Диссертация (1024714), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Воспроизводимость качества сварных соединений корпусныхконструкций при дуговых способах сварки плавлениемПолученные данные (80-90) при автоматической и (70-80) примеханизированной сварке можно считать базовым уровнем качества,56позволяющим сравнивать эффективность технологических процессов сварки,рациональность действий сварщиков, проводящих сварочные работы,надежностьоборудованиядлясварки.Одновременноэтиданныесвидетельствуют о том, что дальнейшая автоматизация процессов сваркимогутстатьсущественнымфакторомповышениякачествасварныхсоединений и улучшения условий работы сварщиков.
Однако преимуществаавтоматизации процессов сварки не могут быть реализованы в полной меребез применения специализированных следящих систем, с помощью которыхосуществляется технологическая адаптация сварочных параметров в режимереального времени. Необходимость адаптивного управления сварочнымипараметрамиобусловленаследующимифакторами:изменениегеометрических размеров разделки стыка, зазора (для корневого слоя),текущей ширины разделки в каждом слое, перекос (депланация) кромок ипритупления [60, 61].Таким образом, наряду с упомянутыми задачами, возникает новаязадача - управления процессом сварки, а именно, создание алгоритмовадаптации сварочных параметров в зависимости от внешних возмущений.1.4.
Методы и средства повышения эффективности процессов сваркипри изготовлении корпусных конструкцийКак уже отмечалось [48 – 50], что одна из основных трудностей, присварке легированных высокопрочных закаливающихся сталей заключается ввысокой вероятности возникновения трещин в металле шва и ЗТВ и вснижении механических свойств соединений при форсировании режимовсварки. Известно [62, 63], что наиболее простой путь исключениявозможности образования подобных дефектов - это реализация термическихцикловсварки,ограничивающихтепловложениеиобеспечивающих57максимально возможное замедленное охлаждение соединений в областитемператур превращения аустенита при условии, что металл ЗТВ зоны небудет чрезмерно перегреваться.
Для замедленного охлаждения сварногосоединениябылопредложенопроизводитьсваркусподогревомсвариваемого металла [64]. Однако, как отмечалось в работе [65], этоухудшает условия работы сварщика, что может снизить качество ипроизводительность выполнения сварочных работ. Кроме того, она удлиняетсроки изготовления конструкции и требует дополнительных затрат труда исредств. Также требуется специальное оборудование для нагрева и средстваегоконтроля,дополнительныйперсонал,выполняющийоперациипредварительного и сопутствующего подогрева.Отмеченные недостатки заставили разрабатывать технологию сваркизакаливающихся сталей, исключающих подогрев.
В результате пришли квыводу,чтоиспользованиесварочныхматериалов,обеспечивающихполучение металла шва с аустенитной структурой, позволит производитьсварку таких сталей без подогрева [66]. Было установлено [50], чтопластичность сварного шва с увеличением его сопротивляемости трещинамможет быть повышена, когда содержание углерода в присадочном металле непревышает 0,15 %; а содержание легирующих элементов в присадочнойпроволоке, в зависимости от химического состава основного металла,ограничено до следующих пределов: 0,15 % С; 1,5 % Mn; 0,5 % Si; 1,5 % Cr;2,5 % Ni; 0,5 % V; 1,0 % Mg; 0,5 % Nb. Возможно введение в присадочныйметалл и других легирующих элементов. В качестве защитных средствнеобходимо использовать газовые смеси на основе аргона [28].
При этомбылоустановлено,чтовероятностьвозникновениятрещинвЗТВзначительно уменьшается, хотя металл ЗТВ и имеет мартенситнуюструктуру. Получение металла шва с аустенитной структурой можнообеспечить поступлением в сварочную ванну легирующих элементов, какнепосредственночерезэлектродную,такичерездополнительнуюприсадочную проволоку. При этом присадочная проволока может поступать58как в хвостовую, так и переднюю часть сварочной ванны [67].
В дальнейшемпри производстве специальной техники было рекомендовано использоватьсочетание обоих приемов: ограничения погонной энергии при сварке, а такжеприменения сварочных проволок с повышенной пластичностью, чтопозволило практически полностью исключить образование трещин присварке корпусных конструкций. Однако, из-за подобных ограниченийпроизводительность механизированной (полуавтоматической) сварки взащитных газах при производстве корпусных конструкций специальнойтехники в настоящее время достигла своего естественного предела.В качестве одного из перспективных направлений дальнейшегоразвития сварки в защитных газах корпусов специальной техники извысокопрочных сталей в 1958 году Б.Е.
Патон и А.М. Макара предложилирасширить области применения многодуговой сварки взамен однодуговой.Данное предложение основывалось на исследованиях многодуговой сваркипод флюсом [68], которые ИЭС им. Е.О. Патона начал проводить еще всередине 40-х годов прошлого векаУбедиться в преимуществах двухдуговой сварки по сравнению соднодуговой, можно на анализе пиков температур и фронтов их спадахарактерных термических циклов (рис. 1.15), как факторов минимизациивероятности возникновения холодных трещин.Рис.
1.15. Типичные термические циклы сварки: 1 - однодуговая сварка;2 - двухдуговая сварка [69]59В отличие от однодуговой сварки, двухдуговая сварка, имеет меньшиеограничения по погонной энергии, так как характеризуется более пологим иудлиненным участком замедленного охлаждения при кристаллизацииметалла шва.Приведенныеданныенагляднопоказывают,чтодляметодаоднодуговой сварки существуют два взаимоисключающих условия:- с одной стороны необходим термический цикл, обеспечивающийзамедленное охлаждение и высокую производительность сварки;- с другой стороны необходимо ограничение по погонной энергии дляисключения перегрева или, по крайней мере, максимально возможногоуменьшения участка перегрева в ЗТВ.Ввиду преимуществ двухдуговой сварки, с начала 60-х годов и донастоящего времени двухдуговая сварка интенсивно исследуется, и ейпосвящено множество работ, [69–72], которые позволили расширитьпредставления о регулировании термического цикла с целью сниженияпогонной энергии при сварке, изменения химического состава металла шва иего структуры.
Исследования двухдуговой сварки в защитных газахпроводились и за рубежом, например [73–75].Однако наиболее комплексные исследования по совершенствованиюданногоспособамногодуговойсваркибылипроведенынаАО«Уралтрансмаш» (г. Екатеринбург) С.Н. Гончаровым и Н.З. Гудневым,совместно с известными учёными ИЭС им. О.Е. Патона, такими как Б.Е.Патон, А.М.
Макара, В.Г. Гордонный, В.Г. Пичак, Л.И. Миходуй, Б.С.Касаткин, Ю.А. Стеренбоген и др.В результате этих исследований было определено, что для обеспечениятребуемых свойств сварного соединения можно использовать два вариантасварки плавящимся электродом взамен классической однодуговой (рис. 1.16,а): сварку плавящимся электродом, с ограниченным тепловложением ииспользованием электродных проволок, обеспечивающих аустенитнуюструктуру металла шва (рис. 1.16, б) и сварку плавящимся электродом с60подачей дополнительного присадочного металла, (рис. 1.16,в).Вариант сварки с дополнительным присадочным металлам в целомряде случаев обеспечивает как благоприятное изменения химическогосостава, так и управление формой и размерами шва.абвРис.
1.16. Варианты заполнения разделки: а) классическая однодуговаясхема сварки; б) сварка в две дуги; в) однодуговая сварка сдополнительной присадочной проволокойОднако вариант сварки плавящимся электродом с подачей присадочнойпроволокой оказался менее предпочтителен, так как он не обеспечиваетдополнительное термоциклирование шва [76], характерное для двухдуговойсварки плавящимся электродом. Одним из важных технологическихпараметров термического цикла двухдуговой сварки (отсутствующий уоднодуговой сварки), который позволяет влиять на фазовый состав ЗТВ,является расстояние между дугами.Помимо этого, двухдуговая сварка в защитных газах расширяеттехнологические возможности сварки путем влияния на ее термический циклсочетаний режимов для каждой из дуг, а также различных диаметровэлектродных проволок, состава защитных газов. Основное преимуществотакой многопроходной сварки состоит в том, что тепло от второго ипоследующих сварочных проходов не позволяет металлу шва и ЗТВ61охладиться ниже определенной температуры [77].
Из этого условия ивыбирается длина свариваемого участка шва.Таким образом, изменяя расстояние между дугами, появляетсядополнительная возможность регулирования термического цикла сварки вшироком диапазоне (табл.5).Таблица 5.Результаты применения однодуговой и двухдуговой сварки стали14ХН3МДА [77]№опытаСваркаL, ммТ2, ºСωМ, ºС/сНаличие трещин в ЗТВОднодуговая:1без подогрева--5,5Есть2с подогревом--1,0Нет3Двухдуговая1703001,4Есть42502501,0Нет52003100,8НетL – расстояние между дугами; Т2, ºС – температура ЗТВ на границе сплавления в моментначала теплового воздействия второй дуги, ωМ, ºС/сПреимущества двухдуговой сварки привели к тому, что она нашлаприменение и в других отраслях промышленности, как в нашей стране [78],так и за рубежом [79, 80].При этом стали бурно развиваются два друг другавзаимодополняющих процесса двухдуговой сварки: двумя последовательноперемещающимисясварочнымигорелками(tandemwelding)[81]идвухэлектродная сварка (twin-wire или double-electrode welding) из общейгорелки [82, 83].Запроцессамиотечественнойсваркипрактикеtwin-wireзакрепилосьиdouble-electrodeназваниесваркаweldingврасщепленнымэлектродом.Современное оборудование для реализации процессов двухдуговойсварки представлено на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
