Лаврова Олена Володимирівна Розвиток теоретичних та технологічних основ управління тепломасопереносом при електродуговому наплавленні застосуванням механічного керуючого впливу на електрод

brief description

Лаврова Олена Володимирівна, доцент кафедри «Автоматизація та механізація зварювального виробництва», ДВНЗ «Приазовський державний технічний університет». Назва дисертації: «Розвиток теоретичних та технологічних основ управління тепломасопереносом при електродуговому наплавленні застосуванням механічного керуючого впливу на електрод». Шифр та назва спеціальності 05.03.06 зварювання та споріднені процеси і технології. Спецрада Д 12.052.01. ДВНЗ «Приазовський державний технічний університет»

ЗМІСТ
стор.
ВСТУП 29
РОЗДІЛ 1 АНАЛІЗ ОСОБЛИВОСТЕЙ ПРОЦЕСІВ 39
ТЕПЛОМАСОПЕРЕНОСА ПРИ ЕЛЕКТРОДУГОВОМУ НАПЛАВЛЕННІ
1.1. Актуальні проблеми підвищення ефективності 39
електродугового наплавлення. Вплив процесів перенесення на якість
та експлуатаційні характеристики наплавленого шару
1.2. Способи рішення контрольованого впливу на 42
тепломасоперенесення електродного металу
1.3. Способи математичного моделювання процесів 66
тепломасоперенесення із застосуванням керованого перенесення електродного матеріалу
1.4. Різновиди та класифікація існуючих способів керованого 78
тепломасоперенесення
1.5. Способи перенесення електродного металу із застосуванням 89 керованого механічного впливу на електрод
РОЗДІЛ 2 ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ МЕХАНІЧНИХ 96
КЕРУЮЧИХ ДІЙ НА ТЕПЛОМАСОПЕРЕНЕСЕННЯ ЕЛЕКТРОДНОГО МЕТАЛУ
2.1. Дослідження особливостей перенесення електродного 96
металу при дії механічного керуючого впливу на електрод
2.2. Експериментальні дослідження краплеутворення при 103
електродуговому наплавленні з застосуванням механічного
керуючого впливу на електрод
2.3. Методика розрахунку параметрів керованого механічного 115
впливу на тепломасоперенесення крапель електродного металу
2.4. Розробка математичної моделі краплеутворення при 123
електродуговому наплавленні
2.5. Результати експериментальних досліджень та 136
математичного моделювання процесу краплеутворення при електродуговому наплавленні дротяним та стрічковим електродами з використанням механічного керуючого впливу
РОЗДІЛ 3 ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ КЕРОВАНОГО 146
ПЕРЕНЕСЕННЯ ЕЛЕКТРОДНОГО МЕТАЛУ НА ФОРМУВАННЯ ЗОНИ ПРОПЛАВЛЕННЯ ОСНОВНОГО МЕТАЛУ І ВЛАСТИВОСТІ НАПЛАВЛЕНОГО ШАРУ
3.1. Математичне моделювання температурних полів в 146
основному металі при застосуванні механічного керуючого впливу на електрод
3.2. Дослідження впливу керованого механічного перенесення 163 електродного металу при наплавленні з керованим механічним перенесенням на структуру, властивості основного металу, навколошовної зони та тріщиностійкість наплавленого шару
3.3. Дослідження впливу керованого механічного перенесення 181 електродного металу на працездатність наплавленого шару
РОЗДІЛ 4 ВДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ОСНОВ 192
ЕЛЕКТРОДУГОВОГО НАПЛАВЛЕННЯ З ЗАСТОСУВАННЯМ МЕХАНІЧНОГО КЕРУЮЧОГО ВПЛИВУ НА ЕЛЕКТРОД
4.1. Особливості електродугового наплавлення з застосуванням 192 керуючих дій на електрод
4.2. Розробка пристрою для наплавлення металокерамічним та 203 тонким стрічковим електродом з застосуванням керуючого механічного впливу на електрод
4.3. Дослідження процесу керованого механічного перенесення 207 при наплавленні двома стрічковими електродами
4.4. Удосконалення ресурсозберігаючої технології наплавлення 211 двома стрічковими електродами з застосуванням механічних дій на електрод
4.4.1. Розробка пристрою для наплавлення двома 211
стрічковими електродами
4.4.2. Дослідження впливу технологічних факторів на 214
властивості антикорозійного шару
4.4.3. Результати дослідження впливу основних параметрів 218 режиму наплавлення двома стрічковими електродами на формування наплавленого валика
4.5. Удосконалення технології наплавлення двома стрічковими 221 електродами
4.6. Електродуговий спосіб нанесення аникорозійного шару 225
стрічковими електродами з застосуванням механічних дій на
електрод
4.7. Розрахунок параметрів соленоїду для вигину стрічкового 232
електроду для дугового наплавлення з керуючим тепломасопереносом
4.8. Розрахунок значень радіусу крапель від частоти та 251
амплітуди механічних дій на електрод при електродуговому наплавленні
РОЗДІЛ 5 ДОСЛІДНО-ПРОМИСЛОВЕ ВПРОВАДЖЕННЯ 261
РЕЗУЛЬТАТІВ ПРОВЕДЕНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ
5.1. Модернізація обладнання для наплавлення стрічковими 259
електродами із застосуванням механічного керуючого впливу на електрод
5.2. Розробка обладнання для дослідження краплеперенесення 267
при електродуговому наплавленні із застосуванням механічного керуючого впливу
5.3. Дослідно-промислове впровадження наплавлення станового 269
ролика
5.4. Дослідно-промислове впровадження наплавлення опори 275
підшипникового вузла прокатного валка
5.5. Дослідно-промислове наплавлення сфери клапану доменної 283
печі
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ 290
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 294
Додаток А 326
Додаток Б 336
Додаток В 340

bibliography

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
У дисертаційній роботі наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення актуальної науково-технічної проблеми підвищення ефективності електродугового наплавлення за рахунок застосування механічного керуючого впливу на тепломасоперенос, що дозволить знизити ресурсоємність технології, підвищити якість наплавленого шару металургійного та прокатного обладнання.
За результатами роботи зроблено наступні висновки:
4. Вперше проведено узагальнення особливостей впливу механічних керуючих дій при використанні різних типів електродних матеріалів на характеристики процесу наплавлення та властивості наплавленого шару та отримали подальший розвиток основи тепломасопереносу електродного металу для випадку застосування механічного керуючого впливу.
5. Вперше встановлено на основі виконаних досліджень основні закономірності процесу розплавлення стрічкового електрода з використанням керуючих механічних дій. Визначено вплив кінематичних параметрів розроблених пристроїв на характеристики процесу плавлення основного і електродного металу, що дозволило підвищити продуктивність процесу і досягти ресурсо- та енергозберігаючої технології наплавлення за рахунок використання керуючих механічних дій.
6. Встановлено оптимальний діапазон частоти коливань торця стрічкового електрода 40^80 Гц, в якому середній діаметр крапель зменшується до 1,3^1,5 мм, а маса до 0,08^0,1 г. Розроблена математична модель осциляції крапель електродного металу на торці стрічкового електрода на основі удосконаленої методики осцилографування процесу наплавлення при наплавленні з управлінням тепломасопереносом, яке враховує зміну силового балансу на торці стрічкового електрода, що дозволяє розрахунковим методом визначати параметри режиму, які забезпечують дрібнокрапельне перенесення крапель електродного металу як через дугу, так і поза неї без коротких замикань дугового проміжку.
7. На основі математичного моделювання тепломасоперенесення електродного металу розроблена методика розрахунку параметрів керованого перенесення при наплавленні стрічковим електродом, що дозволило визначити оптимальні параметри процесу наплавлення і забезпечити зниження енергоспоживання до 10^15% для однієї стрічки і 15^18% для двох стрічок і якісне формування наплавленого шару.
8. Запропоновано новий підхід для підвищення властивостей навколошовної зони при наплавленні стрічковими електродами, який відрізняється застосуванням механічного управління скиданням крапель електродного металу і зменшенням перегріву кратерної частини зварювальної ванни без зниження продуктивності процесу, на основі досліджень впливу параметрів перенесення при наплавленні стрічками з низьким вмістом вуглецю, середньовуглецевими, середньолегованими та стрічками з аустенітною структурою на формування зони проплавлення і структуру наплавленого шару.
9. Накладення поздовжніх синусоїдальних коливань на торець стрічкового електроду дозволяє знизити рівень тепловкладання в навколошовну зону за рахунок підвищення ефективності розплавлення основного металу. При досліджуваній частоті 40^80 Гц тривалість перебування точкового джерела на границі лінії сплавляння і нижче її в інтервалі 900^1100 °С менше, ніж при наплавленні без контрольованого механічного перенесення. Зниження тепловкладання в навколошовну зону в інтервалі температур 900^1100 °С забезпечує подрібнення зерна структури НШЗ.
10. Вперше встановлено, що при наплавленні з застосуванням механічних керуючих дій форма та розмір електроду визначають оптимальний діапазон параметрів керуючого впливу. Встановлено, що: для дротяного електроду діаметром 1,2 мм він складає 20^70Гц в залежності від матеріалу, для стрічкового електроду - 40^80 Гц; для двох стрічкових електродів - 40 -^100 Гц, відповідно; при частоті коливань 40^65 Гц в діапазоні розмірів стрічок шириною 30^60 мм і товщиною 0,5^1,0 мм забезпечується дрібнокрапельне перенесення; при частоті для дротяного електроду діаметром 2 мм 50 Гц середній розмір крапель становить R = 1,4 мм при коефіцієнті варіації W=18^22 %; забезпечується рівномірне формування наплавленого валика, стабільне проплавлення основного металу. На основі аналізу макро- та мікроструктури встановлено сприятливий вплив механічних керуючих дій на подрібнення балу зерна до № 7-8 і зниження інтервалу розподілу мікротвердості по глибині наплавленого металу на 40 % при використанні стрічкових електродів ЛН-08кп і ЛН-12Х18Н10Т до 20%.