Друзь Олег Миколайович. Регулювання властивостей зварного з’єднання за допомогою комплексного захисного середовища : Дис... канд. наук: 05.03.06 - 2007.
Анотація до роботи:
Друзь О.М. Регулювання властивостей зварного з’єднання за допомогою комплексного захисного середовища. – Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.06 – Зварювання та споріднені процеси і технології – Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова Міністерства освіти і науки України, Миколаїв2007 р.
У дисертації вирішено науково-технічну проблему регулювання розмірів 2bп, ЗТВ, геометрії зварного шва, рівня залишкових деформацій, властивостей зварного з’єднання, за рахунок використання захисного середовища (КЗС).
Розроблено комплекс математичних моделей та базу даних для програмного пакету, заснованого на методі скінченних елементів для проектування технології процесу зварювання в КЗС, теплового стану зварювального виробу.
Розроблено рекомендації для зварювання виробів у різних просторових положеннях з використанням КЗС.
19
1. Способи дугового зварювання металів у захисних газах та їхніх сумішах не дають змоги регулювати властивості зварного з'єднання. Аналіз способів зварювання в сумішах захисних газів показав, що регулювання властивостей з'єднання і геометрії шва вичерпало свої можливості та вимагає введення в міждуговий простір спеціальних добавок – активаторів. Всі існуючі методи активування проплавлення мають ті чи інші недоліки, що стримує їхнє широке застосування. Крім того, активатори не дозволяють регулювати розподіл тепла у виробі при зварюванні (тепловідвід). Отже, необхідна розробка нових захисних середовищ, що поєднують у собі властивості захисних газів, активаторів проплавлення і рідких холодоагентів.
2. Розроблено нові комплексні захисні середовища (КЗС) на основі водяного розчину ПАР "ПЕГАС" за ДСТУ 3789-98 (до 25%) і сумішей захисних газів (від 75% і більш), що дозволяють розширити технологічні властивості зварювальної дуги. На спосіб зварювання в КЗС отримано патент № 47739.
3. Застосування КЗС дозволяє в широкому діапазоні регулювати геометрію зварного шва, ініціює ефект активації проплавлення дуги, глибина проплавлення збільшується на 20 – 25%. Максимальну глибину проплавлення забезпечують склади КЗС №1 (8%-й водяний розчин ПАР, газ-наповнювач – повітря), №11 (8%-й водяний розчин ПАР газ-наповнювач – Ar), №12 (10%-й водяний розчин ПАР, газ-наповнювач – Ar), №16 (10%-й водяний розчин ПАР + 8% розчин Cl (хлорна вода), газ-наповнювач – СО2). Використання КЗС дозволяє зварювати тонколистові вироби на режимах зі зниженою погонною енергією, тобто більш локально вводити тепло. Експериментально встановлено, що найкращими є склади КЗС, що містять Ar, особливо з додаванням розчинів солей галогенідів.
4. КЗС дозволяє перерозподілити теплоту, що вводиться у виріб і зменшити розміри ЗТВ на 25 – 50% при автоматичних способах зварювання, на 14 – 25% при зварюванні електрозаклепками, а також зменшити розмір зони пластичних деформацій на 30 – 50%. Перерозподіл теплоти (тепловідвід) забезпечується безпосереднім контактом рідкої фази КЗС із нагрітою поверхнею. Експериментально встановлено, що найбільш ефективно відводять тепло КЗС із найменшою кратністю (k=4 – 10) і з додаванням розчинів мінералів. Мінімальні розміри ЗТВ і зони пластичних деформацій забезпечують склади КЗС №5 (8%-й водяний розчин ПАР + +10%Na2CO3 + 10%KCO3, газ-наповнювач – повітря) і №13 (10%-й водяний розчин ПАР + 5% розчин Cl (хлорна вода), газ-наповнювач – Ar).
5. Для моделювання термоциклів обґрунтовано використання властивостей матеріалів і холодоагентів, як функцій від температури. Отримано рівняння поверхневої тепловіддачі при зварюванні в КЗС, експериментально встановлено, що значення поверхневої тепловіддачі в КЗС можна регулювати в діапазоні від 0,006 до 0,025 Вт/(см2С), визначено кількісні залежності між властивостями КЗС і його
16
охолоджувальною здатністю. Виявлено розрахункові залежності між твердістю ділянок ЗТВ і їхніми механічними властивостями.
6. Спосіб зварювання в КЗС є ресурсозберігаючим методом зниження залишкових зварювальних напруг і деформацій у тонколистових конструкціях, а застосування КЗС є більш технологічним за використання рідких холодоагентів. Використання КЗС дає можливість сполучити в часі технологічні операції захисту зони зварювання від атмосферного повітря і примусового супутнього охолодження зварного з'єднання.
7. Розроблені КЗС оптимального складу пройшли випробування на Стахановському вагонобудівному заводі, ХК "Луганськтепловоз", заводі ім. Пархоменко, заводі "Сніжнянськхіммаш" як холодоагенти та захисні середовища при зварюванні металу товщиною до 10 мм і впроваджені у виробництво, що дозволяє підвищити якість зварних конструкцій корпусного типу і знизити трудові й енергетичні витрати на 20 – 30% у процесі їхнього виготовлення і післязварювальної обробки (випрямлення). Економічний ефект від використання КЗС досягається за рахунок активації проплавлення і зменшення витрат захисного газу на 1 м шва з 30 м3 до 0,03 м3.
Публікації автора:
Гедрович А.И., Друзь О.Н. , Фирсов В.В. Исследование процессов в дуге, существующей в специальной защитной среде. // Вісник СНУ ім. В. Даля. – 2002. – №7 (53). – С. 182 – 190.
Гедрович А.И., Друзь О.Н. Возможность применения пены для регулирования теплоотвода. // Вісник СНУ ім. В. Даля. – Луганськ: Вид-во СНУ ім. В.Даля, 2003. – №8 (66). – С. 60-65.
Гедрович А.И., Друзь О.Н. Поиск ресурсосберегающих технологий для уменьшения остаточных напряжений и деформаций металлоконструкций. // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском металів у машинобудуванні: Зб. наук. пр. – Луганськ: Вид-во СНУ ім. В. Даля, 2002. – С. 214 – 220.
Гедрович А.И., Друзь О.Н. Ресурсосберегающий метод регулирования размеров зоны пластических деформаций при локальном введении тепла в металлоконструкции. // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском металів у машинобудуванні: Зб. наук. пр. В 2-х ч. Ч.1. – Луганськ: Вид-во СНУ ім. В. Даля, 2003. – С. 183 – 190.
Гедрович А.И., Друзь О.Н. Возможность получения качественного соединения при сварке в комплексной защитной среде // Вісник СНУ ім. В. Даля – Луганськ: Вид-во СНУ., 2003. - №11. – С. 46 – 50.
Гедрович А.И., Друзь О.Н. Ресурсосберегающий способ сварки и метод управления геометрическими параметрами сварного шва // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском металів у машинобудуванні: Зб. наук. пр. В 2-х ч. Ч.1. – Луганськ: Вид-во СНУ ім. В. Даля, 2004. – С. 194 – 203.
Гедрович А.И., Друзь О.Н. Теплопередача и формирование активной зоны при сварке в защитных газах // Вісник СНУ ім. В. Даля – Луганськ: Вид-во СНУ., 2006. – №6(100). – С. 82 – 87.
Гедрович А.И., Друзь О.Н., Пантелеев М.В. Исследование и моделирование термических циклов при сварке в комплексной защитной среде // Вісник СНУ
17
ім. В. Даля – Луганськ: Вид-во СНУ., 2005. – №7(89). – С. 37 – 45.
Гедрович А.И., Друзь О.Н. Анализ охлаждающих жидкостей, применяющихся в промышленности и возможность их применения в сварочном производстве // Машинобудування України очима молодих: прогресивні ідеї – наука – виробництво: Тези доповідей I Всеукр. Наук.-техн. конф. – Суми: СумДУ, 2001. – С. 16 – 18.
Гедрович А.И., Друзь О.Н. Влияние комплексной защитной среды на свойства сварных соединений // Современные проблемы сварки и родственных технологий, совершенствование подготовки кадров: Материалы II междунар. научн.-техн. конф., посвященной 60-летию кафедры «Оборудование и технология сварочного производства» и 35-летию сварочного факультета ПГТУ – Мариуполь: ПГТУ, 2006. – С. 56.
Гедрович А.И., Друзь О.Н. Влияние состава защитной среды на технологические свойства дуги и качество сварных соединений. // Современные проблемы сварки и ресурса конструкций: Материалы междунар. научн. конф. – Киев., 2003. – С. 19 – 20.
Охолоджуючий пристрій для зниження зварювальних деформацій та напруг: Пат. Україна : МПК7 В23К9/035, В23К9/038 / Гедрович А.І., Гальцов І.О., Друзь О.М. – №47721 А/UA; Заявл. 13.08.2001; Опубл. 15.07.2002, Бюл. №7 – 3 с.
Спосіб зменшення залишкових зварювальних деформацій і напруг: Пат. Україна : МПК7 В23К9/035, В23К9/038 / Гедрович А.І., Друзь О.М. – № 62163 А/UA; Заявл. 06.12.2002; Опубл. 15.12.2003, Бюл. № 12 – 2 с.
Спосіб зменшення залишкових зварювальних деформацій і напруг: Пат. Україна : МПК7 В23К9/035, В23К9/038 / Гедрович А.І., Друзь О.М. – № 64105 А/UA; Заявл. 09.12.2002; Опубл. 16.02.2004, Бюл. № 2 – 2 с.
Спосіб зменшення зварювальних деформацій та напруг: Пат. Україна : МПК7 В23К33/00 / Гедрович А.І., Гальцов І.О., Друзь О.М. – № 53060 А/UA; Заявл. 25.02.2002; Опубл. 15.01.2003, Бюл. № 1 – 2 с.: кресл.
Спосіб зменшення зварювальних деформацій та напруг: Пат. Україна: МПК7 В23D9/035, B23D9/038 /Гедрович А.І., Гальцов І.О., Друзь О.М. – № 53088 А/UA; Заявл. 05.03.2002; Опубл. 15.01.2003, Бюл. № 1 – 1 с.
В наведених роботах автору належить наступне:
[1], [10], [11] Розробка устаткування, проведення експериментів, обробка результатів, теоретичне обґрунтування та аналіз шляхів впливу середовища на процеси у зварювальній дузі та на якість і властивості зварного з’єднання.
[9] Аналіз існуючих в промисловості холодоагентів та вибір найбільш ефективних з них з метою використання при дуговому зварюванні.
[2] Проведення експериментів, теоретичне обґрунтування та аналіз тепловід-
18
воду за допомогою дисперсної системи у вигляді піни. Отримання математичних залежностей для моделювання термічних процесів при зварюванні із примусовим охолодженням піною.
[3] Аналіз шляхів ресурсозбереження при зварюванні, впливу примусового охолодження на зниження остаточних напруг та деформацій. Обґрунтування використання для ресурсозбереження комплексного захисного середовища.
[4] Проведення експериментів, теоретичне обґрунтування використання комплексного захисного середовища як холодоагенту, розроблено режими витрат холодоагенту в залежності від вкладеної у виріб теплоти.
[5] Проведення експериментальної частини, теоретичне обґрунтування використання дисперсної системи як захисного середовища, розробка методики вибору складу захисного середовища за допомогою узагальненого показника якості.
[6] Проведення експериментальної частини, теоретичне обґрунтування можливості подальшого удосконалення способу зварювання в захисних газах. Використання комплексного захисного середовища як методу регулювання геометрії зварного шва, дослідження ефекту активації для різних складів захисного середовища.
[7] Проведення експериментів, аналіз формування активної зони при зварюванні та вплив дуги на процеси в зварювальній ванні, математична модель розрахунку середньої товщини шару рідкого металу у передньому фронті ванни.
[8] Проведення експериментальної частини для перевірки теоретичних даних щодо моделювання термічних циклів при зварюванні з використанням примусового охолодження комплексним захисним середовищем. Корегування існуючої моделі тепловідводу (коефіцієнтів тепловіддачі). Обґрунтування необхідності використання для моделювання властивостей сталі та холодоагенту як функції від температури. Отримання апроксимаційних залежностей для комп’ютерного моделювання.
[12], [13], [15], [19] Ідея використання двофазної дисперсної системи у вигляді активованого (вируючого) шару рідини.
[14], [16], [17] Основна ідея.
[18] Експериментальна перевірка основної ідеї і наведення прикладу виконання зварювання за новим способом.
