автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Технология контактной стыковой сварки оплавлением тонких металлических полос

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ Институт электросварки им. Е. О. Патона

РГь ОД

ДУБКО Н0

Андреи Григорьевич

УДК 621.791.762

ТЕХНОЛОГИЯ КОНТАКТНОЙ СТЫКОВОЙ СВАРКИ ОПЛАВЛЕНИЕМ ТОНКИХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОЛОС

05.03.06. Сварка и родственные технологии

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киев -2000

Диссертацией является рукопись.

Работа выполнена в Институте электросварки им. Е.О.Патона HAH Украины

Научный руководитель: доктор технических наук, академик

HAH Украины

Лебедев Владимир Константинович Институт электросварки им. Е.О. Патона HAH Украины, заведующий отделом

Официальные оппоненты: доктор технических наук, старший

научный сотрудник Письменный Александр Семенович Институт электросварки им. Е.О. Патона HAH Украины, заведующий отделом

кандидат технических наук, доцент Болотов Геннадий Павлович Черниговских государственный технологический университет, доцент кафедры "Сварочное производство"

Ведущая организация: Национальный технический университет

Украины « Киевский политехнический институт », г. Киев

Защита состоится 2000 г. в '/^'часов на заседании

специализированного ученого Совета Д 26.182.01 при Институте электросварки им. Е.О.Патона HAH Украины, 03150, г.Киев - 150, ул. Боженко, 11.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке института, по адресу: 03150, г. Киев - 150, ул. Боженко, 11.

Автореферат разослано "¿Кк " 2000 г.

Ученый секретарь

специализированного ученого совета, доктор технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Полосы из инструментальных сталей применяются для изготовления ленточных пил, ножей и многих других изделий. При изготовлении непрерывных ленточных пил большей частью используется контактная сварка оплавлением, которая позволяет получить надежно работающие сварные соединения. Наметилась тенденция к использованию особо тонких полос, более стойких при работе в условиях резкой знакопеременной нагрузки и обеспечивающих разрезание материалов с меньшей затратой энергии. Однако при толщинах полос 1мм и менее возникают затруднения, вызванные образованием в соединениях дефектов. Природа этих дефектов связана с особенностями протекания процесса оплавления, а также потерей устойчивости кромок при осадке. Нам предстояло выявить эти особенности и с учетом их создать лабораторный образец оборудования, на котором можно было бы проверить сделанные предположения и снизить вероятность образования дефектов.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с темами: №1.77/3 "Разработка экономичных преобразователей энергии для сварки, пайки и термообработки, оптимизация их характеристик по технологическим параметрам" шифр темы 1.6.1.1.77.3 выполненной по распоряжению бюро ОФТПМ HAH Украины; №1/7 "Исследование технологических и энергетических особенностей использования переменных токов широкого спектрального состава при контактной сварке, разработка автоматизированных генераторов таких токов и технологий ", шифр темы 1.6.1.1.7 выполненной по распоряжению бюро ОФПТМ HAH Украины (протокол №8 от 13.05.97.).

Цель работы - разработка новой технологии контактной стыковой сварки металлических полос толщиной 1 мм и менее, в частности режущего ленточного инструмента сечением 0,8X25,0 мм из сталей У8, У8А , а также термической обработки сварных соединений из этих сталей для получения экономичного деревообрабатывающего инструмента с высокими эксплуатационными свойствами.

Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие задачи:

- исходя из критериев физического подобия протекающих при оплавлении процессов, изучены и проанализированы особенности непрерывного оплавления тонких полос, выявлены определяющие критерии;

- установлены и обоснованы эффективные пути по борьбе с образованием дефектов в сварных соединениях, на их основе

разработана технология контактной стыковой сварки

оплавлением гибкого режущего инструмента;

разработано лабораторное оборудование, реализующее данную технологию сварки;

- на основании проведенных всесторонних исследований сварных соединений разработана технология их термической обработки.

Методы исследований. Исследования проводились с применением физического моделирования изучаемых процессов, математического моделирования лабораторного сварочного оборудования, осциллографического и дилатометрического наблюдений, измерения микротвердости, исследования шлифов сварных соединений, механических испытаний.

Научная новизна полученных результатов:

1. Установлен новый определяющий критерий физического подобия процесса оплавления тонких полос (1 мм и менее), связывающий частоту переменного тока / с линейным размером / (в данном случае с толщиной полосы). Из этого критерия вытекает соотношение 1 / Р, из которого следует необходимое повышение частоты переменного тока при уменьшении толщины полосы. При устойчивом оплавлении это соотношение обеспечивает геометрическое подобие рельефа оплавляемых поверхностей, что является одним из главных условий получения соединений высокого качества.

2. Установлено, что известный критерий подобия пластических деформаций в данном случае не является определяющим. Быстрое обновление жидкого металла на оплавляемой поверхности (скорость оплавления Уопд ~ 1 II) и благоприятный рельеф поверхностей (глубина кратеров ~ 1 / / ) позволяют получать соединения без макродефектов при низких давлениях по сравнению с рекомендуемыми для полос большей толщины.

3. Разработана и исследована, с учетом особенностей оплавления, математическая модель тиристорного инвертора, позволяющая выбрать основные параметры его элементов (диодов, тиристоров, коммутирующей емкости, коммутирующей индуктивности и т.д.).

На защиту выносятся такие научные положения:

1. Соотношение, вытекающее из подобия тепловых процессов, которое связывает частоту переменного тока с линейным размером.

2. Возможность получения соединений при низких давлениях во время осадки.

3. Целесообразность использования преобразователей, обеспечивающих получение прямоугольного выходного напряжения повышенной частоты.

4. Математическая модель, которая позволяет выбрать основные параметры тиристорного инвертора, работающего в специфических условиях контактной сварки.

5. Новая технология контактной стыковой сварки оплавлением, отличающаяся использованием напряжения прямоугольной формы повышенной частоты, низким давлением при осадке, и режимом сварки, полученным с помощью определяющих критериев физического подобия.

Практическое значение полученных результатов состоит в том, что определены требования к новому оборудованию для сварки оплавлением тонких (1 мм и менее) полос из инструментальных сталей.

Реализация результатов работы.

Разработанная технология сварки формирующей ленты сечением 1X25 мм из низкоуглеродистой стали прошла опытно-промышленную проверку в Украинском научно-исследовательском институте авиационных технологий.

Проведена опытно-промышленная проверка новой технологии сварки и термической обработки ленточных пил сечением 0,8X25,0 мм из инструментальных сталей в Киевской коммерческой фирме "НАВКО".

Личный вклад соискателя. Автор произвел анализ процесса оплавления тонких пластин, пользуясь критериями физического подобия тепловых и электромагнитных процессов, протекающих при сварке. Результаты анализа проверены автором экспериментально. Обоснована возможность получения качественных сварных соединений тонких полос с использованием токов повышенной частоты. Учитывая особенности работы стыковых машин, выбрана схема преобразователя частоты.

Разработана методика расчета отдельных его частей. Собрана и налажена система преобразования электрической энергии, выполнена экспериментальная работа с целью оценки перспективности новой системы питания для контактной стыковой сварки оплавлением.

Разработана новая технология контактной стыковой сварки оплавлением гибкого режущего инструмента сечением 0,8X25,0 мм из инструментальных сталей У8, У8А, а также разработана технология их термической обработки.

Апробация результатов диссертации. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на

специализированном семинаре при Институте электросварки им.Е.О.Патона HAH Украины (Киев, 17.02.2000 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 статьи в научных журналах.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из вступления, пяти разделов с выводами по каждому разделу, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа имеет 150 страниц, в том числе 100 машинописного текста, 43 рисунка, 10 таблиц, список использованной литературы с 114 наименованиями.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во вступительной части показана актуальность темы исследований, сформулирована цель исследования. В этом же разделе приведено короткое содержание работы и основные положения, которые выносятся на защиту.

В первом разделе представлен обзор литературы по теме диссертационной работы, проанализированы условия получения сварных соединений тонких полос при различных видах сварки. Показано, что для этой цели наиболее перспективной является контактная стыковая сварка оплавлением.

При сварке оплавлением полос толщиной 1 мм и менее нередко возникают трудности по двум основным причинам. Первая причина сопряжена с относительно высокой степенью вероятности образования сквозных дефектов, образующихся в результате того, что на оплавляемых поверхностях образуются глубокие кратера, которые даже при высоких давлениях полностью не закрываются. Вторая причина состоит в том, что при высоких давлениях, необходимых для закрытия кратеров нарушаются устойчивость выступающих за пределы электродов кромок ("вылетов"), что приводит к их смещению относительно друг друга - образуются дефекты в виде "нахлестов".

На основе анализа литературных источников сформулированы задачи исследований.

Во втором разделе для выявления путей преодоления указанных трудностей автором были проанализированы критерии физического подобия процессов, происходящих при оплавлении. Принято считать определяющими:

критерий подобия пластических деформаций Барбара-Кика -

П =к-р;

критерии подобия электрических цепей -

n'l = Дк.з / Rk и n"i = Хк.з /Rk ;

критерии подобия тепловых процессов -

Пз = atll2 , Ш = Ui IpXG- Фурье, Ш = Vonn lia- Пекле.

Выше были приняты следующие обозначения: к - коэффициент, зависящий от свойств материала; р - давление; RK - сопротивление сварочного контакта в процессе сварки; Хк.з, R-кз - реактивное и активное сопротивления короткого замыкания сварочной цепи; р -удельное сопротивление; t - время; а - коэффициент температуропроводности; / - характерный линейный размер (в данном случае равный толщине пластины); Ui - напряжение, приложенное к сварочной цепи; X - удельная теплопроводность ; 0 - температура; Vorui- скорость оплавления.

Из приведенных критериев, для ряда геометрически подобных изделий из одного и того же материала, вытекают следующие пропорциональные соотношения:

р = const, Zk.3 ~ 1 II, Хк.з -III, Rk.3 ~lll, t ~ Z2, Ui = const, Vonn ~ I II.

Из этих соотношений следует, что ток i ~ I, плотность тока

При сварке тонких полос важно предупредить чрезмерное увеличение элементарных контактов, после которых остаются глубокие кратеры. Наиболее крупные элементарные контакты образуются, если их зарождение относится к тем моментам времени, когда напряжение переменного тока еще невелико. При этом в результате непрерывного встречного движения оплавляемых заготовок создаются условия для роста поверхностей их соприкосновения. Очевидно, чем выше скорость нарастания напряжения, тем интенсивнее выделение энергии в контакте и меньше вероятность образования крупных контактов. При постоянном действующем значении напряжения скорость нарастания зависит от частоты переменного тока. Из безразмерного времени протекания переменного тока cot (а> - круговая частота переменного тока) и критерия Фурье Пз вытекает еще один критерий

Пб = соР/а Пз.

Из которого следует пропорциональное соотношение

ПР.

Можно предполагать, что при сварке тонких полос критерий Ш является определяющим, но для этого нужна экспериментальная проверка.

Далее, был получен критерий устойчивости кромок при осадке

где Д, - сила осадки; к -вылет; Е - модуль упругости; I - момент инерции.

При одном и том же материале, заданном давлении р и геометрически подобных поперечных сечениях полос устойчивость обеспечивается при условии постоянства соотношения 81 И, где 3 - толщина пластины.

При малых толщинах и высоких давлениях такое соотношение трудно выдержать. Даже очень небольшие смещения кромок приводят к их недопустимым смещениям друг относительно друга. Поэтому нужно искать пути снижения давлений.

Далее, рассмотрены условия разрушения элементарных контактов-перемычек с позиции физического моделирования.

На рис. 1. показано, что в центральной части перемычки ( по которой идет разрушение) давление создаваемое поверхностным натяжением £>п.н<0, т.е. в этой области разряжение. Электромагнитные силы создают в жидком металле давлениер3.м>0.

Был получен еще один критерий, определяющий характер разрушения перемычек под действием электромагнитных сил и поверхностного натяжения

П8 = Рэм I Рп.в ~ Но у2 Р I о;

(ро - магнитная постоянная ; сг - коэффициент поверхностного натяжения). Откуда вытекает пропорциональная связь между плотностью тока/ и линейным размером I

7-3/1.

Как видно, приведенное соотношение и соотношение между плотностью тока и линейным размером, полученное из условия теплового подобия (у~ 1 //) различны. Критерии несовместимы.

Следовательно, рассматриваемые процессы при точном выполнении всех критериев подобия, вытекающих из тепловых процессов, нельзя считать в полном смысле подобными. Они различны в части, касающейся механизмов разрушения перемычек. Данные отношения могут указывать на тенденции изменения характера разрушения в засимости от линейного размера /. На рис. 2. приведены зависимое™ у от /.

Из сопоставления пропорциональных связей между плотностью тока и линейным размером вытекает, что при больших

рэм и давления, создаваемого поверхностным натяжением рп.н-

Рис. 2. Зависимость плотности тока у от линейного размера / при различных условиях разушения перемычки : 1 -.за счет перегрева, 2 -под действием электромагнитных сил.

линейных размерах влияние электромагнитных сил на разрушение перемычек должно быть больше влияния перегрева, а при малых

линейных размерах наоборот, главенствующее значение должен получить перегрев. Это обстоятельство нежелательно, так как должно способствовать к углублению кратеров. В связи с этим представляется целесообразным использование преобразователей, обеспечивающих получение напряжения повышенной частоты прямоугольной формы.

В третьем разделе рассмотрены особенности работы преобразователя частоты, в специфических условиях сварки оплавлением. К преобразователю для сварки оплавлением следует предъявить следующие требования:

- преобразователь должен работать на активно-индуктивную нагрузку;

- преобразователь должен быть работоспособным при резком изменении сопротивления сварочного контакта Лк между свариваемыми деталями и обладать наименьшим внутренним сопротивлением.

Нами был выбран тиристорный преобразователь частоты (инвертор). Произведен анализ его работы. Для каждого из этапов работы инвертора, в пределах одного полупериода переменного тока, составлены схемы замещения, основные уравнения для токов и напряжений, определены начальные условия для каждого этапа. Совместное решение уравнений, описывающих процессы в пределах периода, произведено нами численным методом на персональном компьютере. Исходные уравнения представлены в безразмерной форме. Мгновенные и действующие значения напряжений отнесены к напряжению питания инвертора 17. Время отнесено к периоду переменного тока повышенной частоты Т. Мгновенные и действующие значения токов отнесены к величине и Т/41А+Ь. Где Ь<1 - индуктивность в цепи постоянного тока, Ь - индуктивность нагрузки, приведенная к первичной обмотке.

Внешние характеристики сварочной машины с инвертором в относительных единицах показаны на рис. 3. для различных соотношений ЬсНЬ. На этих же рисунках даны зависимости действующего значения тока г'й?, протекающего через индуктивность Ьс1 от действующего значения тока / , протекающего через нагрузку. Поскольку внешние вольтамперные характеристики (ВАХ) близки к линейным зависимостям, были вычислены средние значения сопротивления короткого замыкания машины с инвертором 7. в зависимости от соотношения ЬсИЬ. Как видно из рис. 4. сопротивление X падает по мере увеличения соотношения Ld.IL.

Поэтому казалось бы следует выбирать индуктивность Ьс1 достаточно большой.

/

Рис. 3. Внешние вольтамперные характеристики (ВАХ) сварочной машины с инвертором и зависимости тока от тока г (в относительных единицах) для различных Ьс1/Ъ.

3000 Z, 2000 мкОм 1000 0

0 12 3 4 5

и/ь

Рис. 4. Зависимость сопротивления 2 от соотношения Ьс1/Ь.

Но внешняя вольтамперная характеристика определяет свойства машины в статике. Нас интересует не только статика, но и динамика, определяющая реакцию машины на образование контакта.

Чем выше скорость возрастания тока, тем быстрее должен нагреваться и разрушаться элементарный контакт. В этом отношении индуктивность 1Л играет отрицательную роль, так как начальная скорость изменения тока тем меньше, чем больше 1x1. Поэтому индуктивность Ьй следует выбирать наименьшей, чтобы снизить вероятность образования крупных контактов. Поскольку нельзя расчитывать на полное исключение вероятности образования

относительно крупных контактов, представляется целесообразным выбирать индуктивность Ьс1 по возможности меньшей, но такой, чтобы ток короткого замыкания в статике был достаточно большим. Этому условию удовлетворяет значение Ьс1/Ь = 0,5...1,0. В экспериментальной установке выбрали Ьй/Ь-0,86, при этом среднее значение сопротивления, приведенного ко вторичному контуру составляет около 1400 мкОм .

На основе расчетов выбраны параметры инвертора. Собрана лабораторная установка необходимая для проведения экспериментов (рис. 5.).

В четвертом разделе с помощью лабораторной установки выполнены эксперименты, подтверждающие возможность физического моделирования устойчивости процесса оплавления тонких полос на режимах, определенных по критериям физического подобия тепловых и электрических процессов.

На рис. 6. показаны осциллограммы вторичного напряжения и тока во время устойчивого оплавления.

Уменьшение толщины полос при одновременном повышении частоты приводит к приблизительно пропорциональному уменьшению размеров элементарных контактов и, соответственно, искровых зазоров.

Были проведены специальные эксперименты по оплавлению при толщинах полос 0,8 мм (частота 330 Гц) и 2 мм (частота 50 Гц). Соотношение толщин 0,8 / 2,0 = 0,4 и соответственно соотношение частот 330 / 50 ^ 1 / (0,42) На рис. 7. показаны профилограммы исследуемых образцов.

Среднее арифметическое значение величины зазора составляет для частоты 50 Гц (ширина пластины 30 мм, толщина 2 мм ) ^ср.50 = 0,419 мм при дисперсии £ = 0,319 мм, а при 330Гц (ширина пластины 10,0 мм, толщина 0,8 мм) ^ср.ззо = 0,117 мм при дисперсии 0,0615 мм.

Отношение средних значений искровых зазоров 0,117/ 0,419=0,28 несколько меньше отношения толщин, что, видимо вызвано использованием для сварки более тонкого образца напряжения прямоугольной формы, способствующего получению более равномерного рельефа оплавления поверхностей. Что касается дисперсий, то их отношение 0,0615/0,319=0,19 близко к отношению средних значений искровых зазоров.

Из этого эксперимента видно, что приближенное физическое подобие распространяется и на искровой зазор между оплавляемыми

14

5 ~1о ьи

Т N

Рис. 5. Блок-схема лабораторной установки: 1 - свариваемые детали; 2,3 -токоподводящие зажимы; 4 - сварочный трансформатор; 5 -инвертор; 6 - выпрямитель; 7 - автотрансформатор; 8 - механизм оплавления; 9 - пояс Роговского; 10 - интегратор; 11 - датчик перемещения; 12 - устройство связи; 13 - ЭВМ; 14 - блок управления инвертором; Изаж - усилие зажатия деталей; Рос - усилие осадки

1 II »

Щ/ !

^! I

I'. >М 1 ;Т " \ л г

у ' V V

т

"V, (

М

и | А-

I а

I

(Ч^ Г»-

Ц] Ы

'А

к-1 Ш и!

МГЛ

¡г

Рис. 6. Осциллограммы тока (а) и напряжения (б) во время устойчивого оплавления.

образцами. Нужно учесть также, что уменьшение толщины полосы создает более благоприятные условия для удержания пленки расплавленного металла на оплавляемых поверхностях и в непосредственной близости к ним, что должно благоприятствовать образованию соединений высокого качества.

Рис. 7. Профилограммы искровых зазоров исследуемых образцов: а -0,8X10,0 мм; б - 2Х30мм.

При уменьшении относительной неровности оплавляемых торцов (уменьшение глубины кратеров) и интенсификации процесса оплавления (повышение скорости оплавления) возникают условия, при которых подобие пластических деформаций становится не обязательным для образования соединений, свободных от окисных включений. Образование соединения возможно при более низких давлениях, чем при сварке более толстых полос, если конечно режим сварки выбирается в соответствии с определяющими критериями физического подобия.

Полосы толщиной от 0,4 мм до 0,8 мм свариваются без дефектов при давлении 8... 10 МПа. Приведенный выше критерий подобия пластических деформаций П в связи с этим нельзя считать определяющим. Благодаря низкому давлению (на порядок) сводится к минимуму образование дефектов типа "нахлест".

При испытании на число перегибов основного металла и сварного соединения со снятым усилением из низкоуглеродистой стали сечением 0,4X22,0 мм среднее количество перегибов для основного металла 83, а для сварного соединения 78,2. Разброс значений для основного металла в пределах 78 - 90, а для сварного соединения 73 - 85.

Тоже можно сказать и о соединениях из высокоуглеродистой стали, но после термической обработки.

В пятом разделе исследованы сварные соединения гибкого режущего инструмента после сварки и разработана технология их термообработки.

Известно, что при быстром нагреве аустенитное зерно получается меньшего размера, чем при медленном. В связи с этим нагрев при сварке тонких полос из инструментальных сталей, произведенный с большой скоростью в соответствии с критериями физического подобия, сопровождается формированием в зоне соединения мелкозернистой структуры с мелкоигольчатым мартенситом. В такой структуре мартенсита микротрещины не наблюдаются.

Исходя из известного режима сварки, по критериям подобия был пересчитан режим сварки полос сечением 0,8X25,0 мм. Этот пересчет носит лишь ориентировочный характер, так как физические свойства низкоуглеродистой стали заметно отличаются от свойств углеродистой инструментальной стали. В связи с этим подобранный нами режим (табл. 1.) был проверен на больших партиях контрольных образцов, подвергавшихся последующим механическим испытаниям.

Таблица 1. Оптимальный режим сварки

Параметр Значение

Установочная длина, мм 2X3

Напряжение х.х, В 5,5

Припуск на оплавление, мм 2,8

Длительность оплавления, с 0,8

Припуск на осадку, мм 1,0

Средняя скорость опл, мм/с 3,5

Давление, МПа 8-10

Записи термического цикла сварки, анализ термокинетической диаграммы распада аустенита в стали У8, дилатометрические исследования зоны соединения, замеры твердости убедительно говорят о том, что при сварке гибкого режущего инструмента из сталей У8, У8А в зоне сплавления образуется тетрагональный мартенсит. Как ожидалось, сварные соединения хрупки и при попытке их испытаний на загиб сразу лопаются.

В связи с этим была необходима их последующая после сварки термообработка непосредственно в зажимных приспособлениях

сварочной машины, как вариант наиболее простой и доступной обработки в условиях контактной стыковой сварки.

В ходе работ было установлено, что термообработка, заключавшаяся в нагреве участка сварного соединения непосредственно в зажимах сварочной машины при однократном и многократном импульсном нагреве не повышает в достаточной степени пластичность зоны сварки.

Высокие механические свойства сталей У8, У8А, в том числе и пластические, обеспечивает структура мелкозернистого сорбита. Она может быть получена специальной термической обработкой (изотермический отжиг) т.е. операцией в которой сорбит образуется непосредственно из аустенита минуя мартенситную область.

Рационально выбранное время и температура при изотермическом отжиге позволили сформировать мелкодисперсную зернистую структуру после термообработки .

Полученные значения числа перегибов сварных соединений из стали У8 сечением 0,8X25,0 мм после термообработки близки к соответствующим показателям основного металла. Среднее количество перегибов для основного металла 8,5, а для сварного соединения 8,2. Разброс значений для основного металла в пределах 8 - 9, а для сварного соединения 7,5 - 9.

ВЫВОДЫ

1. Для соединения тонких (1мм и менее) полос из углеродистых сталей, в том числе инструментальных, наиболее перспективной следует считать контактную стыковую сварку оплавлением. Наиболее распространенные дефекты соединений таких полос, получаемых на распространенных машинах, вызваны отступлением режимов сварки от условий, обеспечивающих физическое подобие протекающих при оплавлении процессов.

2. Соотношение, вытекающее из подобия тепловых процессов и связывающее частоту переменного тока с линейным размером, при сварке тонких полос становится определяющим.

3. При выборе режима сварки в соответствии с критериями подобия тепловых процессов критерий подобия пластических деформаций становится неопределяющим. Возможно получение соединений без дефектов при давлениях более низких по сравнению с рекомендуемыми для деталей толщиной в несколько миллиметров.

4. Машины для стыковой сварки тонких полос целесообразно оснащать преобразователями частоты - инверторами, обеспечивающими получение выходного напряжения прямоугольной формы повышенной частоты.

5. С учетом особенностей работы для сварочной машины выбран тип инвертора. Произведен анализ его работы с помощью математической модели. Численное решение уравнений, входящих в модель, позволило обосновано подойти к выбору параметров входящих в инвертор элементов.

6. Разработан, собран и налажен лабораторный макет стыковой машины для сварки и термообработки полос, на котором проведены основные исследования.

7. Разработана технология контактной стыковой сварки оплавлением гибкого режущего инструмента сечением 0,8X25,0 мм из сталей типа У8, У8А, которая включает в себя собственно сварку и последующую термообработку сварных соединений проходящим током непосредственно в зажимных устройствах сварочной машины.

Основное содержание диссертации опубликовано в таких работах:

1. Дубко А.Г. Применение инверторов в качестве источников питания для стыковой сварки оплавлением // Автомат, сварка. - 1996. -№11.- С.49 - 50.

2. Лебедев В.К., Дубко А.Г. Совершенствование процесса сварки оплавлением тонких полос // Автомат, сварка. -1998. - No 11. - С.48 - 50.

3. Лебедев В.К., Дубко А.Г. Особенности процесса оплавления при стыковой сварке тонких полос током повышенной частоты // Автомат, сварка. - 1999. - №4. - С.9 - 12.

АННОТАЦИЯ

Дубко А.Г. Технология контактной стыковой сварки оплавлением тонких металлических полос. - Рукопись.

Диссертация на соискание степени кандидата технических наук по специальности 05.03.06 - Сварка и родственные технологии. -Институт электросварки им. Е.О.Патона HAH Украины, Киев, 2000.

В работе проведены теоретические и экспериментальные исследования особенностей контактной стыковой сварки оплавлением тонких металлических полос и разработаны технологические основы их сварки с использованием напряжения повышенной частоты прямоугольной формы. Установлен новый определяющий критерий физического подобия процесса оплавления тонких полос (1 мм и менее), связывающий частоту переменного тока f с линейным размером / (в данном случае с толщиной полосы). Из этого критерия вытекает соотношение f ~ 1 / Р, из которого следует необходимое повышение частоты переменного тока при уменьшении толщины полосы. При устойчивом оплавлении это соотношение обеспечивает геометрическое подобие рельефа оплавляемых

поверхностей, что является одним из главных условий получения соединений высокого качества. Определено, что известный критерий подобия пластических деформаций в данном случае не является определяющим. Быстрое обновление жидкого металла на оплавляемых поверхностях и благоприятный рельеф поверхностей позволяют получать соединения без макродефектов при низких давлениях по сравнению с рекомендуемыми для полос большей толщины. Машины для стыковой сварки тонких полос целесообразно оснащать преобразователями частоты - инверторами, обеспечивающими получение выходного напряжения повышенной частоты прямоугольной формы. С учетом особенностей работы для сварочной машины выбран тип инвертора. Произведен анализ его работы с помощью математической модели. Численное решение уравнений, входящих в модель, позволило обоснованно подойти к выбору параметров входящих в инвертор элементов. Разработан, собран и налажен лабораторный макет стыковой машины для сварки и термообработки полос, на котором проведены основные исследования. Исследованы сварные соединения гибкого режущего инструмента из сталей У8, У8А после сварки и разработана технология их термообработки.

Ключевые слова: контактная стыковая сварка оплавлением, критерии физического подобия, тонкие металлические полосы, напряжение повышенной частоты прямоугольной формы.

АНОТАЩЯ

Дубко А.Г. Технолопя контактного стикового зварювання оплавлениям тонких металевих смуг. - Рукопис.

Дисертащя на здобуття наукового ступеня кандидата техшчних наук за спещальшспо 05.03.06 - Зварювання та спорщнеш технолопТ. - 1нститут електрозварювання iM. С.О. Патона HAH Украши, КиТв, 2000.

В робо-ri проведено теоретичш та експериментальш дослщження особливостей контактного стикового зварювання оплавлениям тонких металевих смуг та розроблено технолопчш основи i'x зварювання з використанням напруги пщвищено1 частота прямокутно1 форми. Найдеш визначаюч1 критерй' ф1зично1 под1бносп процесу оплавления тонких (1 мм i менше) металевих смуг. Розроблена нова технолопя стикового зварювання оплавлениям гнучкого р1жучого шструменту та технология термообробки зварних з' еднань.

Ключов1 слова: контактне стикове зварювання оплавлениям, критерй' ф1зично1 nofliÖHoeri, Tomci металев! смуги.

ABSTRACT

Dubko A.G. Technology of flash-butt welding of thin metal strips. - Manuscript.

The dissertation for the scientific degree of Candidate of Technical Sciences on specialty 05.03.06 - Welding and Related Technologies. -The E.O.Paton Electric Welding Institute of National Academy of Sciences of Ukraine, Kiev, 2000.

The theoretical and experimental research of peculiarities of flashbutt welding of thin metal strips were carried out and the technological bases of their welding with a use of voltage of an increased frequency of a rectangular shape are developed. The determination criteria of physical similarity of the flashing process of thin (1 mm and less) metal strips are considered. The new technology of flash-butt welding of flexible cutting instruments and the technology of heat treatment of welded joints are developed.

Key Words: flash-butt welding, thin metal strips, voltage of an increased frequency of a rectangular shape.