Диссертация (Разработка расчетно-экспериментального метода оценки склонности сварных соединений к образованию горячих трещин при сварке тонколистовых металлических конструкций), страница 15

5.6. Отклик  д (сплошная кривая) и его оценка (пунктирная кривая)134Разработанные модели могут использоваться в автоматических системахуправления сварочными процессами [104].5.2. Практическая реализация методики определения максимальнойкривизны хвостовой части варочной ванныПри работе двигателя внутреннего сгорания выделяются вещества сразличной степенью опасности для окружающейсреды. Наибольшуюопасность для окружающей среды несут окись углерода (СО), углеводороды(HC) и оксиды азота NO и NO2 (или NOX).

Окись углерода является ядовитымгазом без цвета и запаха, углеводороды и оксиды азота входят в состав смога, атакже попадают в почву, выпадая в виде осадков так называемых кислотныхдождей.Каталитический конвертер или нейтрализатор — устройство в выхлопнойсистемеавтомобиля,предназначенноедляснижениятоксичностиотработавших газов [105]. Наиболее опасные компоненты выхлопных газовнейтрализуются путем химических реакций с участием катализаторовконвертера.

Основными реакциями нейтрализации являются:- разложение оксидов азота на азот и кислород2 NOX  XO2  N 2 ,- окисление окиси углерода до углекислого газа2CO  O2  2CO2 ,- окисления несгоревших углеводородов (HC) до диоксида углерода и водыC X H 2 X  2   3x  1 2  O2  XCO2   X  1 H 2 O .Основным требованием к успешной работе катализатора являетсястехиометрическое соотношение топлива и кислорода. Тепло, выделяемое засчет реакции окисления, увеличивает интенсивность нейтрализации.Внутрикорпусакаталитическогонейтрализаторанаходитсякерамический или металлический блок в виде сот, на поверхность которыхнанесен тонкий каталитический слой.

Сотовая структура обеспечивает135увеличение площади контакта выхлопных газов с катализатором. В качествекатализатора используется платина, родий и палладий.Каталитический нейтрализатор расположен либо на приемной трубе,либо сразу после нее (Рис.

5.7, 5.8).Рис. 5.7. Схема расположения нейтрализатора в выхлопной системе автомобиляВследствие резких перепадов температуры при работе выхлопнойсистемыавтомобиляивыделяющихсяконденсатаивлаги,корпускаталитического конвертера изготавливается из нержавеющей стали.Рис. 5.8. Пример и внутреннее устройство каталитического конвертераНа заводе-производителе автокомпонентов Faurecia (ООО «ФоресияАутомотив Девелопмент») изготавливается каталитический конвертер дляавтомобилей Volkswagen Polo выпускаемый на калужском заводе VolkswagenRus.136Рис.

5.9. Трехмерная модель фрагмента выхлопной системы с каталитическимконвертеромДляизготовлениякорпусанейтрализатораиспользуетсястабилизированная титаном ферритная коррозионностойкая сталь 1.4512 (DINEN 10088-2). Данная сталь преимущественно используется в системах выпускавыхлопных газов, а также для изготовления строительных конструкций сповышенными температурами эксплуатации. Сталь имеет удовлетворительнуюсвариваемость[106].Российскиманалогомявляетсясталь08Х12Т1.Химический состав и механические свойства стали 1.4512, согласно стандартуDIN EN 10088-2, представлены в Таблицах 37-39.Таблица 37.Химический состав стали 1.4512CNi≤0,03–Mn≤1,00Si≤1,00Cr10,50 –12,50P≤0,040Mo–S≤0,015Ti6×(C+N)– 0,65N–Nb–Cu–Таблица 38.Механические свойства холоднокатаной стали 1.4512Предел текучести Rp0,2Вдоль проката Поперек прокатаМПаМПа≥210≥220Предел прочности RmМПа380 – 560Относительноеудлинение A80%≥25137Таблица 39.Зависимость предела текучести стали 1.4512 от температурыT, °С100 150 200 250 300 350Rp0,2, МПа 200 195 190 185 180 160Соединениеэлектродомвыполняется(TIG-сварка)нааргонодуговойустановке(Рис.сваркой5.10),неплавящимсяобеспечивающейпрограммное управление скоростью сварки и силой тока.

Для повышениякачества соединения используется защита корня шва аргоном. Расход аргона12-15 л/мин.Рис. 5.10. Общий вид установки сваркиКорпус конвертера изготавливается из стального листа, толщиной 1,5 мм,который вырубается из проката и вальцуется на установке, представленной наРис. 5.11.138Рис. 5.11. Установка вальцовкиПри вырубании накладываются требования на деформирование торцов,представленные в Таблице 40 и на Рис. 5.12. Если деформации превышаютдопустимые значения, то при сварке возможно образование дефекта, такого какпрожиг (Рис.

5.12).Рис. 5.12. Геометрические параметры деформации стального листа приштамповке139Таблица 40.Нормы геометрических параметров деформации при штамповкеПараметрABCВеличина не более, % от толщины1055Толщина листа 1,50, мма)0,150 0,075 0,075б)Рис. 5.13. Макрошлифы профиля листового проката после вырубкиОбечайка закрепляется на установке с помощью прижимов, которыеобеспечивают отсутствие перекосов в вертикальной плоскости: параметр D,показанный на Рис. 5.14, не должен превышать 10 % толщины свариваемоголиста, т.е.

D  0,15 мм . Прижимное устройство установки показано на Рис.5.15.Рис. 5.14. Требования к точности сборки140Рис. 5.15. Прижимное устройствоПри сварке продольного шва отступают от торцов 2 мм. Таким образом,длина шва составляет 136 мм. Параметры базового режима представлены вТаблице 41. Вылет электрода 6,0 мм, длина дуги 3,0-3,5 мм.Таблица 41.Параметры базового режима сваркиI, А115U, В≤ 13vСВ, см/мин50Аргон подается за 2,6 с до начала сварки.

Стартовый ток 8 А действует втечение 0,1 с, далее в течение 0,5 с ток нарастает до рабочего значения. Призавершении шва ток убывает за 0,5 с до 8 А и в течение 0,3 с происходитзаварка кратера. Подача защитного газа осуществляется в течение 1,0 с послеокончания сварки. Диаграмма силы тока и подачи газа показана на Рис. 5.16.141Рис. 5.16. Диаграмма силы тока и подачи защитного газаВид детали после сварки, формирование лицевой и обратной сторон швапоказаны на Рис. 5.17 и 5.18.

При сварке должно обеспечиваться полноепроплавление.Рис. 5.17. Заготовки после сваркиРис. 5.18. Формирование обратноговалика142Параметры базового режима обеспечивали требуемое качество игеометриюсоединения,отсутствиегорячихтрещин.Дляувеличенияпроизводительности была предложена оптимизация режима с увеличениемскорости сварки. На листовых пробах была определена величина критическогозначения МКВ, которая составила 1,68 мм-1.

Дальнейший рост величины МКВприводит к росту темпа собственной деформации и достижению критическихзначений исчерпывания технологической прочности. Параметры режимасоответствующего критическому значению МКВ представлены в Таблице 42.Параметры исследуемых режимов подбирались с целью обеспечения полногопроплавления и требуемой ширины шва.Таблица 42.Параметры режимов сварки каталитического конвертера№РежимI, А U, В vСВ, см/мин МКВ, 1/мм αД, %/ºС1Базовый11513501,240,000202Критический18013801,680,000313Предложенный 14013601,380,00029Исходя из полученных сведений, был предложен режим сварки,обеспечивающий отсутствие горячих трещин (Таблица 42).

Для данногорежима величина МКВ составила 1,38 мм-1. Форма хвостовой части сварочныхванн для исследуемых режимов показана на Рис. 5.19, величина действующеготемпа деформации и критерия МКВ на Рис. 5.20Рис. 5.19. Форма хвостовой части сварочной ванны для исследуемых режимов143Рис. 5.20. Критерии технологической прочности для исследуемых режимовПри этом по сравнению с базовым режимом скорость была увеличена на20% и составила 60 см/мин.5.3. Выводы по главе 51.

Получены удобные инженерные модели, позволяющие оценитьтехнологическую прочность путем сравнения расчетной величины МКВ скритическим значением.2.Проведенапрактическаяреализацияпредложеннойметодикиопределения МКВ. На 20% повышена производительность сварки элементавыхлопнойсистемылегковогоавтомобиля,коррозионностойкой тонколистовой стали.изготавливаемогоиз144Основные выводы и результаты работы1.Наоснованиианализасуществующихтеоретическихиэкспериментальных данных, а также результатов собственных исследований,установлена возможность использования в качестве количественного критерияоценки опасности возникновения горячих трещин при сварке тонколистовыхметаллических конструкций величины максимальной кривизны контурахвостовой части сварочной ванны (МКВ).2.

Разработанный численный алгоритм решения обратной задачитеплопроводности позволил получить адекватную математическую модельдвижущейся изотермической поверхности сварочной ванны, что подтвержденоэкспериментально.3. Разработана методика по определению критического значения МКВ.Проведена экспериментальная апробация методики на примере испытания насопротивляемость горячим трещинам тонколистовой высоколегированнойстали марок 12Х15Г9НД и 12Х18Н10Т, различных толщин и подтвержденавозможность ее применения для выбора технологии сварки.4.