автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Стабилизация проплава круговых и кольцевых швов при автоматической аргонодуговой сварке

Министерство высшего и среднего образования РСФСР

ВОЛГОГРАДСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи САЙФЕЕВ Роберт Завдатович

. СТАБИЛИЗАЦИЯ ПРОПЛАВА КРУГОВЫХ И КОЛЬЦЕВЫХ ШВОВ ПРИ АВТОМАТИЧЕСКОЙ АРГОНОДУГОВОЙ СВАРКЕ

Специальность: 05.03.06. - Технология и машины сварочного

производства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград, 1990

Министерство высшего г среднего образования РС5СР

ВОЛГОГРАДСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На оравах рукописи САЙФЕЕВ Ройерт Завдатовяч

СТАБИЛИЗАЦИЯ ПРОПЛАВА КИТОВЫХ И КОЛЬЦЕВЫХ ШВОВ ПРИ АВТОМАТИЧЕСКОЙ АРГ0Н0Д7Г0В0Я СЕАНСЕ

Специальность: 05.03.06. - Технология и машины сварочного

производства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград, 1990

Работа выполнена в Куйбышевском филиале научио-исслвдовательско-го института технологии и организации производства двигателе! Научный руководитель - кандидат технических наук, доиент

Казаков Юрий Васильевич .

Официальные оппоненты - доктор технических наук,профессор

Ведушая организация - указана в решении специализированного

Совета

Направляем Вам для ознакомления автореферат диссертации соискателя Сайфеева Р.З. Просим Вас и сотрудников Вашего учреждения, интересующихся темой диссертации, принять участие в заседании специализированного совета или прислать свой отзыв в одной экземпляре, заверенный печатью, по адресу: 400066, г.Волгоград-66, проспект им.Ленина,28, ученому секретарю специализированного совета.

Защита состоится " и( 199^г в час.

на заседании специализированного'совета шифр К063.76.03 в Волгоградской политехническом институте.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке института.

Сагалевич Валерий Михайлович кандидат технических наук,доцент Сонйов Александр Петрович

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета,кандидат технических наук,

ДОЦННГ

В.И. Дысак

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Круговые и кольцевые сварные швы малого диаметра (от 10 до 200 мм) широко используются в конструкциях для соединения узлов и деталей. Формирование таких швов при ар-гонодуговой сварке без регулирования параметров режима происходит при нестационарных режимах и потому неравномерно: по мере продвижения сварочной дуги монотонно возрастает температура и о ем сварочной ванны, происходит расширение шва и зоны термическо: влияния (ЗТВ). Чем меньше диаметр стыка или скорость сварки, Tei больше неравномерность формирования шва. При этих условиях для сплавов, склонных к появлению кристаллизационных дефектов, возможно возникновение горячих трещин. Поэтому разработка методов сварки, обеспечивающих стабилизацию формирования сварных швов я: ляется актуальной.

. Работа выполнена по тема I.1807.8105.292 в рамках комплекс» программы "Развитие специализированного производства звукопоглощающих конструкций в Х1-ХП пятилетках и до 1995 года", утвержде: ной в Министерстве авиационной промышленности СССР по согласованию с ГКНТ 30.06.1985 г.

Делъ работы - повысить качество и надежность круговых и кот цевых. сварных соединений малого диаметра путем стабилизации температурных условий в области формирования шва при автоматическое аргонодуговой сварке.

Объекты и метолн исследований. Объектом исследований являлис сварные швы, выполненные на тонкостенных образцах плоских пласта и цилиндрических трубок малого диаметра из сталей XI8HI0T, ЭП69£ ЭИ696А, KBK2S и титановых сплавов 0Т4 и ВТ20. Сварка автоматичес ■ кая, аргонодуговая с недлавящкмся электродом.

Расчеты термических циклов сварки проводились методом источников применительно к двумерному уравнению теплопроводности по схеме линейного сосредоточенного источника тепла, движущегося пг пластине и цилиндрической оболочке. Предполагалась возможность суперпозиции температурных полек (Т-полей). Численные решения пс лучены с -использованием ЭЕЛ. Экспериментальные исследования температур проводились с помощью хромель-алшелевых термопар при зг писи результатов осциллографом Н-700. Структурные, изменения ме -талла оценивали металлографическими исследованиями с помощью микроскопов ГЖ-8, МБС-2 и установок ФШ-2 и Ш.1Г-3.

Научная новизна« В работе представлена разработанная автором единая аналитическая модель сварочных температурных полей, в рамках которой уравнения полей Тн периода теплонасыщения преобра- • зуются в уравнения полей Т& периода выравнивания температур путем простой замены значений верхних пределов интегралов, выражающих Тн . А именно,, заменой значений текущего времени на значения моментов начала процесса выравнивания. Такой прием назван правилом расширения ввиду того, что известные формы уравнений полей Тн могут быть использованы и для описания полей Ть • Уравнения температурных полей Тн и Тв получены для случаев движения источника тепла по произвольным криволиней- , ным траекториям, в том числе и по окружности. Определены уравнения температурных полей при сварке кольцевых, продольных и.виято-: вых швов на тонкостенных цилиндрических оболочках с учетом замкнутости последних. Для круговых и кольцевых швов определен безразмерный параметр типа Пекле, найдена связь этого параметра с уровнем неравномерности формирования шва, установлен критерий необходимости регулирования тепловложением с целью получения равномерного шва.. Разработан способ стабилизации проплава при локальной стабилизации температуры в окрестности металлической ванны, обеспечивающей сохранение постоянства длины сварочной ванны на любом участке траектории источника (метод ЛОТ). Этим методом рассчитывается программа ступенчато-постоянного снижения тепловой мощности сварочной дуги, обеспечивающего равномерное формирование шва.

Практическая ценность. На основании проведенных исследований разработаны технологические процессы аргонодуговой автоматической сварки врезных деталей малого диаметра в оболочках авиационных газотурбинных двигателей (ГТД), обеспечивающие формирование сварных швов со стабильными геометрическими параметрами. Экономический эффект внедрения техпроцессов сварки врезных деталей с оболочками на предприятии п/я Р-6639 составляет 97 тыс.руб. (доля автора 20 %).

Апробация работы. Основные положения работы доложены:

на 1-ой, 4-ой, 7-ой Всесоюзных научно-технических конференциях "Технологическая, теплофизика" (г.Куйбышев,1966 г.; г.Тольятти, 1976 и 1988 г.г.);

на Всесоюзной конференции "100-летие изобретения сварки по методу Н.Г.Славянова и современные проблемы развития сварочного производства", (г.Пермь, 1988 г.);

на отраслевых конференциях по сварке (г.Куйбышев, 1974,1975, 1977 г.г.; г.Омск, 1978 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ и получено 3 авторских свидетельства на изобретения.

Объем и структура диссертации. Работа состоит, из введения, пяти глав, заключения. Содержит 87 страниц машинописного текс- . та, 2 таблицы, 36 рисунков, список литературы из 100 - наименований и одно приложение.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность проблематики по обеспечению качества и надежности получаемых автоматической аргоко-дуговой сваркой круговых и кольцевых соединений малого диаметра, формирование которых происходит неравномерно ввиду кривизны и замкнутости свариваемых контуров. Сформулирована цель диссертационной работы, дана ее краткая характеристика.

В первой главе рассмотрело состояние вопроса по стабилизации формирования круговых и кольцевых сварных швов малого диаметра. Под ними, понимаются такие, величины диаметров которое существенно влияют на стабильность и качество формирования сварного шва.

Обзор публикаций показывает, что работы, посвященные проблеме стабилизации формирования сварных швов можно подразделить на две основные группы: I) разработка технологических вариантов различных способов сварки и 2) создание аналитических методов управления тепловыми условиями в зоне формирования шва.

Технологические варианты позволяют стабилизировать размеры шва в ряде частных случаев. Оказались эффективными такие способы, как применение многоэлектродных головок (Патон Б.Е., Макара A.M., Чвертко А.И.), активирующих флюсов (Савицкий М.М., Симоник А .Г.), предварительный подогрев кромок (Львов Н.С., Абрамов ЕЛэ.) и др.

Однако такой подход не гарантирует качество сварного соединения, если изменяются размер и конструкция детали или условия сварки. В ряде работ (Углов A.A., Малюков A.B., Кисилевокий Ф.Е., Кондауров П.В., Пахаренко В.А.) показано, что достичь более стабильных результатов можно путем управления тепловой мощностью в процессе сварки, обеспечивая стабильные температурные условия в районе формирования шва. Изменение мощности должно быть таким,

чтобы движущееся Т-поле ъ некоторой области Jj , включающей в се- ' бя пятно нагрева сварочной дуги и ее окрестность, было квазиста-ционарнкм или близким к квазистационарному.

Известные способы стабилизации Т-поля основаны на принципе минимизации функционала

¡{t, u(t)) =JJ [rb^-nx^dx dy, (I)

# D ,

где T и T - эталонное и реальное Т-поля, U (t ) - управление режимом нагреЕа, формирующим поле Т iz ,У ,t).

Построение по этому принципу системы замкнутого управления (Кисилевский А.Ф.) требуют решения сингулярных интегральных уравнений обратной краевой задачи теплопроводности (Бутковский А.Г., Сиразетдинов Т.К., Дилигенский Н.В.) и сопряжена с серьезными трудностями аналитического и вычислительного характера. Также затруднены и высокотемпературные измерения для систем обратных связей (Акахира !".), которые обязательны при задан:/том управлении. Ра- . зомкнутые системы (управление по жестким программам) более просты (Шефель В.В.), однако также требуют информации о Т-полях в процессе сварки. Кроме того, весьма субъективна и нечетко очерчена область интегрирования Л , что значительно затушовывает влияние термического состояния тех участков ЗТВ, которые в наибольшей степени ответственны за формирование шва.

Информация об аналитических решениях для Т-полей при круговом движении источника тепла на пластине разработана недостаточно. Отсутствует анализ картин Т-полей при изменениях геометрических параметров стыка и параметров режима сварки. Информация о Т-полях при сварке на цилиндрических оболочках (ДО) ограничена уравнениями полей для плоской развертки оболочки, не учитывающей ее пространственной геометрии (Фролов В.Б.).

Практически кет информации о Т-полях периода выравнивания температур, кроме случая сварки прямых стыков на пластине (Рнкалич К.Н.).

На основании проведенного анализа были поставлены следующие задачи исследования:

1. Разработать математические модели Т-полей насыщения и выравнивания при сварке круговых и кольцевых стыков малого диаметра.

2. Разработать метод управления нагревом, применение которого

будет обеспечивать равномерное формирование шва.

3. Разработать технологический процесс сварки деталей круговыми и кольцевыми швами, основанный на управлении нагревом, обес-пе тавающем равномерное формирование шва.

Втошя глава посвящена определению общего уравнения Т-поля на пластине при действии линейного источника тепла, движущегося по произвольной траектории, и на его основе - определению Т-по-лей при сварке по круговым контурам.

Мощность источника тепла у, и его скорость V могут быть, по предположению, любыми функциями времени: ^^.(t) 1Л 1/-1/(t). Предполагалась возможность применения принципа наложения Т-полеЙ, для чего теплофизические параметры свариваемых материалов были взяты постоянными.

При выводе общего уравнения Т-поля рассмотрено действие ис -точкика тепла с мощностью финитного типа:

О, если £"=¿7 ;

lj.UX 0*t<tK\ (2)

О, t-> tK.

Здесь tK - момент окончания действия источника, t - реальное время, когда определяется температура. Тогда t-t-к есть время, прошедшее с момента "отключения" источника.

£лина путл Bit), пройденного источником к моменту t при движении по заданному контуру (стыку), принимается в качестве параметра для записи параметричесг-Ех уравнений траектории (X ,У -прямоугольные координаты):

Хи = XU (S(t)J; t (з)

У и = Уи {Sit)), где Bit)'- [V(t)dt. ^ 0 о .

Учитывая это, общее уравнение Т-поля может быть записано в виде:

*к

9 =

= <

(4)

oJ L -J

(0<tk tK<t)\ где Я - коэффициент теплопроводности, CL - коэффициент темпепа-

¿

(SU')) - [y - yu(¿(t))\

Формула (4) з общем случае, при tK < t » определяет уравнение Т-поля периода выравнивания, протекающего в течение вреые-зш i - tK .

При tK~ t , она определяет уравнение Т-поля периода насыщения. Зто означает, что все известные к вновь получаемые формулы Т-полей насыщения путем подставки в верхние пределы интегралов значения ~tK míe сто значения t могут быть трансформированы в формулы Т-полей выравнивания. Такой прием существенно расширяет возможности формализма Т-полей в нагреваемых телах, построенного по методу источников, исключает необходимость применения метода Ко-ши для определения Т-полей выравнивания.

Учитывая сказанное выше, вновь найденный метод определения Т-полей назван правилом расширения. В дальнейшем изложении все формулы для Т-полей записаны с учетом этого правила. Частные случаи формулы (4): I) сварка прямолинейного стыка вдоль оси Ох:

v = const, ¿(¿)-vt,. = vtt у=0.

Т-полв в неподвижных координатах:

-ш-t') ^ dt\ <5)

■и

о

(0<t<tK<t ; £>Z=X+1J2).

2) сварка кругового ива (рис.1), О< t'< tK<t.

Скорость .сварки постоянна ( V= const ' ), f> - радиус круга, {?> 9} - полярная система координат на пластине,

х-г-cosy, У-г-sin <fif ,

^const- угловая скорость источника. Параметрические уравнения траектории:

%и =pcos a)t, yu-J>-sin a)t.

Т-поле в неподвижной полярной системе координат {<?} :

'msjt-

о

(7)

Т-поле в подвижной полярной системе координат , враща-

' ющейся вокруг центра 0 шесте с источником тепла:

% = = , (у-«;*),

и

*a(t-f)

S(t-t')

Vdf

(8)

Поле относительных (безразмерных) температур, выраженное че- . рез безразмерные координаты и параметры, при £ = const :

- ^ г£- Z&cosCv- z)

(9)

dz 1 — ер

ы. г

ё

km

Подвижное (вращающееся) поле относительных температур следует из (9) при <р- У = Д = С0П$Ь.

Существует предельное (квазистационарное) вращающееся Т-поле, определяемое при Ь Ьк -— Б безразмерном ввде это:

птичем

Ю =<г

+2)

Л* - ■ ^Р*

т.е. для любой точки/V (2 , Л ) вращающегося поля можно указать температурный интервал, в котором будет заключено значет£_9вазп-стацпонарпой температуры этой точки. Здесь К0{ \1+ ?|г\/^ ) — значения функции Бесселя 2-го рода мнимого аргумента. » ^

Экспериментальные измерения температур в околошовной зоне при сварке круговых швов и сравнение их с результатами расчетов по уравнениям (7-10) подтвердили корректность предлагаемых математических моделей Т-полей. Это позволяет исследовать особенности Т-полей по результатам вычислительных экспериментов на ЭЕМ.

Вычислительные эксперименты показали, что подвижное Т-поле в ближалпей окрестности сварочной ванны при значениях безразмерного параметра ~ Рв > 10 достаточно стабильны: значительны участки стационарности, общее нарастание температуры'в течение сварки всего кругового контура не превышает 10 % от номинального. С уменьшением этого- числа (при Рв <10 ) уменьшайся участки стабильности температуры, при Рв < 5 они полностью исчезают, сумма--рное нарастание подвижных- температур достигает 50 % к более от номинального и при случае многопроходной сварки выход на стационарный температурный режим в окрестности сварочной ванны не происходит даже после 3-х - 4-х обходов свариваемого контура. Существенен перегрев внутренней кромки контура (на 15 % и более по сравнению с внешней).

Разработанные уравнения Т-полей могут быть использованы для поиска законов изменения тепловой мощности при сварке круговых швов малого диаметра.

Тгстья глава посвящена разработке модели Т-поля при сварке на цилиндрических оболочках (ЦО).

Показано, что в случае разомкнутой ЦО (т.е. такой, которая . имеет- разрез здоль прямолинейной образующей) Т-поле эквивалентно

полю Т„ (X, У, tt.) ее плоской развертки. Расчет же Т-поля на замкнутой оболочке связан с необходимостью учета ка ней тожественности путей передачи температурных возмущении от источника в исследуемую точку вдоль соединяющих их всевозможных бинтовых линий. Поле (х-, </>, в этом случае определяется суммированием всех таких возмущений, что приводит к появлению в подинтег-¿алышх выражениях тэта-функции Якоби:

rpt лf у. \ * О-л

—TïitT)—

I

(о< t'< и< t).

(12)

Здесь | X , - цилиндрические координаты; $ - радиус оболочки;

- у и* %(£)- уУЛ" параметрические уравнения траек-

тории источника; ¡1 и ¡2 - аргументы тэта-функции:

в3 (h,и) - i+ZY^-èinUi), h-гхр.

Л~1

(13)

27 ^Çy-wt';]. л ,

Формула (12), в соответствие с правилом расширения (4), при tKmt выражает Т-поле насыщения, при tK<t - Т-поле выравнивания. Из (12) и (13) следует:

У fa «¿,4) - TK(t,y,t,tK)- , ^ (14)

- погрешность расчета Т-полл на ДО при использовании модели плоского процесса теплопереноса. Показано, что £ < 0,01 прир^З-^-и становится пренебрежимо малой с ростом р . При уменьшении Р величина £ резко возрастает (например, £ > 0,045 Частные случаи формулы (12):

I) Т-поле при сварке с постоянной скоростью ( V « СОП$Ь) по винтовой линии о углем подъема V на ДО:

уравнения движения: ИП^у ЩГ^гССкУ, 0<^<Ь<Ьк:

и

1

о

—штч!—

2) Т-поле при сварке продольного два на ЦО:

(16)

3) Т-поля при сварке кольцевого два:

"К

г л. ГЛ- ^ся^/ ,<>

Б подвижных координатах, враиапсихся вместе с источником:

и

* (№')

2 1

в

"Предельное (квазистационарное) вращающееся Т-поле, при = const и t=tr—~co:

ww (-Bs^mifi) m

где ■

Экспериментальная проверка моделей Т-полей, проведенная ирг кольцевой сварке тонких труб малого диаметра ( S = I мм, oi = 2040 мм) из стали XI8EI0T, подтвердила их корректность и годность для анализа термического-состояния цилиндрических оболочек путем проведения' вычислительных экспериментов.

Четвертая глаза посвящена-разработке метода локальной стабилизации температуры (ЛСТ) в зоне формирования шва при круговой и кольцевой сварке- путем, программного управления-погонной энергией ^ = -Е- , рассчитанного при постоянстве V и изменении ^ = р (t).

П Окружность траектории источника теплоты делится на п равных частей. Ставится 'задача: определить ступенчато-постоянную функцию^ -(t ), соответствующую этому разбиению окружности:

const, tf-f^t^ tK к =1,2, ... п,

которая обеспечивала бы одинаковость температуры в одной заранее выбранной точке N ( Z , А )-подвижного- поля в окрестности источника в моменты t tк (т.е. в моменты изменения мощности), т.е.:

T(tt&)<rTN~■■const, t = tx1 к = 1,2, ... а.

В такой постановке обратная краевая задача теплопроводности по определению О— 0.(t), при наличии предложенных в главах П и Ш решений для Т-полев выравнивания, сводится к решению системы п. линейных алгебраических уравнений:

- Щ' (20)

Здесь и - матрицы-столбцы, причем в ^Ту}" все л

элементов одинаковы и равны ; ~ тРеУгольная ыатри-

ИВ коэффициентов единичного влияния (КЕВ), определяемых выраженк-ями:

I) для кругового шва на пластине:

*1

с ' № *Н

(21.1)

2) для кольцевого шва на цклиндричсскоП оболочке:

(21.3)

3) при ¿>к:

$кГ°> г3* кп ;

#>•7 £ *

Физический смысл коэффициентов ¿5 • : каждый га них огроде-ляет температуру выравнивания в точке N (Z , Д ) б момент Ьк от единичного источника теплоты (^ = I Ет), действовавшего на луго М М при движении по окружности в промежутке в'ре*

п (О ** " ^

лени

рФ- п (О ^ .1 и)

Здесь - длительность этого промежутка,

и) --3— угловая скорость источника; к , к = 1,2, ...Л.

Показано, что инвариантны относительно врапетат системы координат вокруг це:

0 ' 0 ... 0 0

А» А, ^ ... 0 0

В* - • • • • • • 0 0

0

ё/7-р &21 4/1

Л *

имеет вдц:

7*

Я (22)

£

Решение системы (22) рекуррентное:

l-.fr о. я П -Jk-

Он 1 = 1 ' Off

т.е. каждое значение (j,K вычисляется через линейные комбинации предыдущих, ранее вычисленных значений ...

Показано, что точка управления N ( %N , ¿^ ) должна находиться на пересечении фронта затвердевания с осью шва, т.е., должна иметь температуру плавления: Т^ =-ТШ1.,

При равномерном формировании шва положение точки N относи -тельно источника в процессе движения должно оставаться фиксированным, что имеет место в процессе'фошииования прямолинейного шва при сварке на пластине. Тогда

\=\Х\\ Х< 0, (24)

где X определяется из уравнения квазистаднонарного Т-доля для температуры Т^ без учета поверхностного теплообмена:

Т =—— ехд (25)

Здесь '(j,0 - номинальное значение эффективной тепловой модности источника для заданной толщины и заданного материала пластины»

Штая глава посвящена практическому использованию метода ЛСТ с целью стабилизации форлирования круговых и кольцевых сварных дшов малого диаметра в технологиях изготовления авиационных--ГТД.

Показано, что относительные изменения вдоль свариваемого стыка ширины проплава ft(t)= ^ н температуры в точке уп -равлекия N ( lN , AN ), равно! f (t) 'nJ ■ , близки по значению: jb(t)# • Здесь B(t) ширина проплава, Т(i) - расчетная температура в т.Д/ ; - номинальная (эталонная) ширина проплава, соответствующая квазистационарной температуре Т TJl з т./V . Найденная аналогия значений p(t) к Ц1 (t) позволяет применить метод ИСТ при сварке швов малого диаметра.

Установлено, что при сварке жаропрочных сталей ЭИ696А и ЗП6ЭЗ ЭП693ВД, используемых в ГТД, сварные швы при р > 0,1 имеют дефекты, связанные с перегревом зоны формирования ива (микро и макротрещины, прожоги). В то же время на участках швов, гдер < 0,1, дефекты такого характера отсутствуют. Следовательно, круговые и кольцевые ивы, характеризующиеся значением р > 0,1 (р >0,1) должны свариваться при регулировании тепловложением в шов. Такие швы определены как "швы малого диаметра", поскольку именно уменьшение диаметра контура сварки при всех других неизменных условиях, приводит к существенному перегреву в зоне формирования шва, и, как следствие, к его нестабильности.

Критерий малости диаметров швов выражен через комплексный безразмерный параметр, подобный числу Пепле:

Ре

2а

Показано, что круговыми швами малого диаметра на пластине являются швы, характеризующиеся Ре < 10. Кольцевые швы на цилин -дрических оболочках являются малыми при Ре < 1,5.

Для практической реализации метода ЛОТ путем регулирования тепловой мощностью в процессе сварки разработан блок снижения тока сварочной дуги БСТ-1. Елок позволяет осуществлять ступенчатую регулировку тока з ручном и автоматическом -режимах за счет вклю -чения резисторов в цепь управления током выпрямителя сварочного источника. Снижение сварочного тока может быть осуществлено от 10 до 30 % через катдае 2 % гои величины начальной уставки тока. Время переключения между двумя ступенями. регулируется в автоматическом цикле в пределах от I о до 10 с, время сварки до начала переключения (без изменения тока) - от 0 до 42 с (через 2 с), или от О до 210 с (через 10 с).. Число ступеней переключения тока - 25.

Устаройство БСТ-1 использовалось при освоении технологии сварки крепежных и коммутационных деталей малых диаметров (фланцев, штуцеров, бобышек и др.) с сотовыми оболочками звукопоглощающих конструкций (ЗПК) из титанового сплава СТ4. Толщина свариваемых кромок 0,5 мм, радиуса р ввариваемых элементов от 5 до 50 мм. Параметры решила автоматической АрЦС неплавящимся электродом: номинальна ток (начальная уставка сварочного тока) й = 30 -г 40 А, и = 8 1 10 В. к.п.д. п = 0,75, V = 6 * 15 3 (0,17 ^ 0,42 ).

с 4 0

При этих условиях, с учетом теплофизических параметров сплава 0Т4, I < Ре < 25, и, следовательно, есть швы с малыми Ре (Ре<10Н

• - /7

формирование которых при неизменной.погонной энергии происходит в условиях существенного нарастания температуры в контрольной точке /V (рис.2). Изменение эффективной тепловой мощности сварки по законам, рассчитанным методом 1СТ (рис.3), позволило стабилизировать температуру точки /V в'пределах у < 0,1 (рис.4), чем обеспечена стабильность ширины проплава не менее чем на 95 %,

При разработке технологии сварки штуцеров диаметров 23 мм к днищам емкостей высокого давления из высокопрочной конструкционной стали 26Х2НВМБР (КЗК26) расчетное снижение сварочного тока било равным 13 %, начало снижения - после прохождения 300 0 траектории. Обеспечено равномерное формирование проплава и получение бездефектного шва.

В приложении приведена вычислительная программа на языке Бейсик закона изменения эффективной тепловой мощности по алгоритму метода ЛС? при сварке кругового шва.

ОБЩЕ ВЫВОДЫ

1. Неравномерность формирования круговых и кольцевых швов в процессе сварки, обусловленная кривизной и замкнутостью контуров, гложет быть оценена через безразмерный параметр типа Пекле (Рв ), прямо пропорциональный диаметру контура и скорости сварки и обратно пропорциональный коэффициенту температуропроводности свариваемого металла. Уровень неравномерности формы шва тем выше, чем меньше значение его параметра Рв.

2. На основе уравнения температурного поля пластины при действии в ней движущегося по произвольной криволинейной траектории линейного источника тепла получены уравнения температурных полей при сварке круговых швов на пластинах и кольцевых, продольных и винтовых на цшшндричедких оболочках. Сравнение расчетных температур с экспериментальными в четырех фиксированных точках показало, что расхождение между ниш не превышает 10 %.

3. Доказано, чао уравнения температурных полей периодов тепло-насыщения ( Тй ) и выравнивания температур ( Ть ) аналитически выражаются формулами, отличающимися только верхними пределами интегралов. Уравнение роля Тн преобразуется в уравнение Т^ , если вместо реального времени в верхнем пределе интеграла 7Х поставить значение момента начала процесса выравнивания температур. Этот метод определения , названный правилом рас-

о и р в н ж я, имеет обдай характер независимо от формы контура сварки н законов изменения мощности я скорости источника тепла.

4. Температурные поля при сварке на разомкнутой и замкнутой цилиндрических оболочках имеют принципиальное отличие.

В первом случае температурное поле оболочки адекватно полю ее плоской развертки от действия на ней образа источника, а во втором првдотавляет собой поле этой развертки от действия бесконечного множества образов источника на плоскости, получающихся на ней при непрерывном прокатывании цилиндрической оболочки. Это отличие сказывается тем больше, чем меньше диаметр оболочки.

5. Для обеспечения постоянных размеров швов при малых значениях Ре достаточно снижать монотонно одну тока в процессе сварки. Разработан метод локальной стабилизации температур: (метод ЛСТ), позволяющий рассчитать программу ступекчато-поотаянного снижения мощности источника тепла при условии сохранения постоянства длины оварочной ванны на любом участке траектории источника. Расчет сводится к системе линейных алгебраических уравнений с треугольной матрицей и потому разрешаемой рекуррентно.

6. Для управления нагревом металла в процесса сварки разработан блок снижения СЕарочного тока БСТ-1, позволяющий ступенчато сникать силу электрического тока дуги в соответствии с программой изменения тепловой мощности, рассчитанной методом ЛСТ. Елок' устроен по принципу программно-ступенчатого изменения задающего сигнала и подключается в цепь управления током сварочных выпрямителей типов ВСВУ и ТИР.

7. Результаты исследований использованы для корректировки технологии сварки фланцев с оболочками звукопоглощающих конструкций и штуцеров с днищами емкостей высокого давления. Установлен недопустимей уровень неравномерности формирования, швов, равный или превышающий 10 % от номинальной ширины шва, для случаев сварки на тонкостенных (1-5 мм) конструкциях ТТЛ. Показано, что для круговых швов это имеет место при Р/ < (3, для кольцевых - при

Ре < 1,5. Б процессе управления нагревом таких швов сумма? -нов снижение силы тока - до 30 %, начало онтенпя на участке траекторий до 330 0 углового пути сварочной чугп.

Экономический аффект от внедрения в промышленное производстве только "на одном предприятии составляет 97 тыс.рублей в год (доля автора 20 %). Основная часть экономик получена за счет повышенгл качества и точности сварных соединений, за счет снижения сэбестои-

мости при'замене ручного способа сварки и прихватки в камере о; контролируемой атмосферой на автоматическую сварку и прихватку без камеры, за счет снижения веса при исключении применения присадочной проволоки. :•.'''

Основное содержание диссертации отражено в работах:

1. Сайфеев Р.З. Температурные поля от источников, тепла, движущихся по произвольным непрерывным контурам: В сб.: / Теплофизика технологических процессов. Куйбышев: 1970, 341 с.

2. Сайфеев Р.З. Температурное поле при сварке пластин по криволинейным контурам. // Сварочное-производство, IS68, ib 9. С.6-7.

3. Столбов В.П., Сайфеев Р.З., Иштыков Ю.В. Особенности формирования температурного поля при сварке круговых швов: В сб. трудов CI7 / Теплофизика технологических процессов, вып. 2, Саратов: 1975. С .106-113.

' 4.'Сайфеев Р.З. Вольман И.Ш. Расчет температурных полей'и регулирование тепловложения при сварке цилиндрических оболочек.// Сварочное производство, 1979, JB 9. С.1-2.

5. Сайфеев Р.З., Иштыков Ю.В., Ступаченко И.Г. Тешгофизичес-кие процессы при сварке кольцевых соединений: Сб. трудов научно-технической конференции по сварке. Куйбышев, 1975. 224 с.

6. Сайфеев Р.З., Казаков Ю.В., Иштыков Ю.В., Бубнов В.А. Управление нагревом при круговой и кольцевой сварке. / Технологическая теплофизики. Сб. тезисов докладов УП Всесоюзной научно-технической конференции. Тольятти. 1988. С.92-93.

7. Сайфеев Р.З., Штыков Ю.В., Михеев Ю.Б., Чертков Б.З. Стабилизация тепловых характеристик при сварке круговых швов малых, диаметров. / Теплофизика технологических процессов: Сб. докладов 4-ой Всесоюзной научно-технической конференции. Тольятти, 1976. 210 с.

8. Авторское свидетельство № 4779D7 (СССР). Коммутирующее устройство. / Сайфеев Р.З., Селяненков В.Н. Опубл. е. Б.И. IS75,

Я 27.

9. Авторское свидетельство Л 480928 (СССР). Устройство для измерения давления сварочной дуги / Сайфеев Р.З., Селяненков В.Н., Теряев Н.Р., Ступаченко Ы.Г. Опубл. в Б.И. 1975, II 30.

10. Авторское свидетельство JS 479575 (СССР). Устройство для измерения сварочной дуги. / Сайфеев Р.З., Селяненкоз Б.П., Теря-ев П.Р., Ступаченко М.Г. Опубл..в Б.И. 1975, }'■ 29.

Схема расиёта Т пола при кригобой сбарке дг

УпраЬгнил нагребем методом JICT

Рис.4

Т-полг Sei управления нагрейом

Т-полг при упраблгнии. нагребем методом ЛОТ

О ff jptf Рис.2

0 Т ^ Т^ ^ Рис А