Помощь студентам в учебе
Разработка техники и технологии наплавки алюминиевой бронзы на сталь комбинированным агронодуговым способом
|
Введение
Глава 1. ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПУТИ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ НАНЕСЕНИЯ АНТИФРИКЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ.
1.1. Описание работы изделия и технологические требования, предъявляемые к наносимому слою
1.2. Технологические особенности различных способов нанесения ' антифрикционного покрытия
1.3. Особенности наплавки алюминиевой бронзы на низкоуглеродистую сталь
1.4. Существующие теории трещинообразования при наплавке бронзы на сталь
1.5. Обоснование выбора способа нанесения покрытия
Выводы по главе .V.
1.6. Цель и задачи работы
Глава 2.ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФАКТОРОВ НА ПРОЦЕССЫ ПРОТЕКАЮЩИЕ В ЗОНЕ КОМБИНИРОВАННОЙ ДВУХДУГОВОЙ НАПЛАВКИ.
2.1. Анализ схем аргонодуговой наплавки
2.2. Технологические и металлургические факторы определяющие свойства наплавленного слоя
2.3. Исследование магнитных полей при двухдуговой наплавке
2.4. Экспериментальная установка для наплавки
2.5. Температурные условия работы плоско заточенного
вольфрамового электрода
Выводы по главе
Глава 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
КОМБИНИРОВАННОЙ НАПЛАВКИ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ
3.1. Расчёт оптимальных температурных условий наплавки короткого тонкостенного цилиндра 77
3.2. Оценка вероятности порообразования в наплавленном слое 88
3.3. Определение оптимальных параметров режима наплавки
методом планирования эксперимента 93
Выводы по главе 110
#
Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПУТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА НАПЛАВЛЯЕМОГО БРОНЗОВОГО ПОКРЫТИЯ
4.1. Разработка дополнительных технологических приёмов повышения качества наплавленной поверхности 111
4.2. Методы исследования сварочных напряжений и деформаций 116
4.3. Определение остаточных напряжений по деформациям окрестности зондирующего несквозного отверстия 126
4.4. Технология нанесения антифрикционного покрытия на рабочие
^ поверхности поршня сервомотора 133
Выводы по главе 138
Общие выводы и результаты работы 140
Список использованной литературы 142
Приложение 151
*
Глава 1. ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПУТИ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ НАНЕСЕНИЯ АНТИФРИКЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ.
1.1. Описание работы изделия и технологические требования, предъявляемые к наносимому слою
1.2. Технологические особенности различных способов нанесения ' антифрикционного покрытия
1.3. Особенности наплавки алюминиевой бронзы на низкоуглеродистую сталь
1.4. Существующие теории трещинообразования при наплавке бронзы на сталь
1.5. Обоснование выбора способа нанесения покрытия
Выводы по главе .V.
1.6. Цель и задачи работы
Глава 2.ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФАКТОРОВ НА ПРОЦЕССЫ ПРОТЕКАЮЩИЕ В ЗОНЕ КОМБИНИРОВАННОЙ ДВУХДУГОВОЙ НАПЛАВКИ.
2.1. Анализ схем аргонодуговой наплавки
2.2. Технологические и металлургические факторы определяющие свойства наплавленного слоя
2.3. Исследование магнитных полей при двухдуговой наплавке
2.4. Экспериментальная установка для наплавки
2.5. Температурные условия работы плоско заточенного
вольфрамового электрода
Выводы по главе
Глава 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
КОМБИНИРОВАННОЙ НАПЛАВКИ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ
3.1. Расчёт оптимальных температурных условий наплавки короткого тонкостенного цилиндра 77
3.2. Оценка вероятности порообразования в наплавленном слое 88
3.3. Определение оптимальных параметров режима наплавки
методом планирования эксперимента 93
Выводы по главе 110
#
Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПУТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА НАПЛАВЛЯЕМОГО БРОНЗОВОГО ПОКРЫТИЯ
4.1. Разработка дополнительных технологических приёмов повышения качества наплавленной поверхности 111
4.2. Методы исследования сварочных напряжений и деформаций 116
4.3. Определение остаточных напряжений по деформациям окрестности зондирующего несквозного отверстия 126
4.4. Технология нанесения антифрикционного покрытия на рабочие
^ поверхности поршня сервомотора 133
Выводы по главе 138
Общие выводы и результаты работы 140
Список использованной литературы 142
Приложение 151
*
Современная отечественная энергетика развивается в соответствии с долгосрочной Энергетической программой строительства мощных ТЭС, ТЭЦ и АЭС. В то же время Энергетическая программа предусматривает экономию энергоресурсов во всех сферах их использования. Высокоэффективным способом экономии использования топлива является комбинирование выработки те¬плоты и электрической энергии.
Высокий технический уровень паровых турбин по экономичности и надёжности, маневренность, а также хорошая приспосабливаемость к различным тепловым схемам и потребителям механической энергии, при широких диапазонах изменения параметров пара, значительно расширили диапазон применения паровых турбин малой мощности. Повышение качества и увеличение эксплуатационной надёжности систем автоматического регулирования частоты вращения и давления пара в отборах поставило ряд задач по увеличению антифрикционных свойств пар и узлов трения.
Основные проблемы получения высококачественного бронзового покрытия на низкоуглеродистой стали связаны с образованием в процессе нанесения антифрикционного слоя ряда характерных дефектов и, в первую очередь, трещин на границе сплавления «бронза-сталь». Указанные дефекты существенно снижают работоспособность антифрикционного слоя.
Известные способы нанесения антифрикционных покрытий не во всех случаях обеспечивают требуемое качество наплавляемого слоя и зоны сплавления, что ограничивает срок эксплуатации необслуживаемых энергетических установок. В связи с этим приобретают большое значение работы, направленные на изучение комбинированных способов нанесения покрытий с целью повышения качества наносимого антифрикционного слоя.
Целью работы является повышение качества наплавленного слоя путём использования комбинированного аргонодугового способа наплавки. Методы исследования. Основные задачи работы решались на основе сочетания теоретических и эксперимЪнтальных методов исследования. Теоретические расчёты базировались на аппарате теории теплопроводности и классической теории электромагнетизма.
Теоретические расчёты тепловых полей в случае наплавки наружной поверхности полого цилиндра проводились на основе аналитической модели, учитывающей ограниченность наплавляемого изделия по длине. При оценке вероятности порообразования в наплавленном слое рассматривался баланс сил, действующих на движущуюся пору в вязком металле. Для определения оптимальных температурных условий работы неплавящегося вольфрамового электрода использована модель, основанная на конечно-разностной аппроксимации стационарного нелинейного уравнения теплопроводности. Численное решение осуществлялось по явной разностной схеме методом сквозного счёта на установление.
Экспериментальный метод исследования состоял в записи термических циклов точек наплавляемого цилиндра с помощью специального измерительно¬го комплекса. Комплекс позволяет осуществлять одновременный опрос десяти хромель-алюмелевых термопар с частотой 40 Гц. Остаточные напряжения в на¬плавленном слое определяли методом голографической интерферометрии на измерительном комплексе «ЛИМОН ТВ». Для экспериментального определения потока магнитной индукции использовался комбинированный прибор Ш1- 8, с зондом «С». Измерения геометрии профиля наплавленного слоя выполнялись на профилографе-профилометре модели 201.
Для определения внутренних и наружных дефектов в наплавленном металле и зоне сплавления применяли методы капиллярной и ультразвуковой дефектоскопии.
Высокий технический уровень паровых турбин по экономичности и надёжности, маневренность, а также хорошая приспосабливаемость к различным тепловым схемам и потребителям механической энергии, при широких диапазонах изменения параметров пара, значительно расширили диапазон применения паровых турбин малой мощности. Повышение качества и увеличение эксплуатационной надёжности систем автоматического регулирования частоты вращения и давления пара в отборах поставило ряд задач по увеличению антифрикционных свойств пар и узлов трения.
Основные проблемы получения высококачественного бронзового покрытия на низкоуглеродистой стали связаны с образованием в процессе нанесения антифрикционного слоя ряда характерных дефектов и, в первую очередь, трещин на границе сплавления «бронза-сталь». Указанные дефекты существенно снижают работоспособность антифрикционного слоя.
Известные способы нанесения антифрикционных покрытий не во всех случаях обеспечивают требуемое качество наплавляемого слоя и зоны сплавления, что ограничивает срок эксплуатации необслуживаемых энергетических установок. В связи с этим приобретают большое значение работы, направленные на изучение комбинированных способов нанесения покрытий с целью повышения качества наносимого антифрикционного слоя.
Целью работы является повышение качества наплавленного слоя путём использования комбинированного аргонодугового способа наплавки. Методы исследования. Основные задачи работы решались на основе сочетания теоретических и эксперимЪнтальных методов исследования. Теоретические расчёты базировались на аппарате теории теплопроводности и классической теории электромагнетизма.
Теоретические расчёты тепловых полей в случае наплавки наружной поверхности полого цилиндра проводились на основе аналитической модели, учитывающей ограниченность наплавляемого изделия по длине. При оценке вероятности порообразования в наплавленном слое рассматривался баланс сил, действующих на движущуюся пору в вязком металле. Для определения оптимальных температурных условий работы неплавящегося вольфрамового электрода использована модель, основанная на конечно-разностной аппроксимации стационарного нелинейного уравнения теплопроводности. Численное решение осуществлялось по явной разностной схеме методом сквозного счёта на установление.
Экспериментальный метод исследования состоял в записи термических циклов точек наплавляемого цилиндра с помощью специального измерительно¬го комплекса. Комплекс позволяет осуществлять одновременный опрос десяти хромель-алюмелевых термопар с частотой 40 Гц. Остаточные напряжения в на¬плавленном слое определяли методом голографической интерферометрии на измерительном комплексе «ЛИМОН ТВ». Для экспериментального определения потока магнитной индукции использовался комбинированный прибор Ш1- 8, с зондом «С». Измерения геометрии профиля наплавленного слоя выполнялись на профилографе-профилометре модели 201.
Для определения внутренних и наружных дефектов в наплавленном металле и зоне сплавления применяли методы капиллярной и ультразвуковой дефектоскопии.
1. При наплавке бронзы на низкоуглеродистую сталь традиционными способами в результате протекания термодеформационных процессов в зоне сплавления высока вероятность образования трещиноподобных дефектов в материале подложки, что резко снижает эксплуатационные свойства всего изделия.
2. На основании анализа литературных данных и опыта работы предприятий отечественной и зарубежной промышленности показано, что наиболее перспективными являются способы наплавки, позволяющие гибко регулировать тепловложение в присадочный и основной металл..
3. Применение комбинированного двухдугового способа наплавки в аргоне, позволяет получать предельно низкую зону сплавления. Однако многофакторность комбинированного способа требует четкого представления о характере взаимного влияния различных факторов. Однако практическая реализация преимуществ данного способа возможна только на основе адекватной математической модели процесса.
4. Полученная на основе планирования эксперимента математическая модель позволила определить основные параметры режима комбинированной аргонодуговой наплавки.
5 На основе аналитических расчётов и экспериментов по определению температур определены размеры защитного приспособления и расход газа обеспечивающий требуемую защиту наплавленного слоя.
6. Показано, что с увеличением угла заточки рабочей части неплавящегося вольфрамового электрода за счёт снижения степени сосредоточенности давления дуги наблюдается плавный характер формирования наплавленного слоя.
7. Определены режимы послесварочной дуговой обработки наплавленного слоя с целью дальнейшего его сглаживания, без ухудшения качества наплавленного слоя. Путём интерференционных измерений показано, что послесварочная дуговая обработка не снижает уровень остаточных напряжений.
8. Создано технологическое оборудование для реализации способа комбинированной аргонодуговой наплавки, которое внедрено на Калужском турбинном заводе. Экономический эффект от внедрения предлагаемой технологии составил 168 тыс. рублей за 2001 год.
2. На основании анализа литературных данных и опыта работы предприятий отечественной и зарубежной промышленности показано, что наиболее перспективными являются способы наплавки, позволяющие гибко регулировать тепловложение в присадочный и основной металл..
3. Применение комбинированного двухдугового способа наплавки в аргоне, позволяет получать предельно низкую зону сплавления. Однако многофакторность комбинированного способа требует четкого представления о характере взаимного влияния различных факторов. Однако практическая реализация преимуществ данного способа возможна только на основе адекватной математической модели процесса.
4. Полученная на основе планирования эксперимента математическая модель позволила определить основные параметры режима комбинированной аргонодуговой наплавки.
5 На основе аналитических расчётов и экспериментов по определению температур определены размеры защитного приспособления и расход газа обеспечивающий требуемую защиту наплавленного слоя.
6. Показано, что с увеличением угла заточки рабочей части неплавящегося вольфрамового электрода за счёт снижения степени сосредоточенности давления дуги наблюдается плавный характер формирования наплавленного слоя.
7. Определены режимы послесварочной дуговой обработки наплавленного слоя с целью дальнейшего его сглаживания, без ухудшения качества наплавленного слоя. Путём интерференционных измерений показано, что послесварочная дуговая обработка не снижает уровень остаточных напряжений.
8. Создано технологическое оборудование для реализации способа комбинированной аргонодуговой наплавки, которое внедрено на Калужском турбинном заводе. Экономический эффект от внедрения предлагаемой технологии составил 168 тыс. рублей за 2001 год.