Автореферат (Развитие элементов теории формирования шва и технологических основ многопроходной сварки плавящимся электродом по узкому зазору корпусных конструкций специальной техники из высокопрочных сталей)

На правах рукописи621.791:004.942ШОЛОХОВ Михаил АлександровичРАЗВИТИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕОРИИ ФОРМИРОВАНИЯ ШВАИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСНОВ МНОГОПРОХОДНОЙСВАРКИ ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ ПО УЗКОМУЗАЗОРУ КОРПУСНЫХ КОНСТРУКЦИЙ СПЕЦИАЛЬНОЙТЕХНИКИ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙСпециальность 05.02.10 - Сварка, родственные процессы и технологииАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степенидоктора технических наукМосква 2016 г.Работа выполнена в ФГАОУ ВО «УрФУ имени первого Президента РоссииБ.Н.Ельцина», г.

ЕкатеринбургОфициальные оппоненты: доктор технических наук (05.02.10)ДОРОНИН Юрий Викторович,ООО «АЦГХ», начальник лаборатории сваркидоктор технических наук (05.02.10), профессорДРАГУНОВ Виктор КарповичФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ»заведующий кафедройдоктор технических наук (05.02.10), профессорЦАРЬКОВ Андрей ВасильевичКалужский филиал ФГБОУ ВО «МГТУ им.Н.Э. Баумана», директорВедущая организация:ФГБОУ ВО «Донской государственныйтехнический университет»Защита диссертации состоится 20 октября 2016 г. в 14:30 часов назаседании диссертационного совета Д 212.141.01 в Московскомгосударственном техническом университете им. Н.Э.Баумана по адресу:107005, г.

Москва, 2-я Бауманская ул., 5.Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатьюорганизации, просим выслать на имя ученого секретаря диссертационногосовета по указанному адресу.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московскогогосударственного технического университета им. Н.Э. Баумана и на сайтеhttp://www.bmstu.ruТелефон для справок: (499) 267-09-63Автореферат разослан « ____ » ___________2016 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 212.141.01,доктор технических наук, доцентА.В. КоноваловАктуальность работы. Военной доктриной Российской Федерациипредусматриваетсядальнейшееповышениеэффективностифункционирования системы эксплуатации и ремонта вооружения, военной испециальной техники.

На настоящий момент актуальной задачей являетсясоздание современной специальной техники нового поколения, требования ктехническим характеристикам и эксплуатационной надежности которойпредопределяют применение специальных высокопрочных сталей. Приизготовлении корпусных конструкций, обеспечивающих защищенность,огневую мощь и подвижность такой техники исключительное вниманиеуделяется сварке, занимающей до 50 % от всего объема работ.Развитие методов сварки корпусных конструкций из высокопрочнойстали протекало с последовательной заменой ручной сварки штучнымиэлектродами на механизированную сварку под флюсом, а впоследствии болееманевренной автоматической и механизированной сваркой в защитных газах.Вместе с тем к настоящему времени подобные технологии сварки достиглисвоей максимальной производительности, поэтому их дальнейшееперспективное совершенствование может быть основано на расширениииспользования одно- и многодуговой сварки по узкому зазору.

Естественно,подобные усовершенствования не должны привести к ухудшению качествасварных соединений. Однако применение подобных инноваций сдерживаетсяотсутствием достаточных данных об условиях, при которых обеспечиваетсяприемлемое качество и минимизируется вероятность возникновениядефектов сварных соединений.В этой связи, для решения проблемы повышения производительностисварочных работ и обеспечения стабильно высокого качества соединенийнеобходимо дальнейшее развитие теории формирования сварных соединенийпри многодуговой многопроходной сварке в защитных газах по узкомузазору, которая позволит сформулировать технические требования кпроизводственным процессам и необходимому сварочному оборудованию.Цель работы: Повышение производительности сварочных работ иобеспечение стабильно высокого качества сварных соединений корпусныхконструкций специальной техники из высокопрочных сталей на основемоделирования процессов формирования сварных соединений при одно- имногодуговой многопроходной сварке плавящимся электродом по узкомузазору.В соответствии с поставленной целью были определены основныезадачи работы:1.

Выполнить анализ существующих способов обеспечениястабильно высокого качества сварных соединений при сварке корпусныхконструкций специальной техники.2. Разработать обобщенную физико-математическую модельформирования сварных соединений при многопроходной сварке по узкомузазору и доказать ее адекватность.3. Исследовать влияние параметров многопроходной одно- и1двухдуговой сварки по узкому зазору корпусных конструкций на качествоформирования соединения.4.

Исследовать закономерности возникновения дефектов при сваркепо узкому зазору и разработать методы снижения вероятности ихвозникновения при выполнении сварочных работ.5. Сформулировать технические требования к производственнымпроцессам и сварочному оборудованию для обеспечения стабильновысокого качества сварных соединений при двухдуговой сварке по узкомузазору корпусных конструкций специальной техники.6. Реализовать предложенную технологию многопроходной сваркипо узкому зазору при изготовлении корпусных конструкций извысокопрочных сталей в производственных условиях.Методы исследований и достоверность полученных результатов.В работе использовалась совокупность теоретических, расчетных иэкспериментальных методов исследований.При анализе условий формирования швов и оптимизации режимовсваркииспользовалисьметодыкомпьютерногомоделирования.Теоретический анализ условий обеспечения стабильно высокого качествасварных соединений выполнен на основе фундаментальных физикоматематических закономерностей, которые являются основой дляпроведения вычислительного эксперимента, позволяющего по физикоматематическим связям составить представление об объекте исследований.Для фиксации параметров процесса сварки использовалимногоканальный регистратор «AWR-725».Структуру сталей исследовали методами растровой микроскопии наэлектронном микроскопе Quanta-200 (FEI Company, США) с системойPegasus, использующей методы дифракции обратно отраженных электронов(EBSD) и энергодисперсионный спектрометр (EDS).Измерения микротвердости швов производили на приборе ПМТ-3.Достоверность результатов работы подтверждается соответствующимизначениямиметрологическиххарактеристик,полученныхпристатистической обработке экспериментальных данных, хорошем совпадениитеоретических и опытных значений геометрических параметров сварныхсоединений, их структур и свойств, практической реализацией результатов.Научная новизна.1.Разработаны элементы теории формирования сварныхсоединений при одно- и двухдуговой многопроходной сварке плавящимсяэлектродом по узкому зазору.2.Установлено, что особенностью сварки в глубокой зауженнойразделке является потеря устойчивости горения дуги вследствие сильногонагрева вылета электрода.3.Определено влияние формы разделки кромок и положенияэлектрода на распределение тепловой мощности дуги по ширине разделки.4.Определено, что качественное формирование шва в зауженной2разделке обеспечивается, если высота наплавленного слоя не превышает 0,3- 0,5 ширины разделки.5.Установлено, что рациональным по расходу энергии иуправляемости процессом двухдуговой сварки является процесс, прикотором минимальное расстояние между дугами соответствует разделениюобщей сварочной ванны на две.

Это обеспечивает возможностьнезависимого регулирования глубины проплавления предшествующего слоятоком первой дуги, а формы поверхности наплавляемого валика - током инапряжением второй дуги.6.Показано, что оптимальным расстоянием между дугами, прикотором ударная вязкость достигает наибольших значений, являетсярасстояние 100 – 200 мм, обеспечивающее достаточное время пребыванияЗТВ в диапазоне температур полиморфного превращения (850 – 500 °С).Практическая ценность.

Проведенный комплекс исследованийпозволил создать технологию двухдуговой автоматической и однодуговоймеханизированной сварки по узкому зазору, которая была использована припроизводстве корпусов из высокопрочных среднелегированных сталей.Апробация работы. Материалы диссертационной работы былидоложены и обсуждены: на Всероссийской научно-техническойконференции «Сварка в машиностроении и металлургии» (Екатеринбург,2005); Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалыи технологии: НМТ - 2012» (Москва, 2012); Всероссийской научнотехнической конференции «Сварка и диагностика» (Екатеринбург, 2012);XIII Международной научно-практической конференции «Фундаментальныеи прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий впромышленности и экономике» (СПб., 2012); Twelfth Russian-Israeli BiNational Workshop «The optimization of the composition, structure and propertiesof metals, oxides, composites, nano- and amorphous materials» (Jerusalem,2013); Международной научно-технической конференции «Сварка иконтроль - 2013» (Пермь, 2013); Международной конференции «Сварка иродственные технологии - настоящее и будущее» (Киев, 2013); XIXМеждународной научно-практической конференции «Высокие технологии виндустрии» (СПб., 2015); XV Международной научно-практическойконференции «Научное обозрение физико-математических и техническихнаук в XXI веке» (Москва, 2015); II Международной научно-практическойконференции «Актуальные вопросы науки и техники» (Самара, 2015); IVМеждународной научно-практической конференции «Компьютерныетехнологии в соединении материалов - 2015» (Тула, 2015); семинарекафедры «Технологии сварки и диагностики» МГТУ им.