі /20 кГц і більше/ з меншим значенням декремента згасання. ' .

Аналогічні дані щодо зміни, структури та механічних властивостей зварних з "єднань дисперсіЯно-зміцненої сталі одержані також для товщини .76 мм при збільшенні енергії імпульсу до \л<£> => 0,55... -...0,68 кДк і частоти їх проходження до Р = 3...4 Гц. ■

Одержані дані дозволяють обгрунтувати :уявлення. про механізм ударної дії на зону термічного впливу. Метал зожі термічного впливу .

знаходиться при температурі, близькій1 до ліквідусу і тому володіє високою пластичністю. Гідродкнамичні хвилі, які виникають у зварювальній ваші внаслідок взаємодії магнітних полів 'струмів, які течуть по повзунах і індуктованих у розплаві, приводять до ударів-розплев-

• леного металу об окрайки основного металу, які оплавляються , і повзуни. Це викликає високотемпературне пластичне деформування навко-лашпвної зони зі зміною структури на ділянці крупного зерна.

Діяння електророзрядної обробки у процесі ЕИЗ дозволяє одержати ударні' в"язкість металу шса Дк/см^ і збільшити її

в зоні термічного впливу на 60...80 %, ідо дає змогу відмовитись від нормалізації дисперсійно-зміиненої сталі типу АК після ЕШЗ.

Удосконалення спеціальних імпульсних л^рпєл струму пля ЕІІІЗ і їх нове застосування. Процес кристалізації при ЕіііЗ_носить періодичний характер, який відображується у чергуванні зменшення швидкості зростання кристалів майже до нуля і наступного стрибка швидкого проростання кристалів вглиб, внаслідок чого шви мають шарову будову.

Для отримання дрібнодисперсної структури металу необхідно в ' розплав ..уводити додаткові збурення з частотою, яка перевите ■власну частоту кристалізації у 1,1-10 разів. Однак, у відомих джерелах ЕРО не передбачається регулювання частоти у широких межах.

Для забезпечення плавного регулювання частоти проходження, імпульсів току, установлення її оптимального значення при зварюванні різних матеріалів, відмінних за товщиною, і автоматичного утримання її-оптимальної дії на розплавлений метал була розроблена спеціальна система, блок-схема якої подана на ркс.З.

Для управління системою був прийнятий лінійний закон зміни власної частоти кристалізації в залежності від швидкості зварювання = К-і/ів - , де К— коефіцієнт пропорційності. Встановле-

■но, що залежність частоти проходження імпульсів від напруги; яка ~ надходить на вхід генератора імпульсних струмів 2, носить лінійний характер. Тому регулювання системи здійснюється за лінійним зако-. ном, за принципом негативного зворотнього зв”язку по відхиленню • .різниці.напруг на виході регулюючого трансформатора 5 і напруги на двигуні перемінювання повзунів І зварювального апарату. '

, ' Крім удосконалення принципової схеми імпульсної приставки для

ЕШЗ була розроблена спвціальна конструкція приладу /.рис.4/.

/ Розміщення ємносних. нагромаджувачів енергії і комутатора- в ізольованому .корпусі дозволило істотно зменшити активний опір та індуктивність розрядного конїуру, що зменшило втрати на опі£,

збільгаило частоту коливального процесу імпульсного струму, який робить позитивний вплив-на поліпшення експлуатаційних характеристик пристрою.

Рис. 3. Структурна схема системи автоматичної пі^тгимки

частоти проходження імпульсів у процесі £¿3 і ЕРО.

І - механізм переміщення повзунів зварювального /»тр'ту 'Я - генератор імпульсних струмів ; 3 - струмопідведення ; 4 -' .тсвауни ;

5. - регулюючий трансформатор ; б - блок порівняння ; 7 - підсилювач ; 8 - блок управління регулюючим трансформатором.

•Рис. 4. Конструкція приладу для ЕШЗ з ЕРО. •

. І - джерело живлення ; 2 - звапнвальна голіь'ка ; 3 - формуючі повзуни ; 4‘- генератор імпульсних струмів ; 5 - комутатор ; Б - змносні нагромадлувачі*енергії ; 7 -'стпумопздіння ; 8 - діелектричний корпус . ‘ .

Проведеними дослідженнями встановлено, що основним фактором, який впливає на метал, який кристалізується при електророзрядній обробні в процесі ЕШЗ,е імпульсне електромагнітне поле. На цій_ підставі був запропонований' новий спосіб електророзрядної обробки через індуктор. Принципова відміна цього способу ві” звичайної ЕРО, міститься у тому, що на формуючі пристрої /повзуни/ у‘ їх середній частині розміщуються одновитковий індуктор у вигляді мідної шини,1 площина якої паралельна площині повзуна'. Шина індуктора на кожному повзуні ізольована від повзуна і -оточуючого . простору і підключена до-генератору імпульсних струмів /рис.5/.

• У момент досягнення потрібної величини енергії у високовольтних конденсаторах розрядник замикає ланцюг, і імпульс струму розряду конденсаторів тече крізь індуктори. В результаті електродинамічної взаємодії індукторів і повзунів передні стінки повзунів передають розплавленому металу жорсткі механічні удари, .викликаючи гідродинамічну хвилю у. розплаві, яка здрібнює кристали, які зростають^ . ■

•Рис.5. Схема ЕШЗ з супутньою ЕРО крізь індуктор.

ГІС - генератор імпульсних струмів, Р - розрядник ; СІ, С2 -батарея високовольтних конденсаторів ;ЗД-Я- зварювальне джерело живлення, І - індуктор. '

... , Аналіз мікроструктури зварних з"еднань дисперсійно-зміцненої

сталі товщиною 42 мм, отриманих ЕШЗ ЕРО через індуктор, показав, що структура металу пва і зони термічного впливу аналогічна структурам, ,які були описані вище. Під діянням ЕРО через індуктор струї тура здрібнюється і вже при рівні витраченої енергії 0,48 кДя спостерігається придушення дендритної кристалізації. Це дозволяє підвищити стійкість металу на ділянці церегріву проти крихких руйнувань як при кімнатній, так і при знижених температурах^ Поданий спосіб має переваги перед заичайною ЕРО.

. ’ Опір розрядного контуру не залежить від довжини зварного шву і тому характеристики імпульсу не змінюються. Знос та руйнувдння ■ повзунів таке,, як і при звичайній ЕШЗ. Підвищена електробезпека процесу. .

Проведені дослідження дозволили оптимізувати параметри і виз начити межі- режимів, в яких дотримується позитивне діяння ЕРО: .

¡я товщин £ -'42 мм енергія імпульсу \\/о = 0,19. ..0,42 кД*, істота'проходження імпульсів г = 4. ..5 Гц, для і' = 76 мм,

/о = 0,55...0,68 кДг, ^ = 3...4 Гц, а та.хоя визначити залежність ітимальної енергії імпульсу зід об"сцу зварювальної ванни. Дпл звірини 40. ..80 мм вона е лінійною Ь/о = К ■ ¿7 , з коефіцієнтом ропорціЗності К = II • 10^ Дк/м3.

Дослідно-промислова установка-елехтророзряднот обробки в • ' зоцесі ЕПЗ ’"монтована і експлуатуються у корпусообробному цеху З "Чорноморський суднобудізелькн'/ завод". Технологія 3113 з ЕРО /ла використана при виготовленні облицювань гребний валів судо-■х пристоотв., Річни'“;-економічна"' ефект зід впровадження техноло-гї складає 180 тисяч карбованців. ’

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ ’ .

1. Встановлено, гдо у результаті протікання у зоні розплаву ім-

ульсів стрілу амплітудою 5...25 кА, тривалістю 20-/10 мкс з проце-:і ЕШЗ з ЕРО дисперсійно-зміцненсї сталі, внаслідок взаємодії маг-іітних полів струмів, що течуть по повзунах і індуктовзних в роз- ‘ шаві, в зварювальній ванні виникають удатні гідооди’:'мігині хвилі, гкі досягають значень, за яких руйнуються зростаючі кристали мета-іу игеа з утворенням нових центрів кристалізації. Це приводить до зменшення середнього розміру аустенітного зерна в 2-3 рази при од-ючаснси.у підвищенні однорідності зеренної структури. При цьому до-гягасться також здрібнення неметалевих включень в І,5-3,0 рази, зменшення їх числа і рівномірний розподіл. Залежність оптимальної знергії імпульсу стругну відоб"єму зварювальної ванни для товдл "

10...80 мм лінійна з коефіцієнтом II • 10^ Дж/м3. ’ .

2. Виявлено, що під діянням ударних хвиль розплавленого мета-,

ну зварювальної ванни на оплавляємі окрайки відбувається високотемпературне пластичне деформування металу ЗТВ із здрібненням структури на ділянці крупного зерна і підвищення ударної в"язкості металу 5ГВ на 60...80 % та зниження порогу холодоламкості на 15...20 °С, внаслідок чого без нормалізації з'єднання дисперсійно-зміцненої сталі типу АК відповідають вимогам. . ' .

3. Визначені принципи створення.спеціалізованого імпульсного

устаткування. Воно повинно: ■

а/ -забезпечувати імпульси струму коливальної форми з мінімальним згасанням у розрядному контурі і "тривалістю до 10 мкс ; -

. б/ мати систему автоматичного регулювання чистоти проходження імпульсів для підтримки її оптимального співвіднопення з' власною . частотою кристаліз.ації при змінах швидкості зварювання.

■ 4. Запропонований і експериментально перевірений новий .спосіб одночасної обробки імпульсним струмом розплавленого і закристалізованого металу зварного шву., який дозволяє підвищити якість зварювання і новий спосіб електророзрядної обробки крізь іеду^- -гор, при якому розрядка напруги не попадає на зварювальні деталі

і опір розрядного контуру залишається незмінним. •

5. Розроблена технологія електрошлакового зварювання з елект-ророзрядною обробкою дисперсійно-зміиненої сталі; Визначені межі , режимів ЕРО: для товщин .£ = 42 мм енергія імпульса \л/о = 0,19...

...0,42 кДк,частота проходження імпульсів Г = 4...5 Гц, для

■ £> = 76 мм.. Wo = 0,55...0,68 кДж, Р = 3...4 Гц. Запропонована технологія дозволяє одержувати з"єднання економнолегованим швом з КС^0 > 70 Дж/см^ без нормалізації. •

.6. Створена спеціальна конструкція джерела імпульсних стру- . мів. з-мінімальним розрядним контуром, який забезпечує оптимальні характеристики імпульсу струмі' /згасання, період/. Розроблена ■ система автоматичної підтримки частоти проходження імпульсів, яка дозволяє точно встановлювати потрібну частоту і підтримувати її , оптимальний рівень у процесі зварювання. - ‘

г?. Технологія ЕШЗ-з ЕРО і розроблений комплекс устаткування ьпроБадкені у корпусообробному цеху ВО "Чорноморський суднобуді- ■ вельяий завод", м.Миколаїв, і використані, при виготовленні судових деталей та полотнищ набора корпусу. Річний економічний ефект від впровадження технології складає 180 тис.- крб., а частка автора '

КЛ с/" - ' - - ’ ‘ ■

/о* . ' . • - . . . -

. .Основні .результати дисертації -опубліковані у, роботах: . ' -.-

І.' О влиянии электроразрядной обработки на структуру й свойства '

• сварных соединений высоколегированных сталей, выполненных ЭШС/ Д.И.Корнеев, В.Ф.Грабин, А.Б.Кузьменко и др.// Использование импульсной технологии в сварочном производстве : Тез.докл. ' всесоюз.конф. - Николаев:-НКИ им.С.О.Макарояэ, 1988. -С.37.

2., Вильский Г.Б.Корнеев Д.И., Кузьменко А.Б. Об .оптимальных.ре-' жимах и структуре П4Т для обработки кристаллизующегося металла ... ЭШС,// Там же. - С.43. ; ... .... . ' , ' . -V ‘ -

3. Кузьменко А'.Б,г 0 некоторых особенностях электрошлаковой сварки . с сопутствующей олектроразрядной обработкой // Тез.докл.все- . .союз.мйколы-семинара "Электрофизические метода и технология ' воздействия на- структуру.и свойства металлических материалов" .-

Л.: Судостроение, 1990.- С.44.

4. Вильский Г.Б., Кузьменко А.Б. 0 -влиянии сосредоточенных параметров IT1T на процесс кристаллизации при ЭШС // Там же.-С.45.’

5. Дудко Д.А., Корнеев Д.И., Кузьменко А.Б. Технологические приемы электроразрядной обработки при ЗШС судовых конструкций // Там же. —С. 130.

6. Высокоэнергетическая электроимпульсная технология в производ-

. стве судовых сварных конструкций /Д.А.Дудко, Г.Б.Вильский,

Д.И.Корнеев, А.Б.Кузьменко // Тез. докл. -Л Всесоюз.науч.-техн. конф. "Повышение технического уровня.судостроительного проиэ-водства в ХШ пятилетке".-Л.¡Судостроение, 1990.-С.78. ’ .

7. Вильский Г.Б., Скороходов В.А., Кузьм^лко А.Б. Особенности

' промышленной эксплуатации установок электроимпульсной обработки металлов в судостроении // Там же.-СЛ04.

8. Влияние характеристик дополнительного импульса тока при ЭШС //. Тез.докл.П Всесоюз.конф. "Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов"г£)рмала:Судостроение, ■

1990, Ч.П.-С.34-. • ‘

9. Дудко Д.А., Корнеев Д.И., Кузьменко А.Б. Влияние е.спротивле-

. ния разрядного контура на интенсивность воздействия электроразрядной обработки в процессе ЗШС / Ред. ж.Автомат, сварка.-Киев,1992 - 10 с.Деп. в ВИНИТИ 14.02.92,№ 507-В92. .

10.Дудко Д А., Корнеев Д.И., Кузьменко А.Б.-Импульсные электромагнитные взаимодействия ь сварочной ванне в процессе элект-„ рошлаковой сварки с сопутствующей электроразрядной обработкой/ •

' Ред. ж.Автомат, сварка.-Киев, 1992.-10 с. Деп. в ВИНИТИ '

' 14.02.92, № .506-B92; - - .

П.А-.с. І6І7790 СССР, МНИ В23К 25/00. Устройство для электри-

ческой сварки плавлением /Д.А.Дудко, А.Б.Кузьменко, Д.И.Корне-

• ев и др.-Заявка № 4656324/ 27-27 от 28.02.89.-Не публ.

12. A.c. 1633640 СССР, МКИ В23К 25/00, В22Д 27102. Устройство

для обработки расплавленного металла /Д.А.Дудко, А.Б.Кузьмен-ко, Д.И.Корнеев и др. - Заявка № 4720475/25-27 от 18.05.89.-Не публ. . ■

13.А.с. 1633642 СССР, МКИ В23К 25/00. Способ получения сварных соединений /Д.А.Дудко, А.Б.Кузьменко, Д.И.Корнеев и др. - . Заявка № 4727108/40-27 от 07.08.90. - Не публ.

14.Заявка № 5006699/02 МКИ В22Д/00. Способ виброимпульсного воздействия на кристаллизующийся металл /Д.А.Дудке, А.Б.Кузьменко, С.Н.Луконин и др. - Заявл. 00.07.91 { положительное решйние от II.01.92. ; . т=

■ Особистий внесок автора. В /І/ досліджено вплив ЕРО на первинну структур;/ та механічні властивості зварних з'єднань дисперсійно-зміиненої сталі, виконаних ЕШЗ ; в /2,4,?у вироблені иимоги до імпульсного джерела і визначені оптимальні характеристики імиульса струму ; в/31,10/ розкриті механізм подачі ударного діяння зварювальної ванни шляхом взаємодії магнітних полів імпульсних струмів, які течуть в повзунах'і індуктованих'в розплаві, і показано це діяння на структуріу металу шва ; в /5/ доведено, що для стабільності протікання процесу ЕШЗ потрібно симетричне підключення струмопідведєнь на повзуни ;,в /б/ подано розроблене і впроваджене у виробництво спеціально устаткування при ЕШЗ судових конструкцій, в /7/ досліджені залежності частоти проходження імпульсів ГІСа при зміні живлячої напруги ; в т/ обгрунтований визначальний параметр і оптимальний режим ЕРО в процесі

* ЕШЗ дисперсійно-зміцненої сталі ; в заявках на єинаходи основний ' внесок належить автору - в /9/ запропонована конструкція установ кк.для імпульсної обробки зварювальної ванни в /10/ розроблений принцип дії і. схема джерела імпульсних струмів ; в /II/ запропонованії одночасна обробка розплавленого і твердого металу за допомогою ' двоконтурного ГІСа і спеціальних формуючих пристроїв, в в /12/ - новий спосіб ЕРО крізь індуктор.

• * . . .

. ПІдп.'ДО друку 06.11.92. Формат 60x8^/16. Гіап. офс. № 2,- 0фс._друк.^ Ум. друк. арк.0|93. Ум. фарбо-відб. І,16.. 06л.-вид. авч. 0,95. Тираж 100 прим. ; Зам. ІА. Безкоштовно. . . -

.. ІЕЗ; Ім.Е.О.Патоиа. 252650 Київ 5, МСП, вул.. Горького, 69.

ПОД ІЕЗ Хм. Є.О.Патона.-252650 Київ 5, МС(1, вул. - Горького, 69.'