Диссертация (1024714), страница 38

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 38)

Отклонения параметров процессаопределяются качеством оборудования и материалов и указываются всоответствующей документации. Некоторые отклонения являются допускамина размеры свариваемого стыка, другие на пространственное расположениесварочного инструмента. Часть параметров может изменяться быстро,например напряжение в питающей электросети, а часть - с малой скоростью,например изменение расположения электрода в разделке при перемещениивдоль стыка.

При создании технологии необходимо учитывать возможныедопуски на параметры сварочного процесса, выход за пределы которыхмогут приводить к возникновению дефектов формирования швов при сварке278по узкому зазору.Исследование влияния параметров многодуговой сварки по узкомузазору на качество сварных соединений [268] показало, что существуют двегруппы факторов (параметров режима), степень влияния которых наформирование шва оказывается различной.

Первая группа факторов(напряжение и ток дуги, скорость сварки) существенным образом влияет наформирование шва. Вторая группа (диаметр и вылет электрода) оказываетзначительно меньшее влияние на этот процесс.Отличия подобного рода обусловлены как различной природойфизических величин, так и различным характером их влияния на процессплавления металла и формирования шва в зауженной разделке.

Установлено,что на качество формирования шва сильное влияние оказывает как ширинаразделки, так и ее глубина.В табл. 31 представлены оценочные значения вероятных отклоненийдля дуговой сварки в СО2 плавящимся электродом по узкому зазору.Таблица 31.Вероятные отклонения параметров дуговой сварки сталитолщиной 40 мм плавящимся электродом по узкому зазоруНоминальноеПараметр процессазначениеОтклонение, %АбсолютноеОтносительное30…100±1…5±4…6Скорость сварки vw, мм/с5…10±0.5…1±4…6Напряжение питания дуги U, В25…30±2…3±5…10Диаметр электрода df, мм1.6…2-0.05-2…2.50±10-Ширина стыка B, мм5…10±1..2±10…20Длина вылета Lf, мм20…60±10±10…50параметраСкорость подачи электрода vf, мм/сСмещение электрода в стыке Е, ммМножество случайных комбинаций отклонений параметров сварки отнормы приводит к нестабильности показателей качества формирования шва[269].

Наиболее наглядно эта нестабильность проявляется на размерах279поперечного сечения шва и возникновения характерных дефектов, типашлаковых включений и несплавлений между валиками в многопроходныхшвах. Обычно такие дефекты при сварке по узкому зазору возникают укромок разделки. Помимо этого, образование дефектов возможно и награнице сплавления валика с ранее выполненным слоем.Основные группы дефектов формирования швов при сварке по узкомузазору представлены на рис. 5.11.Группы дефектов формирования швов при сваркепо узкому зазоруВыпуклаяповерхность слояв разделкеНесплавлениемежду слоямиНесплавление слоя состенками разделкиподрезы стенокразделки из-застекания металлаПодрез у одной кромкии несплавлениеу второйМежслойныйнепроварРис.

5.11. Основные дефекты формирования швов при сварке по узкомузазоруПодобные дефекты образуются потому, что при формированиипоследующегослояпредыдущийпроплавляютуграницыразделкинеравномерно, либо последующий слой не обеспечивает сплавление состенкой разделки. Причиной дефектов формирования швов может быть ивыпуклая поверхность слоя в разделке, препятствующая эффективномупрогреву кромок и формированию последующих слоев.

В то же времяавторы работы [270] отмечают, что при сварке по узкому зазору возможноместное уменьшение толщины металла у границы шва из-за характерныхподрезов. При этом подрезы могут возникать как из-за смачивания стенкиразделки жидким металлом без подплавления кромок, так и стекания металласварочной ванны с боковых стенок разделки. Подобные подрезы при сварке280последующего прохода превращаются в несплавления или межслойныенепровары.

Однако вероятность их возникновения значительно меньше, чемнесплавлений и непроваров.Учитывая причинно-следственную связь между схожими по характерудефектами, главным критерием их возникновения можно считать сплавлениенаплавляемого метала с основним металом. Поэтому для сварки в зауженнуюразделку показателями качества формирования является провар а на высотуH боковой поверхности разделки кромок и глубина провара ранеенаплавленного слоя h, которые хорошо видны на макрошлифах сварныхшвов, рис. 5.12.Рис.

5.12. Геометрические показатели качества формирования шва вузкой разделке: a) макрошлиф, б) схема определения размеров слояпроплавления при моделированииОсновной дефект сварки в узкую разделку: межслойное несплавление(D, рис. 5.9,а) – обычно возникает у боковых поверхностей кромок разделкии поэтому традиционно называется «несплавление у кромок». Несплавление281у кромок может быть следствием межслойного непровара при наложениипредыдущего слоя.

Несплавление у кромок, как и непровар, обычновозникает при выпуклой поверхности слоя, поэтому высота выпуклости Gявляется дополнительным критерием формирования слоя в узкой разделкекромок.Поэтому критерием качества формирования был принят размер b, рис.2,б, характеризующий как возможное несплавление, так и непровар.Условиями качественного формирования слоя шва в этом случае являютсяa>0, G<0, b>0, H=H0, h>0, H0 - заданная высота наплавки. Вероятностьудовлетворения этим условиям зависит как от номинальных значенийперечисленных критериев, так и от их рассеяния.Проведенный анализ условий возникновения дефектов показал, чтопроцесс сварки в узкий зазор отличается от других способов многопроходнойсварки высокой чувствительностью к даже незначительному изменениюпараметров режима сварки. Поэтому задача оценки стабильности сваркисводится к расчёту дисперсии SY значений показателей Y качества сварки позаданным дисперсиям SX параметров X сварочного процесса [190, 193, 236].При малых отклонениях параметров и проплавления их допустимо считатьпропорциональными.Коэффициентпропорциональностиможноопределитьэкспериментально, но из-за большой трудоемкости и недостаточнойточностиизмеренийприсваркелучшеиспользоватьтеоретическиеисследования.Наиболее эффективны методы оценки, основанные на численноммоделировании формирования сварочной ванны и шва.

При анализе влиянияотклонений вначале определяют значения X0 параметров, при которыхформируется соединение с удовлетворительными значениями показателейкачества. Затем выполняют имитацию, отклоняя значения каждого изпараметров на значение x  SX. При этом значения показателей качестваотклоняются от номинального значения на величину y  SY.282Оценка рассеяния размеров шва позволяет обосновать технологическиетребования к точности поддержания параметров сварочного оборудования,стабильности свойств основных и присадочных материалов, а такжеопределить допуски на параметры, выявить полезность использованиясистем автоматического управления и стабилизации и т.п.Данная методика была применена для анализа стабильности процессадуговой сварки в зауженную разделку кромок шириной 5 мм для стали20ХГСНМ толщиной 24 мм.

Электродная проволока - Св-10ГСМТдиаметром 2,0 мм. Защитный газ - 100% СО2. При анализе былаиспользована физико-математическая модель процесса сварки по узкомузазору плавящимся электродом в защитных газах [153, 221, 230].В табл. 32 приведены отклонения размеров наплавленного валика взауженной разделке кромок, вызываемые отклонениями параметров процессасварки.Таблица 32.Отклонения размеров наплавляющего валика в узкой разделке кромок,вызываемые отклонениями параметров дуговой сваркиЗначение параметра X±xОтклонения размеров шва y, ммG±Gh±hH±Hb±bСкорость подачи электрода Δvf=40±5 мм/с-0,6±0,212±0,222,5±0,310,45±0,07Скорость сварки Δvw =10±1 мм/с-0,6±0,082±0,152,5±0,250,45±0,12Напряжение питания дуги ΔU=22±2 В-0,6±0,122±0,242,5±0,120,45±0,18Диаметр электрода Δdf=±0.05 мм-0,6±0,022±0,052,5±0,250,45±0,04Смещение электрода в стыке Е=0.5, мм-0,6±0,12±0,012,5±0,100,45±0,32Ширина стыка ΔB=±0.6 мм-0,6±0,072±0,022,5±0,250,45±0,29Длина вылета ΔLf=±10 мм-0,6±0,032±0,072,5±0,010,45±0,07Суммарное отклонение SY-0,6±0,282±0,362,5±0,550,45±0,480,470,180,221,071,7%0014%Суммарное относительное отклонение SY/Y0Вероятность pYD некачественногоформирования шва283Вероятность возникновения дефектов формирования швов типанесплавлений по кромкам разделки или межслойных непроваров, можнооценить по отношению разности номинального и предельно-допустимогозначений проплавления к его отклонению вследствие нестабильностипараметров сварки, используя функцию Лапласа [271, 272].При допущении, что отклонения, вызываемые нестабильностьюотдельных параметров, малы, независимы и распределены по нормальномузакону,суммарноеотклонениеSYпоказателейкачествадопустимоопределить как:mSY 2Y,X(5.12)SX 1где X – параметр процесса, m – количество параметров процесса, SY,X –отклонение Y, вызванное отклонением X.Рассеяние размеров шва удобно рассматривать относительно ихноминального значения SY/Y0.

Вероятность того, что размер шва Y не выйдетза допускаемые пределы [YD1, YD2] можно определить из условия: Y -Y  Y -Y pY  Ф 0 D1   Ф 0 D 2  , SY  SY где( )=√∫(5.13)– функция Лапласа.( ) = ( ) − 0,5,( )=√∫- функция нормального распределения.В данном случае размеры наплавляемого слоя ограничены с однойстороны Y>0, что позволяет оценивать вероятность pYD некачественногоформирования следующей зависимостью:YpYD  0.5  Ф 0 SYПриведенные .(5.14)втабл.31результатыоценкивероятностинекачественного формирования шва при сварке по узкому зазору полностьюподтверждают экспериментальные данные о том, что при дуговой сварке в284зауженные разделки наиболее вероятным дефектом является межслойныйнепровар (размер b=0) у боковой стенки разделки в зоне сопряжения впредшествующим наплавленным слоем.Высокая вероятность несплавления или межслойного непровара убоковой стенки разделки может быть вызвана суммарной нестабильностьювсех значимых параметров процесса сварки, однако вклад каждого из нихпри этом будет различен, рис.

5.13.Рис. 5.13. Вклад нестабильности отдельных параметров процесса сваркив узкую разделку на глубину проплавления боковой стенки разделки награнице предшествующего слоя (Δb)Диаграмма, приведенная на рис. 5.13, наглядно показывает, чтонаиболее значимыми причинами высокой вероятности несплавлений укромок являются неточность базирования электрода относительно плоскостисимметрии стыка и погрешности в сборке стыка. Менее значимы напряжениедуги и скорость сварки.Наиболее простым способом уменьшения вероятности возникновениянесплавлений и непроваров у кромок разделки является увеличение глубиныпроплавления ее боковой стенки до значения b0> 2Sb.

В рассматриваемомслучае нужно увеличить b0 от полученного значения b0=0,57 мм до b0>1,0 мм,285что требует увеличения погонной энергии.Следует отметить, что анализ выполнен при допущении, чтопредыдущий слой получен с плоской поверхностью, рис. 5.12,б. Если этаповерхность предыдущего слоя выпуклая, то глубину проплавлениянеобходимо увеличить на высоту выпуклости G предыдущего слоя.Уменьшить вероятность возникновения несплавлений или межслойныхнепроваров можно, повысив требования к сборке стыка и точностиподдержания параметров в сварочном оборудовании.Однако при этом возникает насущная проблема выбора параметров,стабильность которых целесообразно повысить, и произвести расчетдопусков на эти параметры.Допуски на отклонения параметров сварки можно определить, решаяобратнуюзадачупооценкевероятностивозникновениядефектов.Целесообразность введения контроля значений того или иного параметраопределяетсянаосновеанализавкладанестабильностей различныхпараметров в рассеяние значений показателей качества.

Характеристики

Список файлов диссертации