Диссертация (Разработка технологических приемов модифицирования металла шва наноразмерными частицами с применением порошковых проволок при сварке под флюсом), страница 13

Таким образом, можно определить массу металла шва, массу порошковойпроволоки и массу основной проволоки входящих в состав металла шва.ш = ш св св ;(3.26)пп = пп пп св ;(3.27)э = э э св ;(3.28)Где Gш (г) – масса металла шва, Gпп (г) – масса порошковой проволоки, Gэ(г) – масса электродной проволоки, ρ = 7,9 (гр/см3) - объемная плотность стали,ρпп (гр/см)– объемная плотность присадочной проволоки (Таблица 10), ρэ = 7,9(гр/см3) – объемная плотность электродной проволоки, vсв (см/с) – скоростьсварки, vпп (см/с) – скорость подачи присадочной проволоки, vэ (см/с) – скоростьподачи электродной проволоки.Тогда доля участия проволоки в металле шва будет определяться последующим отношениям:эмш=ппмш=эшппш==э эш свпп ппш св;(3.29);(3.30)90Значения объемной и линейной плотности проволок представлены вТаблице 10.Таблица 10.Объемная плотность применяемых проволокМаркировкаТип наполнителяЛинейная плотность Объемная плотностьпроволокипроволокиpl (г/см)проволоки pпп (г/см3)1.1Ni+Al2O30,2066,61.2Ni ПНЭ0,2106,71.3Ni+WC0,2036,51.4Ni+TiN0,2156,8СпСплошная 2мм0,2477,9ЭСплошная 4мм0,9937,9pпп рассчитано из условия, что площадь поперечного сечения порошковых проволокодинакова и составляет S = 0,031 см2.Таким образом, зная содержание порошка никеля и наноразмерногомодификатора входящих в состав шихты порошковых проволок можнорассчитать массу композиционных гранул, порошка никеля и наноразмерныхмодификаторов, вводимых в металл шва.

В соответствии с рецептуройразработанных порошковых проволок, изложенной выше в проволокесодержится kКГ = 0,6 мас. % композиционных гранул, из них 70% составляетпорошок никеля (k’Ni = 0,42 мас. %) и 30% наноразмерные модификаторы (kНМ =0,18 мас. %).Тогда количество введенного никеля и наноразмерных модификаторов вметалл шва можно определить по следующим выражениям:γКГ = γппмш ∙ k кг ;(3.31)γNi = γппмш ∙ k′Ni ;(3.32)γНМ = γппмш ∙ k л ;(3.33)Для выполненных серий исследований количество введённого никеля инаноразмерных модификаторов будет выглядеть, как представлено в Таблице 11.91Таблица 11.Количество вводимых никеля и наноразмерных модификаторовСерияСерия «А»Серия «Б»γNi, мас.

%γНМ, мас. %γNi, мас. %γНМ, мас. %ПП с Ni0,097–0,246–ПП c НМ0,0680,030,1720,07Так, количество вводимого никеля не превышает 0,3 масс.%, ананоразмерных модификаторов – 0,1 масс.%.3.5. Двухдуговая сварка под флюсом с порошковой проволокойМногодуговые способы сварки имеют широкое распространение всовременной промышленности, основное применение способ нашел в процессахсварки толстолистовых конструкций, таких как сварка продольного шва труб длянефти и газа. Основными преимуществами этого способа является выполнениешва за один проход, а также уменьшение термического влияния ввиду большихскоростей сварки. Суть способа заключается в наличии нескольких сварочныхпроволок подаваемых в одну сварочную ванну, при этом на каждой из них горитсварочная дуга.

Проволока, выполняющая корневую часть шва, называетсяведущей, на ее торце горит сварочная дуга постоянного тока, а последующиеведомыми, с сварочной дугой переменного тока. Горение каждой следующейсварочной дуги обеспечивает отдельный сварочный источник питания. Наличиесвязи между источниками позволяет синхронизировать время протекания токачерез каждую ведомую проволоку, для минимизации взаимного магнитноговоздействия между сварочными дугами.В частном случае двухдуговой сварки под флюсом имеется 2 сварочныепроволоки горение дуги, на торце которых происходит в одну сварочную ванну.Для реализации этого способа необходимо две сварочные головки, закрепленныена одной платформе и два сварочных источника питания (Рис.

3.19.).92Рис. 3.19.Схема двухдуговой сварки под флюсомВ проведенных исследованиях в качестве ведомой использовалисьразработанные порошковые проволоки и проволоки сплошного сечения того жесостава. Для обеспечения возможности сравнения образцов, выполненныхдвухдуговой сваркой с образцами, изготовленными с применением ДГПнеобходимо соблюсти следующие требования:- равенство объема сварочной ванны- равенство количества введённой дополнительной присадкиПо этим причинам при выборе параметров режима сварки, режимы ведущейдуги не изменялись, так же, как и скорость подачи присадочной проволоки.Необходимо было подобрать силу тока и напряжение, обеспечивающиеплавление присадочной проволоки с заданной скоростью. Для реализации этогоспособа сварки, были подобраны режимы, представленные в Таблице 12.Таким образом, для проведения исследований были использованыкомбинации сварочных материалов и способы сварки, представленные вТаблице 13.93Таблица 12.Режимы сварки образцов двухдуговой сваркой под флюсомПараметрВедущая дугаВедомая дугаСила тока I, A650550Напряжение U, B3430Род тока*DC+ACСкорость сварки Vсв, м/ч45Диаметр электрода dэ, мм4 (Сп)2 (ПП)Вылет L, мм3550-11,2Скорость подачи проволоки VПП,м/минDC+ – постоянныйток обратной полярностиAC – переменный токТаблица 13.Матрица выполненных образцов, для проведения исследованийТипдополнительнойприсадкиБазовыйнетСпППППППППДГПСпПППППППППП2-хдуговаяППППСхемасваркиСоставдополнительнойприсадкинетСв-08Г2СNiNi+WCNi+TiNNi+Al2O3Св-08Г2СNiNi+WCNi+TiNNi+Al2O3Ni+WCNi+TiNNi+Al2O3Доля участияприсадки в металлешва016%41%41%943.6.

Экспериментальная установка для сварки под флюсом сдополнительнойгорячейприсадкой,содержащейнаноразмерныемодификаторыДля проведения исследований по сварке под флюсом с дополнительнойгорячей присадкой была создана экспериментальная установка, схема которойпредставлена на Рис. 3.20. Установка создана на базе подвесного автомата длядвухдуговой сварки под флюсом.

Система оснащена сварочным столом, двумяисточниками питания Lincoln Electric AC/DC 1000, сварочной кареткой сзакрепленными на ней сварочными головками, направляющей, установленнойна опорные колонны, и блока связи между источниками, кроме того, дляосуществленияподачидополнительнойгорячейприсадки,всоставоборудования входит источник питания ДГП, механизм подачи и головка подачиДГП. Общий вид установки представлен на Рис. 3.21.Рис.

3.20.Схема установки для сварки под флюсом с дополнительной горячейприсадкой и двухдуговой сварки95Рис. 3.21.Общий вид установки для сварки под флюсом с дополнительной горячейприсадкойСварочный стол позволяет закрепить образцы для сварки под флюсоммаксимальным размером 350х300 мм. а также осуществлять поперечноеперемещение для наводки сварочной головки на разделку.

Внешний вид столапредставлен на Рис. 3.22.Рис. 3.22.Внешний вид стола для сварки под флюсом96Источники питания для сварки Lincoln electric AC/DC 1000 (Рис. 3.23.)предназначены для сварки на постоянном и переменном токе величиной до 1000А. Кроме того источники позволяют проводить сварку как на прямой, так и наобратной полярности, а также осуществлять регулировку баланса при сварке напеременном токе. Регулировка баланса позволяет осуществлять плавнуюрегулировку глубины проплавления, за счет изменения времени протекания токаобратной полярности за период переменного тока, от 25% до 75%. Инверторнаясхема источника питания позволяет производить сварку на жесткой илипологопадающей характеристике.Рис.

3.23.Источник питания Lincoln Electric AC/DC 1000Сварочная каретка движется по гладкой направляющей балке, усилиенеобходимое для перемещения каретки обеспечивается массой сварочнойголовка, а сцепление обеспечивается самонарезающим приводным колесом (Рис.3.24.). Скорость перемещения каретки регулируется от 0 до 122 м/ч. Насварочной каретке установлены бухты со сварочной проволокой, сварочныеголовки для сварки, головка подачи ДГП, бункер с флюсом, а также блокиуправления источниками.97Рис. 3.24.Направляющая и самонарезающее приводное колесоСвязь между источниками питания осуществляется блоком связи, онпозволяет подключать до 4 источников и сварочных головок для многодуговойсварки (Рис.

3.25.). Связь позволяет сдвигать синусоиду переменного тока начасть периода для всех ведомых проволок, для избегания взаимного притяжениясварочныхдуг.Такжепоявляетсявозможностьсвязиисточниковсперсональным компьютером, что позволяет регистрировать параметры режимовсварки, и организовывать удаленное управление процессом сварки.Рис. 3.25.Внешний вид блока связи источников98Подогрев дополнительной присадки осуществляется источником питаниядля ДГП, он представляет собой сварочный трансформатор (Рис. 3.26, а) сограничением напряжения сварки до 12В. Регулировка тока подогреваосуществляется фазовым регулированием (Рис. 3.26, б). Таким образом, токподогрева регулируется от 10 до 2000 А.

с шагом в 50А. Для избегания падениятока подогрева из-за большого сопротивления проводников вторичный контуртрансформатора укорочен.а)б)Рис. 3.26.Трансформатор с фазовым регулированием а) внешний вид б) принципиальнаяэлектрическая схемаМеханизм подачи дополнительной присадки смонтирован на колоннеустановки. Он имеет 4х роликовую систему подачи проволоки для уменьшенияусилия сжатия при использовании порошковой проволоки.

Регулировкаскорости подачи проволоки осуществляется за счет широтно импульсногоуправления двигателями постоянного тока, установленными на механизмеподачи. Блок управления двигателями имеет в своем составе источник питанияпостоянного тока с напряжением 24В и током до 10А, драйвер двигателяпостоянного тока с встроенным алгоритмом ПИД регулирования скоростивращения двигателя (AWD-10), а также систему регистрации скорости подачипроволоки, с возможностью записи данных на персональный компьютер.Внешний вид представлен на Рис. 3.27.99Рис. 3.27.Механизм подачи дополнительной горячей присадки с блоком управленияи регистрацииМеханизм подачи обеспечивает скорость подачи до 16 м/мин. Скоростьподачи при этом задается путем изменения скважности импульсов постоянноготока при помощи регулировочного колеса.

Алгоритм ПИД регулированиявстроенного в драйвер двигателя, обеспечивает стабильность скорости подачипроволоки.Направляющая для подачи ДГП смонтирована на сварочной каретке и имеетв своем составе суппорт продольного и вертикального перемещения, а такжевозможность регулировки угла наклона в продольной и поперечной плоскостях(Рис. 3.28.).

Это позволяет настроить расстояние между основной и присадочнойпроволокой перед сваркой, а также позиционировать их относительно друг другаи сварочного стыка. На направляющей также установлен токоподвод.Таким образом, модернизированная установка позволяет осуществлятьсварку с дополнительной горячей присадкой. В качестве дополнительнойгорячей присадки возможно использование проволок сплошного сечения и100порошковых проволок диаметром от 1,2 до 2,0 мм. Регулировка скорости подачидополнительнойприсадкиитокаподогреваосуществляетсявручнуюнезависимо от режимов сварки основной дуги.Рис. 3.28.Головка подачи ДГП в сборе со сварочной головкой3.7.