автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Широкослойная многоэлектродная электрошлаковая наплавка

РГБ О'Д

•КИННСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЕЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕЛОВАТЁЛЬСКИЙ ' ; HCl ИТ Л" -ЗЕЛЕЗНОЛОРОЖНОПО ТРАНСПОРТА

На праьах рукописи

Кандидат технических пв^'к, доцект НЕЛИКОБ Вяйдийир Вадиасгснтч

УДК: 620, 22 :б21-+б21.791.793.001.57

ПИРОКОСЛОЙШ :"г50ГОЗ."ЕгГГРОГНЛЯ ЗЛЕЯТРОЗЛАЙОВАЯ НАПЛАВКА (Технологические разработки, ва^ттка сеойств, выбор материала )

05.03.01 - Иатзрйсяогздгзко з ¿гпгзоогроэппя 05.03.06 - Теямянпяя .я ¡запзнн ' сварочного проиэгоястга

Азторе^врг? ^сс2р?аспа -за ccracsame тчегог стзпепи ■ доктора ткззчвслих паук

Мосхза 1995

Работа выполнена па кафедре "Основы конструирования маотн" Ташкентского ордена Трудового Красного Знамени института икизне-

Официальные оппоненты: доктор технических ваук, профессор И.¿.Кулагин доктор технических-паук, прсЬессор А.Н.Хакииов доктор технических-наук, профессор В.Ц.Яиаодьсккй

у

Ведущее предприятие - Ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знавена Институт Электросварки и«. Е.О.Патока.

Запита состоится Щ^¡¿а^^Р -1993 г. б/^ часов на заседании Специализированного Совета ¿.114.01.04 при Всероссийской научно-исследовательском институте келезкздорок— ного транспорта -и «ало» конфсренцзале по адресу: 129851, Москва, 3-я Иытнсглнская ул., д. 10. ВНИИ СТ..

С диссертацией^ноено ознакомиться & библиотеке ВНЖЕТа..

Отзывы па автореферат, заваренные печатью, просим направлю по адресу: 129651, Москва, .3-я Нытицзнскеа ул., д.Ю. ВНИИЕГ

Ученый секретарь Специализированного Совета

ров тгелезнодорокного транспорта им. А.Икрааова.

/

■ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В период рыночной экономики главнейшими факторами про ни пленного производства являются производительность труда и качество выпускаемой продукции, которые базируется на новых технологиях а оборудовании для их осуадст-вления.

В современной прокыплвнноств наплавка является одним из ведувдх технологических процессов. В машиностроении, на аелеэ-нодороаноы транспорте, в горнодобывающей промышленности и некоторых других отраслях все чаиа возникает дроблена нанесения больвого количества металла, когда необходима производитель-гость в десятки и сотня килограммов наплавленного неталла в час. Однии из способов решения этой проблемы шззет слунить ви-рокослойная многоэлектродная электрошлаковая наплавка проволочными электродами. Высокая производительность процесса, рассредоточение теплового потока, неравномерное периодическое плавление отдельных электродов и возникновение вдоль их фронза локальных перегретых участков плановой ванны позволяют роиать определенные технологические вопросы только га счет споцифики процесса без усложнения аппаратуры.

До последних лат неизменной остается принципиальная' сущность процесса наплавка: зля двух различных тепловых операций /сплавление основного н распдазааниэ присадочного иаталлоз/ попользуется единый не точняк тепгогы. Жесткая, сяаборегузяруаизя связь цегду-тештовой псдгозоваой сспозного и прасадочЕОГО из--яаддоз, обусловленная этим прнящшоа, приводит зо изотш случаях к сншхакпа пропззоднтзльнодти. Прз большее энорготпчоских иоцностях, подаваошх на взектрод, голько 25...30^ энергии затрачиваемся на его плавлзнва, а 55...60^ расходуемся па нагрзз п оплавление основного иегалла. Невду геи глазная задача прп наплавке состоит з ргепяазгонпи присадочного, а на основного металла. При малых энергзтячвекнх цо^нссзях, подаваохах на электрод, распредолзнне зноргян меняется /количество, затраченное на расплавление шплавлапного неталла, увеличивается4 а проп-лавлзкие осеовеого металла умзньсается/. Однако, сша процесс прп это'.* становится малопроизводительный. Необходимо устранить гесткуо зависимость распределения тепловой зноргни источника мевду основный и присадочиш иоталлогз и снять связанные с эТ1Ш

*

ограничения. На этом вопросе и сосредоточено внимание исследователей в поисках путей повышения технико-экономической э^с-ектявности процесса и расширения области применения наплавки. Способы резания этой задачи разные. Главныни из них являются: раздельная тепловая подготовка основного и присадочного металла, модуляция мощности, подаваемой на электрод или в наплавочную ванну, рассредоточение источника теплоты и, наконец, комбинация этих способов.

Многоэлектродная электроплаковая наплавка, представлявшая собой естественную комбинацию рассредоточенного источника теплоты с модуляцией модности на отдельных-электродах, в 'значительной степени отвечает указанным требованиям.

Перспективы использования этого процесса определяются уровней разработки его теоретических основ. Это прежде всего касается области выделения теплоты и характера ее переноса в плановой ванне, & также оптимальной схемы коммутации элементов наллавочной цепи применительно к плавление нескольких проволочных электродов . Существующие представления по данный вопросаи противоречивы и совершенно недостаточны для разработки технологических основ гхого высокопроизводительного процесса и выдачи принципиальных рекомендаций на проектирование оборудования для его pea-» легации. Такое положение сложилось потому, что электрошлаковоз плавление в основном изучается на электродах большого сечения при низких плотностях тока, и полученные закономерности не могут быть перенесены на процесс плавления проволочных электродов при больших плотностях сварочного тока. Для изучения процесса элек-троплаковой наплавки не привлекаются комплексно закономерности физических, электрохимических и гидродинамических явлений, прей исходящих одновременно в шлаковой ванне с несколькими плавящимися проволочными электродами. Наконец, отсутствует надежное серийно выпускаемое оборудование для подачи в сварочную ванну более грех электродов.

Электрошлаковое плавление и перенос электродного металла достаточно глубоко раскрыто в работах Б.Е.Патона, Б.И.Медовара, Г.З.Волошкевича, Ю.В.Латаша, В.И.Махненко, И.И.Фрушша, Л.Н.Бар-мкяа, И.Г.Саысонова и других. Электрохимические явления в шлаковой ванне нашли отражение в работах Д.А.Дудко, В.В.Подгаецкого, В.В.Фролова, И.Н.Рублевского, В.Л.Артаионова, Б.ИШакс имовпча и других.

Гидродинамические явления исследованы в работах Э.В.Щербинина, Я.В.Компана, И.Э.Бруцениекса, В.И.Шарамкина я других.

Пс экспериментальным оценкам комплекс рассматриваемых явлений определяет производительность элвктроилакового плавления, проплавление основного металла, дефекты наплавленного слоя и расход энергии на килограмм наплавленного металла.

Развитие имешихся теоретических представлений о природе, движущи силах и роли взаимодействия физических, электрохимических и гидродинамических явлений при электроалаковом плавлении многоэлектродной проволочной системы открывает новое направление для разработки технологических приемов при ревении проблем,

выполнение которых известными способами невозможно.

Примерами таких проблем могут быть: НА ЕЛЕЗНОДОРОИОК ТРАНСПОРТ? - клинья гасителей колебаний грузовых вагонов, расход которое более миллиона итук в год. При их ремовте необходимо с высокой производительностью, за один проход, без прожогов с хоровин формированием нанести слой высотой 12 ии на подложку толциной 3 км;

- изношенные крестовины стрелочных переводов и новые зубья ковша пагаваего экскаватора из плохо свариваемой стали ГГ5Л.

При наплавке необходимо, используя большие тепловые ыосдао-сти, обеспечить минимальный нагрев в тгротшление основного металла, чтобы избегать выпадания карбидов, я образования мартенсита з зоне перехода наплавленного слоя в основной металл, вызывавших отслоеяне покрытия.

В ШШНН0СТР02ЙШ! - получений СядЯУадзяческпх слябов, когда на основной металл пз углеродистой стали толгцшой 100 гаг л более необходимо за один проход нанести слой норгазогщзй стала толщиной 30-40 на я параной более 600 ни. Характерно, что для формирования слоя нерзавевэдй стала используется специальная лешру-щая пихта, нзреплаБлгние которой создает иегаш пеобходшого состава. Из-за отсутствия иеталлургкческЕХ переделов, связанных с подготовкой наплавочных катерпалоз, стоимость последних снижается з несколько раз.

Несмотря за больное различие зтях з некоторых другкх проблей з^ они решается с пояощьэ пирокослойной пногоэлентродаой электроилакозой наплавки, если учесть а правильно реализовать ее опзнческае, эзектрохлппческие п гидродиваипчсспле особенности, чек ликвидируется супествантай пробел в теории сварочных

процессов. Следовательно, изучение технологических возможностей широкослойной многоэлектродной электрошлаковой наплавки является актуальной задачей, решение которой позволит создать высокопроизводительные технологии и новые материалы в машиностроении.

Цель работы. Разработать научные основы широкослойной иного-электродной электрошлаковой наплавки, позволяющие регулировать тепловое воздействие на основной металл, обеспечить получение наплавленного металла заданного состава и качества, снизить энергоемкость при многократном повышении производительности процесса.

В соответствии с целью были поставлены следуодие задачи:

- теоретически и экспериментально исследовать тепловыделение

и перенос металла при плавлении в шлаке проволочных электродов на больших плотностях тока;

- рассмотреть электрические и электромагнитные поля в шлаковой ванне с мкогоэлектродной системой;

- определить закономерности магнитогидродинамических явлений в шлаковой ванне при широкослойной наплавке и их влияние на качество наплавленного металла;—----"

- сформулировать принципы оптимальной схемы коммутации элементов наплавочной цепи при групповой расстановке электродов вдоль фронта наплавки и-определить ее влияние на качество формирования металла покрытия;

- определить-влияние электрохимических процессов на сопротивление участка электрической цепи "многоэлектродная система - шлаковая ванна - наплавленный металл" и экономичность процесса;

- разработать научно-обоснованные Принципы технологии широкослойной многоэлектродной электрошлаковой наплавки с минимальным управляемым проплавленном основного и хороший формированием наплавленного кетаддаз;

- создать оборудование для реализации предложенной технологии и композиции сплавов для износостойкой наплавки.

Научная новизна работы. На основании теоретических и экспериментальных исследований физических, электрохимических и магнитогидродинамических явлений при широкослойной мкогоэлектродной электрошлаковой наплавке разработаны научно-методические основы процесса, позволяющие регулировать тепловое воздействие на основной металл, получать в наплавленном слое металл заданного состава и качества, наметить пути снижения энергозатрат и многократно повысить

производительность процесса.

Установлено, что вр время непрерывной подачи электродов в шлаковую ванну у их торцов (за счёт деформации эквипотенциальных и изотермических поверхностей) возникают электрическая и • термическая неустойчивости, которые вызывают поочередное импульсное плавление электродов, когда при средней плотности тока 30 А/мм^ плотность тока на отдельных электродах колеблется от 20 до 125 А/мм*", что изменяет их "мокрый вылет" и усиливает неравномерность плавления. Средняя скорость плавления электродов по сравнению с наплавкой одной проволокой при одинаковой мощности возрастает на 25+30 %, а тепловое воздействие на основной металл уменьшается, благодаря постоянному перемещению пятна максимального тепловыделения вдоль фронта электродов. Этот комплекс явлений назван нами "эффектом расщепленного электрода" .

Показано, что основное количество теплоты, расходуемое на плавление электродов, ввделяется в приграничной области электрод-шлак. Эта область находится в зоне максимальной напряженности электрического поля, создаваемого током, протекающим через электрод и интенсивно поляризуется. Возникший двойной поляризационный слой обладает дополнительным омическим сопротивлением, где и выделяется теплота.

Установлено, что при широкослойной многоэлектродной электрошлаковой наплавке повышение плотности тока на электродах существенно увеличивает их поляризацию и значительно повышает емкость наплазочной цепи. Это приводит к.опережению по фазе суммарным током напряжения на 5т35° и сникает активную мощность пктагщэй цепи. Величиной сдвига фаз можно управлять, изменяя размеры шлаковой ванны, поляризационные свойства плака и индуктивность наплазочной цепи.

При пкрокослойной ыногоэлектродной горизонтальной электрошлаковой наплавке системой электродов с групповой расстановкой

•установлено явление двойного осесимметричного движения шлака,

* х. транспотзтивование

которое обеспечивает эффективноегтешговой энергии в ванне.

Причиной этого явления служит взаимодействие магнитного 'поля наплавочного контура с токами, проходящими з ваше между локальными осесимиетричным токоподводом и фронтом многоэлектрод-

ной системы. Использование направленной циркуляции.потоков в плоскости ванны обеспечивает отсутствие прожогов при наплавке тонкостенных поверхностей и хорошее качество формирования слоя при наплавке сложных поверхностей шириной 100 мм и более.

* . Показана возможность создания легированных сплавов непосредственно в процессе наплавки из ферросплавов и смеси оксидов с восстановителями, исключив при этом сложные пределы при подготовке легированных наплавочных материалов. Определены коэффициенты перехода никеля, хрома, марганца, кремния, вольфрама из оксидов в наплавленный металл.

Получены сложные высоколегированные композиции материалов с содержанием.углерода более 4,5 % и показано, что это возможно только в том случае, если весь слой наплавлять на всю ширину, высоту и длину за один проход без перерыва.

Разработаны основы новой технологии широкослойной многоэлектродной электрошлаковой наплавки с минимальным управляемым проплавлением основного металла. На .'базе этой технологии создано оригинальное специализированнное и универсальное наплавочное оборудование. ...— '""-"

Практическая ценность и результаты работы. Результаты теоретических и.экспериментальных исследований использованы при разработке и промышленном опробовании новой технологии широкослойной многоэлектродной горизонтальной электрошлаковой наплавки клиньев гасителей колебаний грузовых вагонов в депо Самарканд Среднеазиатской келезной дорога. Приказом министра путей сообщения № 58Ц от 30.12.86 т. результаты этой работы приняты к внедрении на сети келезных дорог. Технология включена в инструктивные материалы по сварочным и наплавочным работам при ремонте вагонов.

Технология прошла проверку при наплавке бил различных дробилок в Свердловэнергоремонте, Алмьлыкском горно-металлургическом комбинате. Демонстрировалась на ВДНХ в 1976 году и получила серебряную медаль.

На предприятиях Среднеазиатской, Западно-Казахстанской, Мо-

сковской, Белорусской и Западно-Сибирской железных дорог работают шесть установок по наплавке крестовин стрелочных переводов. Приказом министра путей сообщения » 58Ц от 30.12.86 г. эта технология принята для внедрения на сети яелеэных дорог, а в 1991г. включена в инструктивные материалы по сварочным наплавочным работам в путевом хозяйстве.

На Карагандинском металлургическсм комбинате действует установка для наплавки палет агломерационных машин. На угольном разрезе "Ангренский" действует установка для наплавки зубьев экскаваторов ЭКГ-4-у.

Работа "Технологический процесс и установка для электрошлаковой сварки перемычек хвостовиков автосцепки" на Всесоюзном конкурсе, объявленном Госкомизобретений, МПС, ЦС ВОИР и ЦК профсоюза рабочих желеенодорожного транспорта и транспортного строительства получила вторую премию и внедряется на сети железных дорог.

Новизна разработанных материалов, способов и установок, обеспечивающих повышение производительности труда при наплавочных работах защищена 20 авторскими свидетельствами.

Суммарный экономический эффект от уже внедренных установок в ценах 1991 года составил более 600 тыс. рублей в год.

Апробация работы. Основное содержание диссертационзой работы докладывалось и обсуждалось на Всесоюзной научно-технической совещании "Прогрессивные метода сварки и наплавки в черной металлургии" /Жданов, 1972 г./; Всесоюзном совещании "Высокопроизводительные процессы наплавки и яаплазочныо ^атсрпагы" Доицунарск, 1973 г./; 2-ой и 3-ей Всесоюзных научных конференциях по современным проблемам электрометаллургии стала /Челябинск, 1974 и 1980 г.г./; Всесоюзном научно-техническом семинаре "Пути развития и совершенствования восстаЕовительно-упрочЕЯ-ющей наплавка з цветной металлургии" /Свердловск, 1976 г./; 2-ой Всесоюзной научно-технической конференция "Прогрессивные методы сварки в тяжелом машиностроении я паплавкп з черной металлургии" /Жданов, 1977 г./; *ной н 6-ой Всесоюзных конференциях "Теплофизика технологических процессов" /Тольятти", 1976 г. и Ташкент, 193^ г./; Всесоюзной семинаре "Повышение производительности и качества наплавочиых работ при ремонте и изготовлении деталей мавиЕ и механизмов" /Москва, 1977 г./; 1-ой и 2-ой .Всесоюзных научно-технических конференциях ."Новые конструкцион-

ные стали и сплавы и метода их обработки для повышения надежности и долговечности изделий" /Запорожье, 1980 и 1983 г.г./; Всесоюзной научно-технической конференции "Повышение качества и эффективности процессов сварки и наплавки" Дданов, 1983 г./; Всесоюзной наяно-технической конференции "Новые процессы сварки, наплавки и газотермических покрытий в ыашиностроеЕии" /Таганрог, 1986 г./; Всесоюзной сешшаре "Теоретические и технологические основы наплавки. Наплавка в металлургической и горной прошш-ленности" Диев, 1988 г./; на 1-ой, 2-ой и 3-ей Республиканских конференциях "Современные методы наплавки и износостойкие наплавочные материалы" /Харьков, 1970, 1975, 1981 г.г./; 2-ой Среднеазиатской конференции "Прогрессивные способы сварки в машиностроении" /Ташкент, 1973 г./; Республиканской научно-технической конференции "Прогрессивные технологические процессы в машиностроении" /Ташкент, 1973 г./; на научно-технических конференци- ■ ях "Разработка и внедрение прогрессивных методов сварки и изготовление сварных изделий на предприятиях машиностроения" /Омск, 1973, 1976 г.г./; Республиканской научно-технической конференции "Современная технология и перспективы развития упрочняющих методов обработки деталей машин и инструментов" /Ташкент, 1984 г./; Республиканской научно-технической конференции "О развитии порошковой металлургии и внедрении прогрессивной технологии и оборудования для' восстановления и упрочнения деталей машин иного- • электродной наплавкой" /Ташкент, 1985 г./; на научном семинаре кафедры "Материаловедение и технология конструкционных ыатериа-ловп МйИТа /Москва, 1985 г./; на научно-техническом совете отделений сварки и металлов ВНИИЕГа /Москва, 1985 г./; на семинаре по наплавке ИЭС им. Е.О.Патона / Киев, 1985, 1989* I99I г.г./.

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 34 . публикациях и 20 авторских свидетельствах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, б глав, общих выводов и результатов работы, списка использованной литературы и приложений. Она изложена на h!% листах, из них 25"$ страниц машинописного текста, содержит 97 рисунков,22 -таСлиц</.СписоЕ литературы содержит 435 наименований. -

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ

Во введении раскрыта актуальность темы, дана общая характеристика работы, цели, задачи, научная новизна и основные, по-

локения, выносимые на защиту.

В перзой главе рассмотрены существующие представления о многоэлектродзой электрошлаковой наплавке, физически:: процессах в шлаковой занне с плавящимися электродами и путях повышения качества и производительности наплавки.

В работах Волошкевича Г.З., Володина B.C., Дудко Д.А., Емельянова Н.П., Медовара Б.И., Фрумина И.И., Флорова В.В., Су-щенко А.П. и других исследователей отмечается, что одноэлектрод-ная широкослойная электрошлаковая наплавка исчерпала свои технологические зозмокности, наплавка ленточным электродом имеет ограничения из-за специфики плавления ленты, з то время как многоэлектродная наплавка обладает рядом несомненных преимуществ. Это высокие производительность и скорость плавления электродов за счет увеличения числа источников каплеобразования, меньшие глубина шлаковой ванны и расход электроэнергии, а следовательно,и пониеенное тепловое воздействие на основной металл, зысокое качество поверхности и структуры наплавленного слоя при больших токах наплавки.

Недостатками многоалектродной элзктрошлаковой наплавки является сложность аппаратуры и техники выполнения. Перзый недостаток могет быть частично компенсирован альтернативным решением, когда зместо большого числа проволочных электродов используется плавящийся мундштук с минимальным числом электродов,достаточным для стабильности его плавления. Подача ограниченного числа электродов осуществляется трехэлектродныыи аппаратами, выпускаемыми серийно. Техника выполнения многоэлектродной злектроплакозой наплавки требует глубокого исследования, так как зависит от характера плазления и переноса металла электрода, электрохимических процессоз в шлаке и на торцах плазящшсся электровоз, конвективных потоков з ванне н коммутации элементов наплавочной цепи.

Наиболее загным звеном язляется плакозая ванна, которая п энергетической точки зрения представляет собой нагрезатель, где происходит преобразование электрической зпергия з тепловую. Характер растекания тг/а электродов по ванне и распределение мощности по объему шлака во многом обусловливают технологические возможности процесса. При этом должны быть учтены не только оптимальное расположение элептродоз, но и поляризационные явления а ванне.

-п-

На поверхности раздела электрод-шлак образуется двойной электрический слой» действующий как конденсатор, емкость которого является функцией плотности протекающего тока. При плавлении электродов в шлаке переменный током в цепи возникает "вентильный эффект".

Представлениям о плавлении электродов и выявлении связи ме-нду переносом электродного и проплавлением основного металла посвящены работы Волошкевича Г.З., Дудко Д.А., Медовара В.И., Пентагона И.В., Латаша Ю.В., Винокурова В.А., Шлаттера П. и других. Плавление электродов связывают с перегревом шлака, неоднородностью электрического поля в шлаковой ванне и нагревом электродов на вылете. Однако оценка скорости плавления электрода, выполненная Дудко Д.А., Лебедевым В.К. и Сидорукоы В.С.^показа-ла, что одной теплоты шлаковой ванны для этого недостаточно и необходим дополнительный источник теплоты, чтобы обеспечить существуйте на практике скорости плавления электродов. Иитчел А., Дьюснал П., Ыокото Като и другие предполагают, что в качестве такого источника теплоты моает служить сопротивление двойного поляризационного слоя на границе электрод-шлак. Оценивая свое предпологение,они. считают, что здесь преобразуется в теплоту до 50% подводимой к электроду мощности.

•■ Волошкевич Г.З», наблюдая на рентгенограммах процесс плаз-леьия электродов, обнаружил, что часть конца электрода, погру-' генного в шлак, отклоняется* подобно столбу дуги, в сторону свариваемой кромки. Однако,, он. не. дал- надлежащей оценки этому явлению, посчитав-'малоБероятным пребывание в кидком состоянии отклоняющегося участка электрода»

Перенос электродного металла признается капельным, а на форсированных режимах струйным* однако оценки условий, при которых первый переходит во второй, не дается. Вместе с тем вид переноса металла существенно сказывается на конвективных потоках в ваине и проплавлении основного металла.

Некоторые исследователи считают, что капли электродного металла, достигая поверхности шлак-металл и проходя через нее, принимают форму тора, которую они сохраняют до самого дна металлической ванны. Опускание такого тора всегда сопровождается увеличением его внешнего радиуса. При этом тор пересекает магнитные силовые линии и превращается в короткозамкнутый виток, который должен разогреваться. Установлено, что на некоторых ре-

яшах электровлакового плавления электрода температура границы шлак-металл повышается, что объясняют поведением тора на этой поверхности.

Электромагнитные силы, возникающие в шлаковой ванне при взаимодействии электрического поля проходящего тока с собственным магнитным полем наплавляемой детали, приводят к интенсивным гидродинамическим потокам. Эти потоки/оказывают существенное влияние на плавление электродов и тепловую обстановку в шлаковой ванне, вызывают дефекты в наплавленном металле. Предлагаются различные способы борьбы с этими явлениями - изменение схемы подключения кабелей, установка магнитов или соленоидов. Анализ литературы показывает, что без специального оборудования и достаточно глубокого комплексного изучения явлений, происходящих в шлаковой ванне при плавлении электродов, невозможно создать и реализовать технологию широкослойной иногоэлектродной электро-плаковой наплавки, обеспечивающей высокую производительность и качество наплавленного металла.

Во второй глаза приведены результаты физического моделирования электрического поля, дана аналитическая и экспериментальная оценка злкяния напряаенности электрического поля на тепловыделение в шлаковой ванне и плавление электродов с позиции качества наплавленного металла.

Существующие представления о места выделения теплоты при электрошлаковом плавлении металла противоречивы. Большинство исследователей считают, что теплота в шлаковой ванне выделяется в промежутке менду электрддами, В последних исследованиях Дудко Д.А., Лебедева В,К,, Сидорука B.C., Митчела А«. Дыэснапа П, Макото Като, Саысокова И.Г. и других предпочтение отдается при-злектродкой области, где при прохождении сварочного- тока наблюдаются максимальная напряженность электрического поля, поляризационные явления и гидродинамические потоки.

На базе имеющихся данных была выдвинута гипотеза о том, что при электроилакозоы плавлении металла основное количество теплоты выделяется в приэлектродной области в месте контакта плавящегося электрода со шлаком.

Проверка гипотезы выполнялась по имеющимся литературным данник. аналитическим путем и ка физической модели.

Выделение теплоты количественно оценивалось по характеру распределения напряженности электрического поля, а качественно

-13- ' . 1

изучалось на электрической модели.

Распределение электрического поля в объеме ванны находили решением уравнения Лапласа для электрического потенциала со следующими граничными условиями.

1. На плавящихся электродах Ц - Ы0 *>

2. На поверхности металлической ванны Ц. = 0 ;

■ 3. На границе шлак-воздух = О.

Решение выполняли численным методом с переходом от краевой к вариационной задаче. Второй частью задачи являлось вычисление тепловыделения с учетом распределения найденной напряженности электрического поля в рассматриваемой точке. Вычисления проводились для безразмерных диаметров электрода ^/¡т, равных 0,1 и 0,5 и безразмерной плотности источника теплоты \д/=»Е2/ где с/ - диаметр электрода, /г- глубина шлаковой ванны, Е - напряженность электрического поля в рассматриваемой точке, Ц0 -напряжение на электроде.

Для расчетов удобным параметром оказалась область существенного тепловыделения. Опа характеризуется тем, что включает область максимального выделения теплоты, ограничена поверхностью, на которой плотность тепловыделения уменьшается вдвое по сравнении с максимальной, а ее радиус'составляет три-четыре диаметра электрода и располагается в плоскости, проходящей через тарец перпендикулярно оси электрода.

Чиелейное решение задачи показало, что для различных глубин погружения электрода наибольшую плотность теплоты имеет источник з области торца электрода.

На рис. I показана зависимость безразмерной плотности выделения теплоты от безразмерного расстояния до оси электрода при глубине его погружения, равной 0,5 И. -

Полученные кривые описывает выделение теплоты во всех геометрических подобных шлаковых ваннах пра сходстве формы плавящегося электрода.

Увеличение глубины погружения электрода в шлаковую ванну в начале приводит к росту плотности тепловыделения у его торца, затем этот рост уменьшается а начинается увеличение плотности

Рис. I. Распределение тепловыделения в зависимости от расстояния до электрода.

• .1. В плоскости, проходящей на уровне торца электрода перпендикулярно его оси.

2. В плоскости перпендикулярной оси электрода, лежащей ниже его торца на два диаметра.

3. В плоскости перпендикулярной оси электрода, лежащей на два диаметра выше его торца.

тепловыделения на зеркале металлической ванны, когда до дна ола-ковой ванны остается расстояние в три-четыре диаметра электрода* плотности выделения Неплоты у торца электрода и у зеркала метал--лической ванны становятся равными. Управляя этим расстоянием можно наиболее эффективно использовать энергию наплавочной цепи для проплавления основного металла.

Исследование многоэлектродной системы проводили также с помощью распределения напряженности электрического поля, определяемого решением уравнения Лапласа при описанных ранее граничных условиях. Для установления взаимного влияния электродов друг на друга вычисления проводили с разными глубинами погружения электродов, при разных расстояниях между электродами кногозлектродной систеш. Оказалось, что взаимное влияние электродов слабо зависит от глубины погружения в шлак и сильно - от расстояния между их осями. Так,при расстоянии меньшем 2 Л распределение тока значительно отличается от соответствующего распределения при одном электроде. При расстоянии между осями плавящихся электродов к/2 оно меняется слабо или.совсем не меняется, когда расстояние между электродами становится равным 1г . При сближении электродов плотность тепловыделения вблизи торцов возрастает, а между электродами, выше торца, уменьшается, что приводит к некоторому перемещению области существенного тепловыделения к поверхности металлической ванны. Плотность тепловыделения у крайних электродов выше, чем у средних, вследствие уширения электрического поля в области шлаковой ванны, свободной от электродов. Это должно .приводить к относительному перегреву шлака у крайних • электродов и более ингенсивному и* плазлению, что и наблюдается на практике.

Качественная оценка места и характера выделения теплоты в шлаковой ванне с плавящимися электродами проводилась на электролитической модели. Моделью служила стеклянная ванна высотой 10, шириной 80 и длиной 300 мм. Под ее дро была уложена координатная сетка. Ванну на глубину 3 - 0,5 мм заполняли Ъ% водным растзо-ром йодистого натрия. Плавящийся электрод имитировали латунной пластиной шириной 5 мм с различной конфигурацией торца. Шюго-электродная система состояла из набора таких пластин. Ванну жидкого металла также имитировали латунной пластиной шириной 20 и длиной 250 КК. ■

К электродам подключали генератор ГЗ-18. Индикатором для построения экзипотенциалей слукил электронный вольтметр 33-13. Основное преимущество такой модели - возможность проведения измерений не только распределения электрического поля, но и температуры в мегзлектродном промежутке. Эффект поляризации электродов приближал модель к натурной ванне.

Исследовалась напряженность электрического лоля ь зависимости от диаметра, формы и количества плавящихся электродов, их взаимного расположения между собой и относительно зеркала металлической ванны.

Показано, что для повышения производительности плавления электрода необходимо обеспечить пребывание его торца в зоне максимальной напряженности электрического поля. Эта зона располагается в объеме шлака и удалена на расстояние в 5-8 диаметров от поверхности ванны еидкого металла.

.Качественно проверялась гипотеза о месте выделения теплоты з слаковой занке с одним и-несколькими электродами. Для этого в качестве электролига использовали 5£-раствор йодистого калия с добавлением фенолфталеина. При повышении температуры иодистый-калий разлагался и, взаимодействуя с фенолфталеином, окрашивал растзор, что позволяло'наглядно изучать процесс выделения теплоты з ванне.

3 зависимости от величины подазаемого напряжения зыделение теплоты наблюдалось у торца электрода сразу после подачи напряжения, на поверхности ?акш гадкого металла - через несколько минут и совершенно не наблюдалось в межэдектродном промежутке.

Полученные результаты качественно согласуются с выдвинутой гипотезой.

В третьей главе предлонено и обоснозано формирование конвективных потоков б ¡злаковой залне при широкослойной иногоэлек-тродной горизонтальной электроплаковод наплавке, когда электрода по фронту расставлены группами, а такнэ показано их влияние на качестзо наплавленного металла. Физическим моделированием получены поля распределения векторов плотности тока и дана оценка равномерности распределения плотности тока по площади ванны, обоснс ана рациональная схема циркуляции потоков в зависимости от поставленных технологических задач и описано влияние движения потоков на формирование наплавленного слоя.

-/Г- , • ,

В технологическом процессе широкослойной наплавки формирование наплавленного слоя играет решающую роль. Решению проблемы переноса и качественного формирования поверхности расплавленного неталла с помощью электромагнитной гидродинамики при сварке и наплавке посвящены работы Щербинина Э.В., Компана Я.Ю., Бруце-ниекса И.Э., Ашкинази Е.Е. и других. В них рассмотрены вопросы вынужденного движения потоков в шлаковой и металлической ваннах за счет взаимного расположения электрического и стороннего магнитного полей, неравномерной расстановки электродов и других факторов. Анализ известных случаев вращения потоков позволил сделать вывод о прямой связи между местоположением пятна контакта токоподвода к детали и возникновением направленного вращения шлаковых потоков. Для объяснения более сложных случаев циркуляции необходимы данные о распределении в ванне плотности тока.

Уравнение непрерывности линий тока проводимости в постоянном неизменном во времени электрическом поле имеет вид:

Аи- ] = о. /I/

С учетом однонаправленности векторов плотности тока и напряженности электрического поля Е,- для однородной среды с проводимостью (Г<АЬГЁ = <Гс1иГ(-О . А/

В случаэ рассматриваемого поля уравнение /2/ решалось экспериментально-расчетным методой с использованием физической мо-дели. Адекватность физической модели реальному процессу обеспечивали соблюдением подобия краевых условий, геометрического подобия реального и моделируемого объекта, а также подобием тепловых критериев. Измерение потенциалов модели производили в узлах квадратной сетки при фиксированной положении фронта многоэлектродной системы, варьируя местоположение локальных токоподводов, коэффициенты их локальности лок и глубину погружения электродов в ванну Н... д _ $

и ДН г-л.Т

Ф лок =-^-хЮ0%,

? Н

где ВЕ - ширина ванны, л-л^. - ширина локального токоподвода.

Коэффициент локальности устанавливали раЕным 50; 66 и 33%, глубипу погружения электродов 1,0; 5,0 и 10,0 мм.

Полученное распределение потенциалов Ц? описывается двумерным уравнением Лапласа, для решения которого применяли метод

приблихенного численного дифференцирования с использованием формул Лаграняа. Область непрерывного изменения аргумента заменяли областью дискретного его изменения, производные - разностными операторами. Расчет разностных операторов в дискретной области производили по формулам:

где (^тц- потенциал в узловой точке сетки с координатная £.(«•) и Х-п1г; ц =

к - шаг сетки, м<

На границе дискретной ббласти расчег Еу производили по формуле

Еу/т <?(».пЦ-ВЬ,**- ? /5/

Вычисление вели на ЭВМ ЕС 10-22. Для построения вектора плотности тока графическим методом находили модель напряненно-сти электрического поля Е, на направлении которого откладызали значение ^ , рассчитанное по уравнению /2/.

На рлс. 2 а,б представлены поля плотности тока для осесии-метричного расположения локального токоподзода (^лок = 83^). С цельо объяснения выявленных ыагнптогидродинаиическшс явлений упрощали слоЕную картину растекания токов, полагая, что основной ток протекает по кратчайшему участку "электроды-токоподвод" я представляли эту цепь системой линейных токов. Задачи изучения взаимодействия линейных токов состояли в определении направления магнитного поля 1-го "элемента тока" ?1с121и направления сил, действующих в заданном магнитном полз на помещенный в него ^ -й "элемент тока".

Рассмотрение случая с минимальной локальностью токоподзода ( лок = показало, что направление сил электромагнитного взаимодействия манду "элементами токбз" не зависит от рода тока и полярности на электродах и ориентировано от боковых сторон занны к ее центру. Включение локального токоподзода в хвостовую

I

¡•;. л ,1-1,1 ЛЧмо'1-М

а.

Рте.2 Распределение плотности электрического тока в ванне в зависимости от места расположения токоподвода относительно' направления движения электродов. Тонкая лингя-напралланив

векгоса напряженности электрического поля в узле; толстая линия- вектор плотности токае узле, а-гОсесимметржчныР локально токоподвод в хвостовор части ванны 83%. 6-тОсе-симметрячныА локальный токоподвод в головной части ванны

уи-*3*-

Ф •©

<.. I. 1 ..

л;

v

-I -

1 \ ' I

I 1

I

1

\

£

\

-ч

N V I I

^ 7 ч ^ г"* ' ! ;

Го

IV <И'

1 ;

Л

X

V I

N

ь

-20-

часть ванны ^мметрично многоэлектродной системе, имеющей груп-позую расстановку, показало, что силы электромагнитного взаимодействия направлены вокруг левой группы эдектродов против часовой стрелки, зокруг празой - по часовой стрелке, средней группы- отсутствуют. Направление сил Лоренца относительно крайней группы электродов представлено на рис. 3.

В осезой части занны с увеличенном локальности тоноподвода, а следовательно и угла растекания тока, возникают нескомпенсиро-ванные составляющие сил Лоренца, образуемые за счет электромагнитных взаимодействий токов крайних групп электродоз. Показано, что наличие тока средней группы усиливает напряженность собственных магнитных полей на крайних группах электродов и силы электромагнитных взаимодействий ыеяду ними.

Включение осесимметричного локального токоподзода з головной части ванны меняет направление сил Лоренца на обратное.

Таким образом, гидродинамическую картину течения мояно объяснить встречным движением приэлектродных потоков вокруг крайних групп электродов, усиливаемых, з средней части занны, осевым потоком, вызванным нескомпенсированными составляющими сил Лоренца з этой части занны.

С целью минимального и разномерного нагрева поверхности выт бирали рациональную схему циркуляции потоков. Для этого идентифицировали схемы вращения шлака яри различном положении локального токоподзода с полем распределения плотности тока, соотзгт-стзуюгим такому положению токоподзода. Поля линий разных плотности тока, рассчитанные для условий замыкания сварочной цепи на ванну-з хвостовой а голозной частях ( у ло„ = 83%) представлены па рис. 4 а и б.

Анализ поля тока /рис. * позволил установить, что область наибольших плотностей тока сконцентрирована з зоне, прилегающей к локальному токоподзоду и распространяется на участок между тохоподводом и средней группой электродоз. Выделяются две зоны повышенной плотности тока з прлэлек'.-родзой области крайние групп электродов.

Описанному распределению плотности тока соответствует вращение потоков, показанных на рис. 5 а. Установлено, что при такой циркуляции шлака избыточное тепло, выделяемое з приэлектродных областях крайних групп электродоз и на участке кекду токо-подводом и средней группой, переносится в область средней группы.

N ч

0| \4 > 1 е

/ У [т\

0 Н], >1 Г © к Г\ и« \ © ул д.

© х^© V а "¿1 г / * © /С,® ©

© к ©

Рис.З Результат расчета лин^гР токй и адсптэепеления скл Лотзениа р в приэлекттодноР области лево? краРнеР группы электронов: £ -плотность 1'ока в узле, ее величина и направление,-направление и величина сумларного тока к средне? и ппавоР кпайнеР группе электродов. ^

-гг.-

а.

-ь V 1 А л

ч \ ч 1/ V ) У у

-4- Т К, » ' у .— г

)

у < — >

а*

-1-11

2

щ

то

4-ША

г

к

л

Щ

N

2

±

23» а 5 61

ЦП**/»'

V/

... у, ,

Рис. 4«. Распределение плотности тока на модели: а.-осесинкетричный локальный токоподвод в хзостозой части ванны,83%; б-Осесииметричный локальный токоподаод в головной части ванны 83%.

а)

Шкгтлода

с >\0

¿'а

/

К

/ (\

ч

Л

Рис.5 Конвективные потоки, вознотаящие в ттяаке в зави-кости от оаспопоженил токбподвода относительно направления лвгасечвд электоодов:

а,- олнонаптавленкь'е движения осчвого потока * фронта электоодов,

б — разнонаправленные движения осевого потока и фронта электоодов.

Это увеличивает нагрев иака в осевой части ванны, что в реальном процессе сопровождается изломом мекфазной границы флюс-шлак и перегревом поверхностей под средней группой электродов.

Переключение токоподаода с хвостовой части в головную., (рис. уменьшает на порядок плотности тока з ванне за электродами, образует дзойное осесимметричное вращение потоков, направленное из центра к периферии, создает условия для транспортирования тепловой энергии из зоны шлаковой ванны с повкшенной; в зоны с пониженной плотностью тока, о чем свидетельствует излом мекфазной границы, рис. 5?б.

В четвертой главе рассмотрены плавление электродов и основного металла, металлургические процессы в наплавочной ванне и качество наплавленного металла. 3 технологическом процессе нал-лавки характер плавления и переноса электродного металла оказывает решающее влияние на проплазление основного металла и яест-ко связан с параметрами режима.

Характер плавления электродов изучали по литературным данным, аналитически и осциллографированием. Анализ рентгенограмм и осциллограмм, полученных Волошкевичем Г.З., а такае кинофильма, снятого Дудко Д.А., Сущуком-Слюсаренко И.И. и другими, позволил установить, что конец проволочного электрода, плавящегося в шлаке, находится не в пластичном, а в гидком состоянии. Жидкая часть прозолочного электрода, длиной до 3-х его диаметров, представляет собой вытянутую каплю. Рост такой капли идет за счет плавления очередной части твердого,'электрода, а вытягива-. ниэ - за счет'силы тязести и конвективных потоков шлака, вызванных взаимодействием тока с собственным магнитным полем. Согласно законам электрохимии поверхностное натяаенио у такой капли в нианей и верхней ее частях неодинаково. На основании этой--физической модели была выдзинута гипотеза: при злектрошлаковон плавлении проволочных электродоз с высокими плотностями тока капля, образующаяся на конце электрода, как правило, отрывается не полностью, а частично. Отрыв капли напоминает излияние зид-кости из реззрзуара с эластичной оболочкой, когда в низвей части оболочки образуется отверстие. Проверка'.гипотезы, выполнения..по зышеуказанным материалам и аналитическими расчетами показала,

что излияние части металла капли в шлак происходит при Р„ „

ь-л- г л

и иродолгается до тех пор пока ?,, - лапласовское давление не

■ -2&-

превысит - гидростатическое. Ванную роль при этой играет

поляризация капли и пинч-эффект. Скорость движения жидкого металла в шлаке составляет около 5,0 м/с. Оценка скорости про— водилась по кинокадрам реального процесса^снятого Дудко Д.А., Сущукоы-Слюсаренко И.И., Лычко И.И. и другими с частотой 400 кадров в секунду.

Прохождение кидкого металла (капли) через слой шлака исследовали на модели. В качестве модели служила стеклянная колба, заполненная дистиллированной водой и бензином. Каплю получали с помощью пипетки с подкрашенной водой. В ходе экспериментов установлено, что капля, в зависимости от способа капания, ведет себя, по разному. При медленном вытекании из пипетки вода приобретает форму капли. В таком виде, опускаясь, она проходит через бензиЕ, задергиваясь на поверхности раздела бензин-вода, преодолевает эту поверхность и превращается в тор, который, не смешиваясь с водой, достигает дна колбы. Совершенно иная картина наблюдается, если каплю образует струя, вытекающая из пипетки. В этом случае капля сразу'превращается в тор и в такой виде проходит через бензин, преодолевает границу раздела и достигает дна колбы. Характерно, что тор, опускаясь в жидкости, увеличивает свой внешний радиус.

Условие Р_ „ ёг Р- позволяет оценить критический радиус S ^ц . л

капли, при котором оиа превращается в тор

р & (Г/И-Ш

где поверхностное натяжение металл-шлак; JU -магнитная

проницаемость нидкого металла; R^ - радиус электрода.

Расчеты показывают, что не обращается в тор только капли меньше 0,01 мм. Используя закономерности теории размерности и подобия, получена простая формула, позволяющая оценить время образования тора- ^

где г^ - вязкость шлака, j?E - радиус капли, к - коэффициент.

Тор представляет собой короткозамкнутый виток, опускающийся з магнитном поле. Это позволило оцеиить его дополнительней теплозой вклад при прохогдении меязлектродного промежутка.

Назеденный ток оценивали по формуле

н _ .кВ.ЛК

(2ЛС

d-2)- cLvexp(At) 1

(ме ' ' '

где В0 - магнитная индукция; Д0-начальный диаметр тора», А - эмпирический коэффициент, характеризующий увеличение диаметра тора; V - скорость опускания тора; удельное сопротивление жидкого металла,' - время движения тора.

Дополнительный нагрев капли оценивали по формуле

где с - теплоемкость; т.- масса тора; t- время,' сопротивление тора.

Если принять глубину шлаковой ванны 30 мм, то при диаметре электрода 2 мы дополнительный нагрев составит 50-80°С, а при диаметре 4 мм - 300°С. Увеличение глубины шлаковой ванны до 40 мм увеличивает дополнительный нагрев капель, при плавлении электрода диаметром 4 мм - до 500°С.

Рассмотренная физическая модель плавления и переноса электродного металла позволила объяснить сплавление наплавки с основным металлом, когда процесс велся в горизонтальной плоскости по слою металлического порошка и под электродами находился про-тектирующий слой жидкого металла» рассеивающий тепловой поток. Перегретые капли, попадая в наплавочную ванну, повышали ее температуру и создавали интенсивные конвективные потоки, что особенно эффективно, если наплавка осуществляется фронтом электродов, которые плавятся поочередно, создавая рассеянное тепловло-жение. Этот случай рассмотрен подробнее. При постоянной скорости наплавки Ун =const изменяли скорость подачи электродов Уэ и ступенчато уменьшали соотноиение количества присадочного металла киассе электродного металла. На образцах измеряли полную толщину наплавки Hn. = Н + i , где Н - толщина наплавленного слоя,

& - глубина проплазлания. Выяснилось, чт<кдобавление присадочного порошка уменьшает глубину проплавлени'Я\,5 и сохраняет полную толщину наплавленного слоя, Зго позволяет?- прогнозировать глубину проплавления, зная скорость подачи проволоки или мощность процесса наплавки. С целью получения достаточно общих закономерностей для прогнозирования мощности была проанализирована серия из больгого количества экспериментальных данных, полученных при различных режимах наплавки. В основу возможного £';• обобщения была положена установленная линейная зависимость тока от скорости подачи электродов, хорошо выполняющаяся во всем диапазоне возможных скоростей плавления электродной проволоки. 3

опытах наплавку вели на образцах из малоуглеродистой стали тол,-щиной 30-40 мм, четырьмя-двенадцатью электродными проволаками диаметром 2, 3 и 4 мм. Скорость подачи проволоки меняли в диапазоне 30. ..380 н/ч, скорость наплавки 0,75. ..4,8 и/ч. Расстояние ыекду электродными проволаками изменяли в диапазоне 7...28 ми. Напряжение холостого хода трансформатора 30...36 В. Меняли и контролировали сопротивление цепи питания ^ . Наплавку вели под флюсами АН-60 и'АН-348А, глубину шлаковой ванны поддеряивали раьной 30-40 мм.

Обработка полученной информации показала, что величина тога., протекающего через шлаковую ванну нокет быть достаточно точно С с максимальной ошибкой 10?) во веек указанном диапазоне режимов описана эмпирической формулой

холостого хода, В.

При максимальном тепловом потоке выполняются репимы, обеспечивающие необходимую степень легирования и качество сплавления наплавленного металла. Такие расчеты выполняли на основании уравнений

где В - пирин£ наплавки, мм.

С точки зрения расхода электрической энергии на I кг наплавленного металла оптимальные зиачеш>я параметров реетмав при легировании порошковыми материалами характеризуются отношением

Используя полученные результаты, аозно определить КПД процесса многоэлектродной наплазки. Показано, что для увеличения КПД процесса 'нужно повышать напряжение холостого хеда источника питания, по возможности уменьшая при этом сопротивление сварочной цепи.

Рассмотрены способы легирования наплавляемого металла, по-

0,41 Л« - ( I - 0,0275%), где П - число электродов; <\ - диаметр электродов, мм; \'э - скорость подачи электродов.

Мощность процесса с учетом этой формулы определяли как

пс!2

ж.

Н/сГ = I.

казано, что для многоэлектродной электроилаковсй наплавки горизонтальных и наклонных поверхностей наиболее перспективным является способ наплавки малоуглеродистой проволокой с подачей порошковой легирующей шихты з слой флюса. Металлургические процессы изучались применительно к этому способу. Определяющими факторами служили: температура ванны, контактная поверхность, прохождение тока и наличие конвективных потоков. Исследовалась наплавка высоколегированных белых чугунов и высоколегированной за-эвтектоидной стали на низкоуглеродистую сталь. Точность предварительных расчетов состава таких сплавов зависит ст точности значения их плотности. ВыясМ585^ы§тВ^итерату5й®?^о§^1ния плотности таких сплавов не точны и противоречивы. Предложена формула для расчета плотности высокоуглеродистых сплазоз на основе железа

где у*э - плотность отдельных элементов, входящих в сплав, кроме железа и углерода, г/ск^; £1 - содержание каждого элемента в сплаве, й- суммарное содержание углерода и железа в сплаве, %; содержание углерода в сплаве, При составлении формулы было принято допущение, что легирующие элементы, растворяясь з карбиде железа, не изменяют растворимости з нем углерода. Плотности железоуглеродистых сплавоз, рассчитанные по формуле и определенные экспериментально, имеют погрешность з преде лаг: 2%.

Сплавы рассчитанных составов наплавляли многоэлектродкым электрошлакозым способом в горизонтальной плоскости. Во время наплавки фиксировали режимы и температуру ванны и основного металла, а также наличие потоков в -ванне.," ч,

В результате исследований установлено,-..что при наплавке на форсированных режимах, когда температура зеркала шлаковой ванны достигала 24-00°С, подача порошка з ванау жидкого" металла снижает ее температуру до Г?50-1800°С, обеспечивает ускоренную кристаллизацию ванны и измельчение зерна в наплавленном металле. .

При дозировании "з слой флюса" на поверхности основного металла насыпается слой флюса, который выравнивает ее. Затем дозируется шихта, которую засыпают флюсом. Легирующая шихта и флюс плавятся ванной шлака и металла. При этой легирующие элементы попадают в ванну минуя стадию капли, что повывает коэффициент их перехода, а расплавленный; флюс растворяет оксиды на ловерхно-

-2в- . •

ote основного металла.

Высокая концентрация углерода и легирующих элементов в наплавке сникает содержание в ней кислорода. Этому же способствует выделение большого количества окиси углерода, которая защищает шлак от контакта с воздухом. Коэффициент перехода для хрома составляет 0,96...0,98; марганца - 0,76...0,89; никеля - 0,947; углерода - 0,4...0,8.

Исследовалась возможность использования в качестве легирующих присадок оксидов легирующих элементов. Получение порошков металлов из фер'росплавов дело сложное, трудоемкое и энергоемкое, в результате их стоимость высока. Гораздо проще получать порошки оксидое металлов и восстанавливать их в ванне во время наплавки. Кроме того, оксиды металлов на многих металлургических и горно-обогатительных комбинатах являются отходами. Содержание металлов в таких отходах колеблется от 2,0 до 70%. Отходы дешевы и недефициткы.

В процессе наплавки непосредственно в металлической занне исследовали восстановление марганца, хрома, никеля и вольфрама из их оксидов. В качестве восстановителя использовали углерод и алюминий. Наплавки выполняли на постоянном разной полярности и переменном токах.

Установлено, что при многоэлектродной электрошлаковой наплавке оксиды всех перечисленных металлов хорошо восстанавливаются с коэффициентом перехода 0,9-0,95. Лучшие результаты получены при использовании постоянного тока обратной поляркости. На форсированных режимах при скорости подачи электродной проволоки свыше 200 м/ч*разницы в коэффициентах усвоения на переменном и постоянном токах не наблюдалось.

Однородность химического состава наплавленного металла оценивали с помощью одно- и двухфахторного дисперсионного анализа,' для наплавок сечением более 5000 ма^ использовали один из видов латинского квадрата. Косвенным определителем однородности служило измерение твердости. Результаты исследований показали, что однородность наплавленного металла соответствует требованиям ГОСТ.

Структура наплавленного металла к переходной зоны 'исследовалась по общепринятой методике на макро- к микрошлифах с измерением твердости и микротвердости отдельных зон структурных составляющих. Более детальное изучение строения и структуры от-

-модельных составляющих вели с помощью растрового электронного микроскопа с микрорентгеноанализатором /1ХА-50 А/Л.

Установлено, что слой высоколегированного белого чугуна, наплавленный на кизкоуглеродистую сталь, состоит из четырех зон: заэвтектической, которая занимает 90...35% всей высоты слоя; эвтектической - 4,0...4,5%; доэвтектической - 0,8...1,0$ и граничной плоскости 0,5%. Например, для сплава У40Х25Г2СНЗ заэвтектическая зона имеет твердость НКС = 56...60, состоит из крупных перзичных карбидов микротвердостью 15300 Ш1а, карбидной эзтектики - 8240 МПа, аустенита - 5720 !Ша и эзтектсида -3220 МПа. Эвтектическая зона этого сплава состоит из мелкой карбидной эвтектики в виде колоний микротвердостью 8420 МПа. До-эзтектическая зона содержит наибольшее количество'дендритоз твердого раствора и карбидную эвтектику микротвеодостью 5500Ш1а. Особое внимание было уделено светлой граничной полоске, так как она, в основном, ответственна за надежность связи наплавленного и основного металлов. Эта полоска делится на две части. Верхняя, соприкасающаяся с наплавкой, представляет легированный аустенит микротвердостью 5140...5420 МПа, нижняя, соприкасающаяся с основным металлом, имеет структуру аустенита, переходящего в продукты его распада с микротвердостью 4800...5120 МПа. Высокая микротвердость и ее плавное изменение по сечению полоски свидетельствует о высокой степени легирования аустепита и о плазном •ее изменении по .мере приближения к основному металлу, что свидетельствует о ее хороших механических характеристиках. Натурные испытания таких сплавов при интенсивных ударных нагрузках подтверждают этот вывод. Такой характ.;рный состав зон по Еысоте наплавленного металла объясняется( технологией нанесения сплава слоем необходимой высоты за один проход бе-з повторных нагревов.

В пятой глазе содержатся результаты экспериментальной и аналитической оценки электрических характеристикчцепи, нагруженной многоэлектродной электрошлакозой ванной, даны некоторые схемные решения цепей для оптимизации процесса, показаны особенности источников питания и предложены способы наплавки.

В больпинстзе исследований- электроплаковую ванну с плавящимся электродом; рассматривают как активное сопротивление, которое не вносит в наплавочную цепь существенных изменений. '¿гт.~ ду тем имеются экспериментальные работы Дудке Б.А., Рублевского И.И., Медпвара Б.К., Артамонова В.Л. и других; з которых установлен эффект выпрямления переменного тока в электроетягагой

ванне. В работе Макото Като на модели шлаковой ванны измерен импеданс, который оказался выше активного сопротивления цепи. Это свидетельствует о том, что электротлаковая вянна с плавящимся электродом является сложным комплексным сопротивлением.

Цепь, кула входит электрошлаковая ванна, имеет дополнительное емкостное реактивное сопротивление, возникающее в результате электрохимических процессов в этой ванне.

Емкость такой цепи при наплавке одним электродом определяли с помощью переменного тока и снятием динамической характеристики дзухлучевыы осциллографом. Лля исключения влияния фара-леевского тока частота пульсаций питающего генератора составляла 5 кГц.

Показано, что в электрошлаковой ванне с одним плавящимся, проволочным электродом имеет ыесю реактивное сопротивление емкости, способное компенсировать реактивное сопротивление индуктивности питающей цепи электрода, наплавляемого изделия и магнитопроэода, ' . По мере накопления шлаковой

ванны емкостное сопротивление увеличивается', а затем стабилизируется. Сдвиг по фазе между током и напряжением лежит в пределах 5...25°. Емкость в ванне с 2...7-ю электродами при частоте источника питания 50 Гц определяли по осциллограммам. Заметное проявление емкостного сдвига по фазе между током и напряжением наблюдалось при 3-х и более электродах. При наплавке 7-ю электродами емкость е ванне увеличивалась до 0,25 Ф при соз^ =.0,6,.

На основании выполненных исследований предложена эквивалентная электрическая схема цепи с электрошлаковой ванной, показанная на рис. 6.

Анализ предложенной эквивалентной электрической схемы с использоБанием законов Кирхгофа, привел к известному уравнению Луффинга, из которого методом возмущения Пуанкаре для основной гармоники была получена амплитудно-частотная характеристика и уравнение на фазу. Показано, что нелинейная частота уравнения Луффинга приводе;! к зависимости фазы тока от его амплитуды и деформирует.амплитудно-частотную характеристику. Каплеобразова-ние уменьшает сопротивление шлаковой ванны. В цепи появляются составляющие тока с частотой 2 к) и 5 ц> , что согласуется с законами электрохимической кинетики, утверждающих, что при наложении на электрод синусоидального переменного напряжения в электрохимической цепи кроме переменного тока с основной частотой

ь-*

Рис. б. Эквивалентная схема электрической цепи с одним электродом, плавящимся в электрошлаковой ванне.

Ь - индуктивность, £ - активное сопротивление подводящих кабелей; С< - емкость, - индуктивность, --активное сопротивление плавящегося электрода; - емкость, - активное сопротивление шлаковой ванны; - емкость, - активное сопротивление поверхности шлак- наплавленный металл.

могут возникать постоянная составляющая тока, а также составляющая тока, изменяющаяся с удвоенной частотой. Возникновение постоянной составляющей связано с вентильным эффектом из-за разности плотности тока на электродах. В этом сляае емкость шлаковой ванны находится под действием двух напряжений: напряжения постоянной составляющей тока и амплитудного наппяжения переменной составляющей тока. Эффективное значение емкости от обеих составляющих разно ^

. Сэ = С0 + аЕ + —* /5/

где С0 - емкость при и. = 0;

а - коэффициент, обусловленный химическими свойствами шлака и металлической вянны; Е - напряжение постоянной составляющей тока; цм - амплитудное напряжение переменкой составляющей тока.

При отсутствии "вентильного эффекта" Е = 0, уравнение /5/ принимает вид 2

С» = с0 + ^ /6/

Качественный анализ уравнений /5/ и /в/ показывает, что эффективная емкость при "вентильном эффекте" выше, следовательно, "вентильный эффект" не только загружает цепь дополнительным током и нагревает вторичную обмотку трансформатора, но и существенно изменяет реактигную составляющую полного сопротивления .

Исследовали влияние реактивного сопротивления емкости и неблагоприятного со*^ на энергетические параметры цепи, обеспечивающие плавление электродов в мнргоэлектродной системе. Для этого использовали осциллографирсвание.

При разработке программы и методики исследования особое внимание было уделено достоверности получаемых результатов. Ос-циллографировали электрошлаковый процесс, выполняемый в горизонтальной плоскости семью электродами. Ток в отдельных электродах определяли по падению напряжения на фиксированных участках их вылета. Суммарный ток определяли по падению напряжения в одной из ветвяй цепи. Напряжение измеряли на ванне. Для уточнения характера и скорости плавления отдельных электродов наплавочный аппарат резко (ударом) опускали в шлаковую ванну на величину ее глубинь' с тем, чтобы все плавящиеся электрода могли замкнуть ла ванну жидкого металла.

-34-

Анализ осциллограмм показал, что электрода плавятся б импульсном рекиме. Продолнительаость импульса 0,05...2 с. Глубина погрузения в илаковую ванну каждого электрода все время колеблется. Периодически все электроды погружаются на глубину, близкую к глубине шлаковой ванны: происходит их замыкание через каплю с занной жидкого металла. Длительность такого замыкания продолжается до 0,5 с, после чего наблюдается лавинное плавление этих электродов. В то ке впемя отдельные электроды плавятся вблизи поверхности илакозсй ванны. Такое плавление кокет быть объяснено резонансными явлениями периодически возникающими на этих электродах, лосглзерность различной глубины погружения электродов з ванну хорошо подтверждается коротким замыканием системы электродов с злкнол килкг.го металла. На электродах, плавящихся вблизи поверхности, з момент замыкания имеет место плавное нарастание тока, наоборот у электродов^ погрузившихся в шлак на большую глубину из-за короткого замыкания ток возрастает многократно и восстанавливается через 0,06 с.

Расшифровка осциллограмм позволила оценить активную мощность на отдельных электродах и количество выделяющейся теплоты. Так, при крупнокапельном переносе металла электрода диаметром 3 мм среднее тепловлояение составляет 5000...6700 Дз/с, мелкокапельном - 6000...7300 Дз/с и струйном - 12000... 15000 Ян/с.

Процесс наплавки протекает с низкий соз^= 0,6. Однако его удается увеличить повышением индуктизности цепи и изменением размеров шлаковой занны. С помощью этих мер соО^ изменяли з пределах 0,6...0,98.'

Результаты исследований позволили предложить ряд новых способов ведения электрошлаковой наплавки-з низнем положении -способы горизонтальной электрошлаковой наплавки, которые признаны изобретениями. \

Установлено, что при горизонтальной электрогланозой наплавке плавление электродоз идет устойчиво-при низких напряжениях холостого хода источника питания (25...34 В), что является косзенным подтверждением наличия емкости в наплавочной цепи.

Для многоэлзктродной горизонтальной электроплакозой нал-лазки наилучшими источниками питания являются транс5орматоры с жесткой характеристикой и низким напряженней холостого хода

(34...40 В), генераторы н выпрямители с жесткой пли возрастающей характеристикой и низким напряжением Холостого хода.

В шестой глазе рассмотрено наплавочное оборудование и примеры технологической реализации мероприятий обеспечивающих минимальное управляемое проплавление основного и хорошее формирование наплавленного металлов при многоэлектроднон электрошлаковой наплавке конкретных деталей. Результаты исследований физических процессов в шлаковой ванне показали, что технологические приемы, направленные на регулирование распределения тепловложе-ния в ванну, эффективны как для предотвращения дефектов формн-« ровакия наплавленного металла, обусловленных электрохимическими явлениями и гидродинамическими потоками, так и получения минимального проплавления основного металла, определяемого плавлением и перекосом электродного"мете.лла. В качестве таких технологических приемов исследовано управление распределением электрических пелей в зависимости от числа и расстановки электродов, размеров и местоположения токоподвода к изделию в зависимости от направления движения фронта электродов, а такте легирование наплавляемого металла подачей порошка в слой флюса.

для решения технологических задач было разработано и изготовлено необходимое оборудование для многоэлектродной наплавки. Это механизмы, обеспечивающие одно?.ременную подачу в зону кап-лазки до 40 проволок диаметром 1...6 им с одинаково?, скоростью или скоростью равномерно изменяющейся по фронту электродоз, а также электродов разного диаметра о разной скоростью или групп электродов с одинаковой и разной скоростями. Предложены механизмы, позволяющее поочередно, в любой последовательности и с разной скоростью подавать сплошную и порошковую проволоки. Они защищены а.с. К» 155538, й 923765, № 567714, К 978443. Располагая такими механизмами оказалось возможным путем изменения 'диаметров, скоростей подачи и последовательности расстановки электродов управлять формой и распределением электрических полей, а следовательно,и распределением источников теплоты по объему шлаковой ванны.

Управление формированием наплавленного слоя обеспечили за счет групповой расстановки электродов и изменения места- п локальности токоподзода к изделию. Была принята групповая расста-аовка электродов соосная локальному токоподзоду к детали. Саг в группе - три диаметра электрода и тринадцать диаметров между

группами; коэффициент локальности токоподвола ^лок = 83%. Пои включении локального токоподвода назстречу наплавке происходило ориентированное растекание токов, электромагнитное зза-имолействие которых создавало двойное осесимметричное конвективное вращение потоков илака и за счет направленного переноса тепла устраняло температурную неоднородность в ванне. Групповая расстановка электродов и фиксиоованный токоподвод позволили разсаботать технологию наплавки клиньев гасителей колебаний грузовых вагонов многоэлектролным горизонтальным электрошлаковым способом с дзойнкм осесиыметричным вращением шлака, что стабилизировало нагрев наплавляемой тонкостенной по-веохности в пределах, достаточных для формирования наплавленного слоя без прожога основного металла. Технология защищена а.с. )е Ш2142, Ш II20567.

Зля реализации технологии разработано и изготовлено 4 варианта опытных специализированных установок для наплавки клиньев гасителей колебаний. Три установки внедпены на Среднеазиатской железной дороге в вагонных депо, а одна внедряется на Московской железной дороге. Экономический эффект от внедрения каждой установки составляет 14-,5 млн.- рублей в год. По приказу министра путей сообщения ПКБ Главного управления вагонного хозяйства с участием автора разработан проект серийной установки для нногоэлектродной электрошлаковой наплавки клиньев гасителей колебаний грузовых загонов, изготовлен головной образец серии. Ожидаемый экономический эффект¡500 млн. рублей.

Принцип уменьшения теплового воздействия на основной ме~ талл,- за счет рассредоточения тепловоИ-мощности последовательной подачей в зону наплавки нескольких плавящихся электродов, реализован з разработанной технологии многоэлектродной наплавки крестовин стрелочных переводов» Крестовины изготавливают из высокомарганцовистой стали Г13Л. Сталь плохосвариваемая, а изделие очень ответственное, так как по крестовинам идут поезда со скоростями до 160 км/ч и нагрузкой на ось до 22 тонн. Все существующие способы наплавки низкопроизводительны, так как зы-нуждекы использовать малые токи 2G0...25Q А, чтобы не перегреть металл крестовины. Рекомендуемая технология предусматривает токи I2C0...2I00 А, что увеличивает производительность з б...Я раз, но благодаря рассредоточенному тепловложениэ суммарное тепловое воздействие процесса наплавки на металл-крестовины уменьшается. 3 зоне сплазления отсутствуют хрупкие* заха:точные

''■'■*. i

структуры, а в оснозноц металле не происходит распада аустенита с выделением карбидов. Срок службы таких крестовин увеличивается до величины срока службы новых. Наплавка ведется.I... 7-ю поропкозыми проволоками, включаемыми последовательно. Состав прозолок защищен авторским свидетельство;,; L5 II03442. Для реализации технологии разработано и изготовлено 5 устанозок. Две из них работают в РСП-14 Среднеазиатской, одна - в ПДМ станции Ак-Булак Западно-Казахстанской, одна - в РСП-18 Московской и одна - на Южно-Уральской железных дорогах. Экономический, зффект от каждой из этих установок составляет 30 млн. рублей з год. По приказу Министра путей сообщения Харьковский проектный институт "Гипрозазодтранс" с участием автора разработал проект серийной установки для наплаькн крестовин стрелочных переводов. Изготовлен голозной образец такой установки. Начат серийный выпуск таких устанозок. Экономический эффект от серийного зыпуска установок составит 2 00Z млн. руб. з год.

Разработана технология упрочнения новых зубьев ковша экскаваторов 5ХГ-4,5; ЭКГ-8К. Зубья отливаются из стали ПОПЗЛ, а затем упрочняются ыногоэлектродной наплавкой за один проход на всю ширину зуба. Длина наплавки 250 км от носка зуба. Разработана (а.с. Е= I056IE5 и !S I225I39) и внедрена установка на угольком разрезе "Ангренский" с годовым экономическим эффектом 150 тыс. рублей.

Возможность управления прославленней основного металла при ■ вертикальной электрошлаковой сварке реализована при ремонтной заварке ударной поверхности хвостовика автосцепки (а.с. 941053). Заварка осуществляется плавящимся мундштуком с одновременной подачей сварочной проволоки диаметром 5 мм.

Для расширения диапазонов режимов многоэлектродной электрошлаковой наплавки, исследования ее возможностей по производительности и отработки полной автоматизации процесса предложена технология непрерывной многоэлектродной горизонтальной электроЕлаковой наплавки бил шахтных мельниц (а.с. 179400). В Сзэрдлозэнергоремонте при участии автора разработан проект установки (а.с. 384641) и изготовлено два образца таких-установок. Один образец прошел испытание на Нигше-Туринской ГРЭС системы Свердловэнерго и позволил в 4 раза повысить производительность при наплавке бил шахтных мельниц. Второй экземпляр

подобной установки был опробован на Мариупольском заводе тяжелого машиностроения для получения биметаллических слябов размером 600x800x100 мм (ширина, длина, высота). Наплавка слоя высотой 30 мы производилась за один проход автомата на всю ширину заготовки. Использовали для этого 30 малоуглеродистых проволок диаметром Ч-- мм и крупку ферросплавов, вносимую в слой флюса.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. В результате выполненных исследований решена проблема создания научных основ широкослойной электрошлакозой наплавки. Теоретически и экспериментально установлено, что за счет устранения жесткой зависимости распределения энергии медду основным и электродным металлом возможно снять ограничения по модности и производительности при наплавке и тем самым создать процесс, решающий ряд важных научных и производственных задач.

2.На основании теоретических и экспериментальных исследований физических, электрохимических и магнитогидродинамических явлений при широкослойная многоэлектродной электрошлаковой наплавке уста?-новлена возможность регулирования теплового воздействия на оснва-ной металл и получения наплавленного слоя заданного, состава и качества, кроме того намечена пути снижения энергозатрат и многократного повышения производительности процесса. -

3. Показано, что основное количество тешхотн, расходуемое на плавление электродов, выделяется в приграничной области электрод-шлак. Эта область находится в зона, максимальной напряженности электрического поля, создаваемого токону протекающим через электрод, и интенсивно поляризуется. Возникающий двойной поляризационный слой обладает омическим сопротивлением, где и выделяется теплота. * ■

4. Установлено, что во время непрарнвной^аодачк электродов

в шлаковую ванну у их торцов (за счет деформаций-, эквипотенциальных и изотермических поверхностей) возникают электрическая и Tej>-мическая неустойчивости, которые вызывают поочередное импульсное плавление электродов, когда при средней плотиости тока 30 ¿Au2, плотность-тока па отдельных электродах колеблется от 20 до 125 А/нк^, что изменяет их "мокрый вылет" и усиливает неравномерность плавления. Средняя скорость плавления электродов по сравнению с наплавкой одной проволокой при одинаковой модности возрастает на 25...30 %, а тепловое воздействие за основной металл уменьшается, благодаря постоянному перемещению пятна максимального тепловыделения вдоль фронта злектродов.

. '■-3-9- '

- - Этет хокплгхс явлении нагзад нет;: пг&е:-:том расщепленного электрода".

Отрыз капле от объема жидкого металла ее электроде происходит там, где'создается условие

2 «Д. —- Л ,

Задаваясь этим условием можно,.измееяе параметры режима Еаплавкк, получить капельный шш оруйный перенос электродного металла. •

5. Позынение плотности тока на отдельных электродах за счет их импульсного плавления существенно влияет на поляризацп- . онные явления,'происходящие в ЕлакозоЁ ванне в вызывает по'ягле-вие емкости в наплавочной'цели. Указанная емкость приводит к опережению суммарЕын^ок'ом ЕЕпряжеЕвя нг 5.. .25° е сенжсейю модности Еаллазочной цепи. Белкчино« сдвЕга фаз можно управлять, если изменять размеры илакозой зееен, полярЕзадиоЕНве свойства плака или индуктивность наплавочной цепи.

-б. ЗффектизЕое, использование тепловой энергии, выделяющейся вдоль фронта многоэлектродной системы, достигается направленной циркуляцией потоков з плоскости ванны. При этом обеспечиза-■ ется равномерное проплгзленпе основного'металла, отсутствие прожогов при наплавке тонкостенных поверхностей к хорошее качество формирования слоя при Еацлазке сложных поверхностей. Циркуляция и транспортирование тепловой эиергии из зоеы перегрева ■ в зоеы переохлаждения обеспечЕзаптся взаимодействием магеитеого поля наплаз очного контура с эффективными токами, проходящими в . ванне между локальными осесимметрячным токоподводом и фронтом многоэлектродрой системы, имеющей групповую расстановку электродов.

' 7. Экспериментально установлена функциональная связь между глубиной прослазлеЕЕК и модностью многоэлектродной горизонтальной злектрошяакозой еаплазии, что позволило управлять глубиной проплавленгя без снижения мощности процесса путем подачи в зону наплавки дополнительного, предварительно рассчитанного количества металлического порошка. •

8. Исследована возможность многократного снижения ""стоимости легирующих ЕгплазочЕЫХ материалов путем исключения переделов при их подготовке к наллазке и получеЕве необходима легирующих элементов вепосредстзенЕО в илакозой ванне кз смеси оксидов с восстановителями. Определены коэффициенты перехода г наплав ленны" мгталл Е^е^я, ^ро^, 1ГЕрганпс., нренЕЕЯ, зожьфргыа, углерода. . -

- Ьо-

9. Экспериментально установлено, что композиции материалов, обладающих различными свойствами, например, сталь-чугун мояно получить, если наплззлять слой на всю ширину, высоту и длину за один проход без перерыва.

10. Ка основании теоретических представлений о физических процессах, определяющих формирование наплавленного слоя разработаны и внедрены з промышленность способы наплавки и методы управления параметрами ранима, оваслечизавщие:

- управление процессом плавления и переноса электродного металла при мЕОГОЭлектродной злвктрошлаковой наплазяе за счет изменения конфигурации и напряженности электрического поля системы электродов путем изменения их числа расстановки з системе, диаметра и скорости подачи в зону наплавки;

- управление проплазлениен основного* металла за счет подачи з головную часть ваяны расчетной дозы металлического порошка или оксидов;

- управление формированием слоя и проплазленпем основного металла за счет:более полного-использования тепловой'энергии, выделяющейся вдоль фронта 'многоэлектродной-системы^г.-;:-: создания направленной циркуляции потоков в.плоскости ванны^изменением ззаимодействия токов, проходящих между локальным осесимметричным токоподводом и фронтом мнсгоэлектродной системы, С:

: '. групповой расстановке^электродов;

- управление тепловыделением з злектроилакозой ванне за счет уменьшения реактивной мощности з Еаплазочной цепи путем компенсации значительной емкостной составляющей, которая увеличивается с ростом числа электродов; ч

- повышение производительности з 1,5г2,0 раза, ликвидацию прожогов, обеспечение хорошего форлгарозаниямрлоя при наплазке . тонкостенных клиньев гасителей колебаний загойрз (толщина стенки 2...3 мм, толшина наплавленного елся 15' мм, размер поверхпе- . сти под наплавку 175x135);

- повышение производительности в 4-...5 раз при Еаставке изделий из высокоиарггнцозистой стали Г13Л и НОПЗЛ на форсь-ровазкых режимах и получение - при этой более благоприятных структур з зоне перехода, что позволило позысить износостойкость наплавленных деталей з 2,0-3,0 раза;

- снятие ограничений с производительности наплавки в пре-

делах 200 кг/ч, полученной на имеющейся наплавочной оборудовании, с использованием серийно выпускаемых источников сварэчаогс тока;

- получение за один проход наплавленных слоев сверхбольшой -ширины 300...600 мы и толдкнн 20...40 мы применительно к слябам для получения биметалла и заготовкам штампов;

получение качественного металла на форсированных режимах при заварке ударной поверхности хвостовика автосцепки.

Суммарный экономический эффект по данным предприятий составляет в ценах 1991 года 600 млн. рублей.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах: . .

л

- I. Медиков В.Б. Иного электродная наплавка. .//Ы.: Машиностроение.- 1988.- 143 с.

2. Медиков В.В. Многозлектродная наплавка - перспективный способ упрочнения быстроизнашивающихся деталей из зысоко-марганцовпстой стали. //3 сб. Современная технология и перспективы развития упрочняющих методов обработки деталей машин и инструментов,- Таикент, 1984.- С. 85-87.

3. Медяков В.В. Об обобщения характеристик злектрошлако-бых устройств. //В сб. Пути развития и совершенствования восстановительно-упрочняющей наплавки в цветной металлургии.-Свердловск, 1976.- С. 12-14.

4. Ыелкков В.В. Серийная электрошлаковая наплавка однотипных деталей. //В сб. Прогрессивные технологические процессы в машиностроении.- Ташкент, 1973.- С. 48-52.

5. Ыелкков.В.В. Ыногоэлектродная наплавка и некоторые ее возможности. //В сб. Высокопроиззрдительные процессы наплавки и наплавочные материалы.- Коммуналок, 1973.-г С. 9-13.

6. Беликов В.В. Проплазление основного металла при мно-го^яектродной горизонтальной электрошлакозой -наплавке износостойких сплавов. //В сб. Прогрессивные методы сварки и наплавки в. черной металлургии в машиностроении.- Еданоз, 1972.- С. 16-20.

7. Меликоз В.В», Герасимов В.Н. Некоторые особенности тепловыделения в устройствах многоэлектродной электрошлаковой наллсвки и'связанные с ними дефекты сварных швов. //Аннотации докладов Всесоюзной конференции "Теплофизика технологияеск12с процессов".- Тольятти, 1976.- С. 82.

5. Ыелкков З.В., Герасимов В.Н. О физическом моделировании элекгрошлакозых процессов. //Сб. тр. 2-ой Всесоюзной кснфе-

ренции "Современные проблемы электрометаллургии стали", Челябинск, IS75.- С. 167-173.

9. Меликов В.В., Чалабаев Х.Ч. Автоматическая наплавка износостойких сплавов.- Ташкент.: Узбекистан, 1974.-112 с.

1С. Неликов В.З., Бродянокий И.О., Шейнман Е.Л. Степень-, неоднородности легирования при электрошлаковой наплавке горизонтальной поверхности. //Сварочное произзодсзо.- 1972.- й 8.-С. 37-38.

11. Целиков В.В., Бродянокий И.О., Якимов A.B. и др. Широкослойная износостойкая яаплазка зубьев энсказаторов ЭКГ-4,6. //Сварочное производство.- 1977.- й 8.т С. 45-46.

12. Неликов В.В., Бродянокий И.О., Шейннан Е.Л. и др. Автоматическая наплавка за один проход слоев шириной 360 ми. //Прогрессивные методы сварки в тяжелой машиностроении и наплавки в черной металлургии.- 2данов, 1977.- С. 34-36.

13. Целиков В.В., Бродянский И.О., Шейнван Е.Л. Мяого-электродаая однопроходная наплавка слоев большой иирянк. //Сварочное производство.- 1979.- й 10.- С. 35-36.

14. Меликов В.З., Чалабаев Х.Ч., Демченко Л.Я. и др.

О выделении тепла при квогоэлектроднок злектроилаковом процессе. //Изв. АН УэССР, серия физико-математических наук, 1971.-tö 2.- С. 72-73.

15. -Меликов В.В., Волков Б.В., Шейныан Е.Л. идр. Многоэлектродная наплавка крестовин. //Путь и путевое хозяйство.-1988.- ffi 5.- С. 24-25.

16. Беликов З.В., Герасимов В.Н.Чалабаев Х.Ч. -О тепловыделении з электрошлакозой эаяне с одняы, электродом. //ДАК УэССР.- 1974.- Вып. й 6.- С. 16-17. : Чч

■ 17. Меликов В.В., Бродянский И.О., Иейшк^ Е.Л. а др. Повышение азносостойкости зубьев ковша экскаватора ВКГ-4,6. . //Горный журнал.- 1977.- № 2.- С. 47-43.'

18. Меликов В.В., Герасимов В.Н., Якимов A.B. Оптимальная область рабочих решшов многоэлектродной горизонтальной электрошлаковой наплавки. //Азтоматдческая сварка.- 1978.-

й II.- С. 71-72.

19. Меликоз З.В., Цзескоза Л.Н., Демченко З.Я. Топография распределения потенциала в шлаковой ванне. //Тр. 1рвКЕТ~ 1970,- Вал. 1$ 66.- С. 123-130. ' ..

20. Меликсв В.З., Цветкова Л.Н.,' Демченко Л.Я. ОСцилло-графпческое исследовагке вь:делек::Е телла при Мяогоэлектродгог:

t

-4J- . ■ . '

злектрошлаковон процессе. /Др. ТапКИГ- 1971.- Вып. & 48.-С. 75г76.

21. Неликов В.В., Цветкова Л.К., Демченко Л.Я. Числовея модель электрошлаковой ванны. //Сварочное производство.- 1972.-й 7.- С. 3-4.

22. йеликов В.В., Цветкова Л.Н., Демченко Л.Я. Комплексное сопротивление электрошлаковой ванны. /Др. ТашКГГ.- 1972.-Вып. fö 81.- С. 53-59.

23. Меликов В.В., Шейнман Е.Л., Бродянский Ы.О. к др. Перспективы применения иногоэлектродной наплавки для упрочнения и восстановления деталей ыашин для районов Средней Азии. //НИИНТИ и ТЭЙ Госплана Узбекской ССР.- Ташкент.- IS86.- ¿»7 с.

24. Мелихов В.В., Шейнман Е.Л., Бродянсккй li.O. О зональной химической неоднородности наллавкк большой ширины. //Сварочное производство.- 1984.- К? 5.- С. 4-5.

25. Целиков В.В., Иейнман Е.Л., Бродянский И.О. Некоторые проблемы электрошлакового нанесения на горизонтальную поверхность больших объемов металла. //Современные проблемы электрометаллургии стали. Сб. научных трудов й 263. Челябинский политехнический институт.- Челябинск.-.I9SI.- С. I47-I5I.

26. Целиков В.В., Шейнман Е.Л., Бродянский И.О. к др. Оценка степени неоднородности легирования наплавленного металла. //Св&рочЕсе производство.- 1976.- й 9.- С. 14-16.

27. Целиков В.В., Бродянский К.О., Шейиман Е.Л. и др. Структура к свойства металла, наплавленного горизонтальным электрошлаковым способом. //Сб. Прогрессивные технологические процессы в иашиностроенкк, Ч. 2.- Таакект, 1973.- С. 67-70.

28. Герасимов В.Н., lie ликов В.В., Сиддикова А.15. К методике расчета репина при лногоэлектродной горизонтальной злектро-шлаковой наплавке гелезохромоыарганцевых сплавов. //Сб. Наплавка деталей оборудования металлургии к энергетики.- Киев.- I9S0.-С, 50-52.

29. Герасимов В.Б., Целиков В.В., Чалабаев 2.4. Об экономичных схемах алзктрошлакоБой сварки, основаЕкых на компенсации вентильных свойств шлаковой ванны. //ДАН УзССР.- 1980.-

Й 12.- С. 17-18. - . ■

30. Герасимов В.Е., Ыелкков В.В., Чалабаев Х.Ч. $ влияний сильной постоянной составлявшей тока ка резонансные свойства цел;; электроилакового устройства, управляемого г^осселсг. //:;зв. АН УзССР. Cepzs технически: наук, 1979.- Bün. 6.- С.24-26.

31. Герасимов В.Н., Меллков ¿.В., Якимов А.З. Зависимость

рскйма'иного электродной горизонтальной влектроиаковой впплш:« от скорости подачи влектродов. //Автоматическая сварке.- 1872.-й II.- С. 48-49.

32. Герасимов В.Н., Целиков.В.В., Чалабаев Х.Ч. О тепловы— делении з злектроштковой ванне-с несколькими влектродаыи. //Изв. АБ УзССР, серия технических наук, 1976.- й 2.- С. 83-Б5.

33. Герасимов В.Н., Ыеликов В.В., Чалабаев Х.Ч. Анализ электрической с хеш; цепи, нагруженной електрошлаковой вбкеой в квазилинейном приближении..//ДАН УзССР.- 1975.- fö I.- С.-20-21.

34. Беликов В.В., Еейниая Е.Л., Еродянский Н.О. Особенности кристаллизации нержавеющей аустенитноВ стали прп широкослойной горизонтальной электрошлаковой наплавке на калоуглеродистув* сталь. //Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференция "Новые конструкционные стали и сплавы и нетодн их обработки для по-вксения надежности z долговечности изделий.- Sanoposbe.-ISßO.-

С. 155.

35. ЛевезгоЕ Д.В., Целиков В.З., Бродянскпй L'.O. и др. Цех для производства высококачественного щебня на строительстве Еу-рекской ГЭС. //Проспект ВДНХ СССР.- 1972.- 12 с.

36. Чалабаез Х.Ч., Целиков В.В. Широкослойная автм.*атЕчес-кая наплавка.- Ташкент: Узбекистан.- 1284.- 144 с.

37. Целиков В.В., Волков Б.В., Буга В.Н. к др. Цногоэлек-тродная наплавка крестозвн стрелочных переводов. //Сб. Созрзмен-

. вые способы наплавкя к кх применение. Киев.- 1262.- С.-17-20. '.

ЗБ. A.C. II03442 СССР ШИ В23К 35/368. Состав порошковой проволоки. //Волкоз Б.В., Кондратьев :;.А., Неликоз В.В. л др.

-■/СССР/, не подлежит публикации.

39. A.C.V-38464I СССР ЬКИ-2/к 9/04.""Установка для estjeb-ке. //Мелккоз В.В., Гофман D.Li., Цителыш K.A\z др. СССР В.И. № 25, 1973. ' \

. 40. A.C. й 465837 СССР 1ИИ B23K-9/I4, В23К 25/00, В23К 9/18. Способ автоматической наплавки и сварка леяачии электродом. //Iisликов В.З., Бродянскпй И.О., Цзеткова Л.Н..И др. СССР. На подлежит публикации.

41. A.C. fö 422233 СССР ШШ В23К 9/10. Способ ептнипзадгв процесса электроплакового плавления "Резонанс Т-72". //Щж-коз В.В., Децуенко Л.й., Цзеткова Л.Н. у, др. СССР. Не "подлепят л}'бллкащ:г. ... . ' .

42. A.C. !2 I0534II СССР WJ. В23К 25/СО. Способ икрокосгоИ--ко2 Еапяазкк. //i'm'.r.ci В.З., fiKiitiOB A.B., Бродянскйй Н.О. е др. СССР. Ке лоллс:~>~ публикации.

-'/¿г- «

43. A.C. » 1394573 СССР ШИ*1 9/04. Способ широкослойной наплавки. /Медиков Б.В., Якимов A.B., Брбдянский К.О. и др. СССР. Не лодлевит публикации.

44. A.C. te II20567 СССР1КИ В23К 25/00. Способ горизонтальной электрошлаковой наплавки. /Ашкинази F.F., Неликов В.В., Шейнман Е,Л. и др. СССР. Не подлежит публикации.

45. A.C. № 858252 СССР iKH3 Б23К 37/04. Установка для. ва-плавки деталей. /БродянскиЙ L'.O., Целиков В.В., Ашкинази F.F.

и др. СССР. Не подлежит публикации.

46. A.C. të 179400 СССР ШЖ НС5в. Способ горизонтальной эдактроилаковой наплавки. /Суиенко А.П., Маликов В.В. /СССР/ Б.И. te 5, 1966.

47. A.C. le I5556R СССР ЫПК Н05в. Механизм подачи электродной проволоки. /Суиекко А.П., Медиков В.В. /СССР/ Б.И. 13, 1963.

48. A.C. Ii 941053 СССР ШК3 В23К 9/04. Способ изготовления корпусов нелезнодорожной автосцепки. /Суиук-Слюсаренко К.К., Мелисов В.В., Шаповалов Г. и др. СССР. Б.И. te 25, 07.07.R2.

49. A.C. te 9237© СССР IKK3 Б23К 9/12. Иехакизц подачн электродной проволоки. /Якимов A.B., Целиков В.В., СССР. Б.И. К? 16. 03.05.82.

50. A.C. te 967714 СССР 1КИ3 В23К 9/12. Устройство для подача электродной проволоки. /Якимов A.B., Уеликов В.В. СССР. Б.И. )Й 39. 23.10.82.

51. A.C. 978473ТСССР УКИ3 В23К 9/12. Устройство для подачи электродаых проволок. /Якимов A.B., Мелихов Б.В. СССР. Опубликовано 23.01.82. Бвллетень е 39.

52. A.C. К I058I85 СССР ШК3 В23К 37/04. Установка для наплавки. /Якимов A.B., Мезшксш В.В., БродянскиЙ И.О., Важных Г .Т. и др. СССР. Бе подлежит публикации.

53. A.C. të 1086617 СССР 1КИ В23К 9/04. Способ многоэлектродной наплавки к устройство для его осуществления. /Якимов A.B., Целиков В.В. СССР. Ке подлежит публикации.

54. A.C. Kr I4I2I42 СССР ШИ4 В23К 25/00. Способ горизонтальной электроилаковой наплавки. /Ашкинази F.E., Чернышев Г.Г., Меликов В.В. и др. СССР. Не подлежит публикации. %

55. A.C. fë 157745 СССР L4K Н05в. Еихта для получения твердых наплавок. /Васильев Н.П., Заиров К., Беликов В.В.- СССР. Б.И. £ 19, J.963.