Міронова Марина Володимирівна. Підвищення ефективності процесу електродугового наплавлення у подовжньому магнітному полі : Дис... канд. наук: 05.03.06 - 2009.
Анотація до роботи:
Міронова М. В. «Підвищення ефективності процесу електродугового наплавлення в подовжньому магнітному полі». – Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.03.06 – Зварювання та споріднені процеси і технології. Приазовський державний технічний університет Міністерства освіти і науки України, Маріуполь, 2009 р.
Дисертаційна робота присвячена підвищенню ефективності процесу дугового наплавлення під флюсом з використанням подовжнього магнітного поля (ПДМП) за рахунок підвищення продуктивності розплавлення дроту та зменшення глибини і площі проплавлення основного металу.
Розроблена математична модель поведінки краплі на торці електрода при дуговому наплавленні з дією ПДМП, що дозволяє визначити параметри ПДМП, при яких відбудеться видалення краплі і підвищення коефіцієнта розплавлення дроту. Визначені конфігурація магнітного поля в зоні краплі на торці електрода, магнітні характеристики електродних матеріалів, і встановлено, що продуктивність розплавлення електродного металу при наплавленні підвищується з дією як постійного, так і змінного ПДМП і зростає із збільшенням магнітної проникності елект-родного металу.
Показано, що причиною зменшення ефективності проплавлення основного металу є не тільки зменшення тиску дуги, але і гальмуюча дія ПДМП на швидкість потоків рідкого металу у ванні.
Розрахунком визначені оптимальні параметри ПДМП, що забезпечують ефективне перемішування зварювальної ванни. Проведені експериментальні дослідження підтвердили розрахункові дані і показали максимальне подрібнення структури, підвищення службових характеристик при використанні рекомендованих параметрів ПДМП.
Розроблено і виготовлено пристрій для створення ПДМП і застосування його при наплавленні в промислових умовах. Цей пристрій показав високу працездатність при тривалій його експлуатації.
В результаті впровадження на заводі ЗАТ «Гідромаш» (м. Маріуполь) технології електродугового наплавлення з використанням керуючого ПДМП зношених деталей автодорожньої техніки у вигляді тіл обертання (роликів) отриманий річний економічний ефект понад 58 тис. грн.
1. У дисертаційній роботі наведено теоретичне узагальнення та нове рішення науково-практичного завдання підвищення ефективності процесу електродугового наплавлення дротом під флюсом в ПДМП за рахунок підвищення коефіцієнта розплавлення дроту, зменшення глибини і площі проплавлення основного металу, зменшення частки участі основного металу в наплавленому.
2. В результаті експериментальних досліджень конфігурації ПДМП у зоні краплі на торці феромагнітного електрода встановлено, що радіальна компонента індукції ПДМП у цій зоні досягає 30...40 % щодо подовжньої компоненти індукції цього поля. Обертання і відрив краплі з торця електрода відбувається під дією електромагнітної сили, обумовленої взаємодією радіальної компоненти індукції ПДМП з осьової компонентою густини струму в краплі, що покращує умови пере-
дачі тепла дуги краплі і підвищує коефіцієнт розплавлення електродного дроту.
3. На підставі розробленої математичної моделі поведінки краплі на торці електрода при дуговому наплавленні з використанням ПДМП показано, що при мінімальному рівні радіальної компоненти індукції Brmin10...12 мТл, яка відповідає величині подовжньої компоненти індукції BzПДМП 60 мТл, відбудеться видалення краплі і підвищення коефіцієнта розплавлення дроту. Встановлено, що видалення краплі з торця електрода відбувається й при використанні знакозмінного ПДМП частотою 50 Гц.
4. В результаті експериментальних досліджень магнітних властивостей зварювальних (наплавлювальних) та основних матеріалів встановлено, що коефіцієнт розплавлення дроту зростає при збільшенні магнітної проникності матеріалу дроту, і цей ефект має місце і для змінного ПДМП у тому числі і частотою 50 Гц, становлячи 22 % для частоти ПДМП 50 Гц й індукції Bz 80 мТл. При наплавленні дротами з немагнітних матеріалів підвищення коефіцієнта розплавлення не спостерігається.
5. З використанням методу зонда встановлено, що при наплавленні плавким електродом з дією ПДМП газодинамічний тиск в осьовій зоні дуги зменшується в 1,5…2 рази в порівнянні з тиском в дузі без дії ПДМП, а в напрямі радіуса збільшується, проходячи через максимум. Інтегральна сила дуги і середній газодина-мічний тиск зростають при збільшенні індукції ПДМП до 60…70 мТл, стабілізуючись при подальшому збільшенні індукції ПДМП.
6. Теоретичним аналізом і фізичним моделюванням електромагнітних явищ у зварювальній ванні встановлено, що ПДМП надає гальмівної дії на потоки рідкого металу в ванні, що направлені з головної її частини у хвостову. Гальмівна дія цього поля пропорційна швидкості потоків рідкого металу в ванні та квадрату подовжньої компоненти індукції ПДМП. При параметрах режиму, що використані при наплавленні дротом під флюсом, за рахунок гальмівної дії ПДМП з індукцією Bz = 60...150 мТл, швидкість потоків рідкого металу зменшується в 1,5 рази. Зниження глибини і площі проплавлення основного металу в 2…2,5 рази, а частки участі основного металу в наплавленому – в 1,3 рази при наплавленні з дією ПДМП при величині індукції Bz > 60…70 мТл пояснюється не тільки зниженням тиску дуги при дії постійного та змінного ПДМП частотою 50 Гц, але і гальмуванням осьового потоку рідкого металу в ванні й погіршенням умов передачі тепла дуги основному металу.
7. Вимірювання швидкості потоків рідкого металу в модельній зварювальній ванні із застосуванням ПДМП дозволили встановити, що для режимів, які вжи-ваються при наплавленні дротом під флюсом, повне перемішування металу в ванні, подрібнення структури наплавлювального металу й підвищення його службових характеристик досягається при частоті реверсування ПДМП 2…5 Гц.
8. Результати виконаних досліджень і отримані на їх основі рекомендації упроваджені в промислових умовах на ЗАТ «Гідромаш» (м. Маріуполь) з еконо-мічним ефектом понад 58 тис. грн.
Публікації автора:
Дели А. А., Миронова М. В., Размышляев А. Д. Эффективность использования
продольного магнитного поля при дуговой наплавке деталей металлургического оборудования // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции молодых специалистов «Азовсталь-2005». – Мариуполь, 2005. – С. 182.
Размышляев А. Д., Дели А. А., Миронова М. В. Влияние температуры на магнитные свойства электродного и основного металлов // Вісник Приазовського державного технічного університету : Зб. наук. праць. – Маріуполь : ПДТУ, 2006. – Вип. № 16. – С. 153–156.
Размышляев А. Д., Шумилов М. А., Дели А. А., Миронова М. В. Влияние химических элементов на точку Кюри железа. Тезисы докладов 2-ой Международной научно-методической конференции «Современные проблемы сварки и родственных технологий, совершенствовние подготовки кадров». – Мариуполь : ПГТУ, 2006. – С. 19–20.
Размышляев А. Д., Дели А. А., Миронова М. В. Влияние продольного магнитного поля на производительность расплавления проволоки при электродуговой наплавке под флюсом // Автоматическая сварка. – 2007. – № 6. – С. 31–35.
Размышляев А. Д., Миронова М. В., Дели А. А. Влияние частоты продольного магнитного поля на коэффициент расплавления проволоки при электродуговой наплавке под флюсом // Вісник Приазовського державного технічного університету : Зб. наук. праць. – Маріуполь : ПДТУ, 2007. – Вип. № 17. – С. 150–152.
Размышляев А. Д., Дели А. А., Миронова М. В. Повышение производи-тельности расплавления электродной проволоки при наплавке в продольном магнитном поле // Тезисы докладов II Международной научно–практической конференции «Инновационные промышленные технологии» в рамках XV Международной выставки «Машиностроение. Металлургия 2007». – Запо-рожье, 29 мая – 1 июня 2007. – С. 15–16.
Размышляев А. Д., Дели А. А., Миронова М. В. Производительность расплавле-ния электродной проволоки при наплавке в продольном магнитном поле // Тези доповідей IV Всеукраїнської науково-технічної конференції молодих учених та спеціалістів «Зварювання та суміжні технології». – Київ, 2007. – С. 86–87.
Пат. № 80201 Україна, МПК (2006) В 23 К 9/08. Спосіб дугового наплавлення постійним струмом плавким електродом під флюсом / О. Д. Размишляєв, М. В. Міронова, О. А. Делі, заявник та патентовласник Приазовський держ. техн. унів-т. – № 200511558 ; заявл. 05.12.05 ; опубл. 27.08.07, Бюл. № 13.
Пат. № 20393 Україна, МПК (2006) В 23 К 9/04, 9/08. Пристрій для наплавлення під флюсом плавким електродом постійним струмом / О. Д. Размишляєв, О. А. Делі, М. В. Міронова, заявник та патентовласник Приазовський держ. техн. унів-т. – № 200608781 ; заявл. 07.08.06 ; опубл. 15.01.07, Бюл. № 1.
10. Размышляев А. Д., Миронова М. В., Дели А. А.Влияние продольного магнитного поля на характеристики дуги при сварке неплавящимся электродом в аргоне // Автоматическая сварка. – 2008. – № 3. – С. 21–25.
11. Размышляев А. Д., Миронова М. В., Дели А. А. Скорость вращения столба дуги и капли на торце электрода при дуговой наплавке в продольном магнитном поле// Вісник Приазовського державного технічного університету : Зб. наук. праць. – Маріуполь : ПДТУ, 2008. – Вип. № 18. – С. 188–192.
12. Размышляев А. Д., Миронова М. В. Особенности проплавления основного металла при дуговой наплавке в продольном магнитном поле // Автоматическая сварка. – 2008. – № 8. – С. 24–28.
13. Размышляев А. Д., Миронова М. В. Скорость потоков металла в ванне при дуговой наплавке в продольном магнитном поле // Тезисы докладов Международной научно–методической конференции «Современные проблемы сварки и родственных технологий». – Мариуполь : ПГТУ, 2008. – С. 123.
14. Размышляев А. Д., Миронова М. В. Повышение качества металла при дуговой наплавке в продольном магнитном поле // Тезисы докладов III Междуна-родной научно-методической конференции «Повышение износостойкости деталей машин и конструкций. Совершенствование кадров». – Мариуполь, 5–9 мая 2008. – С. 18 – 20.
15. Размышляев А. Д., Миронова М. В. Торможение потоков жидкого металла в сварочной ванне при дуговой наплавке в продольном магнитном поле // Тези доповідей Всеукраїнської науково-технічної конференції студентів, аспірантів і молодих науковців «Зварювання та споріднені процеси і технології». – Миколаїв, 2008. – С. 109.
У наведених роботах автору належить таке: [1, 3] – літературний огляд з названого питання; [2] – виготовлення зразків з досліджуваних матеріалів, участь у проведені досліджень, узагальнені результатів; [4, 5] – участь у проведені експериментів, обробці результатів досліджень, написанні статті; [6, 7, 14] – узагальнення результатів експериментальних досліджень та написання тезисів; [8] – проведення експериментальних досліджень, написання формули винаходу та оформлення патенту України; [9] – виготовлення пристрою для наплавлення під флюсом з використанням ПДМП, написання формули корисної моделі та оформлення патенту України; [10] – розробка розрахункової моделі для обробки даних про силу, що діє на зонд, а також для розрахунку розподілу густини струму дуги вздовж її радіуса. Розробка пристрою для вимірювання сили, що діє на зонд, і участь в проведені експериментів; [11] – запропонована та виготовлена моделююча установка, проведення експериментів та виконання розрахунків швидкості обертання стовпа дуги та краплі на торці електрода; [12]– участь у проведені експериментів та виконання розрахунків розподілу газодинамічного тиску дуги; [13]–виконання розрахунків швидкості потоків металу в зварювальній ванні; [15] – виконання розрахунків гальмівної дії ПДМП на рух рідкого металу в ванні та підготовка тез доповідей.
