ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ ШВА И РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА РЕЖИМОВ ДУГОВОЙ СВАРКИ В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПУБЛИКАЦИИ
Купить

Актуальность работы. Многопроходная дуговая сварка плавящимся электродом благодаря своей универсальности и относительной простоте механизации и автоматизации процесса является одним из широко применяемых способов сварки при производстве сварных конструкций, в том числе из проката толщиной более 10 мм. Несмотря на широкую распространенность способа, при реализации технологии многопроходной сварки плавящимся электродом зачастую сталкиваются с проблемой обеспечения требуемого качества сварных соединений, а именно с возникновением дефектов. Для получения сварных швов с требуемыми механическими свойствами, благоприятной структурой и минимальными остаточными напряжениями тепловложение в свариваемый металл не должно превышать допускаемого. Но при недостаточном тепловложении в процессе многопроходной сварки толстолистового проката вследствие повышенного теплоотвода в основной металл возрастает вероятность образования несплавлений между валиком и кромками разделки, а также между соседними валиками. Известно, что качество формирования сварного соединения зависит как от геометрических характеристик разделки, положения электрода в разделке, техники сварки, так и от параметров режима процесса. Получение заданной глубины проплавления при удовлетворительном формировании сварного шва возможно за счет варьирования в допустимых пределах параметров режима сварки (ток, напряжение, скорость сварки), определяющих тепловложение.
Для разработки технологии многопроходной сварки необходимо наличие методик, позволяющих рассчитывать параметры режима, обеспечивающие заданную глубину проплавления при минимально необходимом тепловложении в изделие. Известные методики определения режима ограничены рамками отдельных типов сварных соединений из низкоуглеродистых сталей, часто применимы только для однопроходных швов, не в полной мере отражают ряд особенностей многопроходной сварки, таких как угол разделки, положение электрода в ней, вид прохода (корневой, горячий, заполняющий, облицовочный) и т.д. Кроме того, во многих существующих методиках в расчетах рекомендуется использовать значение эффективного КПД (пи), величина которого зависит от многих технологических параметров, известные диапазоны значений эффективного КПД для каждого вида сварки достаточно широкие. В настоящей работе для оценки эффективности процесса сварки применяется полный тепловой КПД процесса сварки, характеризующий долю тепловой мощности дуги, идущую на расплавление металла сварного шва.
Таким образом, изучение условий формирования шва и особенностей распределения теплоты при многопроходной сварке, а также разработка методики расчета режима сварки, учитывающей влияние геометрических и технологических параметров на формирование сварного соединения остаются актуальными. Критерием качественного формирования сварного шва может быть принята максимальная эффективность процесса сварки при условии получения требуемой площади сечения сварного валика и заданного коэффициента площадей, характеризующего соотношение площадей проплавленного и наплавленного металлов.
Цель работы - создание методики расчета режимов дуговой сварки в защитных газах, обеспечивающих получение качественных сварных соединений, на основе теоретических и экспериментальных исследований условий формирования шва и распределения теплоты.
Работа направлена на решение задачи повышения качества сварных соединений при сварке плавящимся электродом листового металлопроката толщиной от 10 до 50 мм из углеродистой низколегированной стали в смеси защитных газов на основе аргона с добавлением углекислого газа от 0 до 30%.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Исследование влияние угла разделки, положения электрода в разделке, скорости сварки, состава защитного газа и вылета электрода на геометрические раз-меры сварного шва.
2. Определение полного теплового КПД процесса сварки в смеси защитных газов.
3. Получение аналитических зависимостей геометрических размеров сварного шва и теплового КПД процесса от параметров режима сварки, от формы сечения разделки, от вылета электрода и от состава смеси защитных газов.
4. Разработка методики расчета режимов дуговой сварки в защитных газах при заданных показателях качества сварного шва.
5. Экспериментальное подтверждение разработанной методики.
Методы исследований. Для достижения поставленной цели были использованы теоретические, экспериментальные и вычислительные методы исследований.
Для проведения экспериментов была скомпонована установка, в состав которой входят: стол с токоподводом; механизм перемещения горелки Noboruder NB- 5Н;сварочный аппарат S5 Pulse (ШТОРМ-LORCH). Параметры режима сварки фиксировали с помощью встроенных в аппарат приборов измерения.
Площадь сечения сварного валика определяли измерением макрошлифов сваренных образцов с помощью программы «Компас-SDV 12».
Статистическая обработка экспериментальных данных проводилась с помощью программы STATISTICA 6.1 и Microsoft Excel.
Степень достоверности полученных результатов подтверждается применением современных методов исследования, требуемой повторяемостью опытов, большим объемом экспериментального материала с использованием статистической обработки результатов. Положения и выводы по работе не противоречат известным научным представлениям и результатам.
Научная новизна:
1) показано, что одним из основных факторов, для которого впервые установлена количественная зависимость и который оказывает существенное влияние на качественное формирование сварного шва, является определенное сочетание геометрии разделки и параметров режима сварки;
2) определены зависимости полного теплового КПД процесса сварки и площади сечения валика от технологических параметров для обеспечения формирования сварного шва в соответствии с требованиями нормативной документации;
3) установлена зависимость электрических параметров режима сварки от угла разделки, скорости сварки, положения электрода в разделке при механизированной сварке в защитных газах, в том числе при наложении пристеночного валика;
4) установлена зависимость между величиной сварочного тока и глубиной проплавления при сварке с поперечными колебаниями электрода применительно к многопроходной сварке низкоуглеродистых сталей плавящимся электродом в защитных газах.
Практическая значимость работы:
1) на основании полученных автором зависимостей разработана методика расчета режимов многопроходной дуговой сварки в защитных газах для получения сварных соединений с заданным коэффициентом площадей, разработан алгоритм и программа расчета режима сварки;
2) на основе экспериментальных данных сформулированы граничные условия технологических параметров сварки для получения качественного формирования сварного соединения с заданным коэффициентом площадей;
3) установлена зависимость и получено уравнение управления сварочным током в процессе сварки с поперечными колебаниями электрода для обеспечения заданного проплавления. Реализована программа управления сварочным током при сварке с поперечными колебаниями для обеспечения заданного проплавления.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на научно-технических конференциях «Сварка и диагностика» в рамках XII Международной специализированной выставки «Сварка. Контроль и диагностика» (Екатеринбург, 2012 г.), «Сварка и диагностика» в рамках XIII Международной специализированной выставки «Сварка. Контроль и диагностика» (Екатеринбург, 2013 г.), научно-технической конференции, посвященной 125-летию изобретения Н.Г.Славяновым электродуговой сварки плавящимся электродом (Пермь, 2013 г.), Сварка и родственные технологии - настоящее и будущее (Киев, 2013 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, в том числе 5 работ в рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов по работе, заключения, списка литературы и 5 приложений. Материал изложен на 139 листах машинописного текста, содержит 48 рисунков, 21 таблицу. Список литературы содержит 119 наименований.

Купить