Понедельник, 25.09.2017, 02:05
Высшее образование
Приветствую Вас Гость | RSS
Поиск по сайту



Главная » Статьи » Техника. Технические науки

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ НАПЛАВКИ НА КАЧЕСТВО ЗОНЫ СПЛАВЛЕНИЯ

М.В.Тепляшин

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ НАПЛАВКИ НА КАЧЕСТВО ЗОНЫ СПЛАВЛЕНИЯ

Рассмотрены вопросы влияния напряжения, тока и сечения электрода на ударную вязкость зоны сплавления в процессе стартовой операции при электрошлаковой наплавке (ЭШН). Методом математического планирования эксперимента определены оптимальные параметры стартовой операции.

Ключевые слова: электрошлаковая наплавка, зона сплавления, ударная вязкость, планирование эксперимента. 

 

Существенным недостатком способа ЭШН является нестабильность начальной стартовой фазы процесса. Эту проблему решают несколькими способами:
- применением при ЭШН «жидкого» старта; использованием последовательно двух электродов - нерасходуемого и расходуемого;
- с использованием электропроводного в твердом состоянии флюса или оптимизацией режима в случае «твердого» старта.

Использование «жидкого» старта имеет существенные недостатки. Так, заливка расплавленного шлака в холодный кристаллизатор приводит к его быстрому охлаждению и в случае восстановительной наплавки массивных деталей ведет к несплавлению. Кроме того, расплавление флюса, поддержание его в «жидком» состоянии и подогрев восстанавливаемой детали ведут к значительным энергозатратам и значительному удорожанию всего технологического процесса наплавки.

Аналогичные недостатки имеет и технология, предусматривающая применение двух электродов, когда первый нерасхо- дуемый электрод (графитовый или вольфрамовый) используется для наведения шлаковой ванны, а второй расходуемый непосредственно для наплавки. Данный способ усложняет технологический процесс и увеличивает его продолжительность, а при использовании графитового нерасходуемого электрода к тому же ведет к науглероживанию флюса. Поэтому проблема изучения и оптимизации стартовой операции при ЭШН в целях обеспечения ее устойчивости и высокого качества зоны сплавления является актуальной. В то же время вопросы, связанные с изучением влияния технологических факторов на качество зоны сплавления при использовании «твердого» старта, в литературных источниках практически отсутствуют.
Целями данной работы являлись исследование влияния технологических факторов ЭШН в процессе стартовой операции и их оптимизация в целях повышения качества зоны сплавления.

Основным недостатком «твердого» старта является его трудноконтролируемость в результате влияния сразу нескольких технологических параметров. При правильном выборе режима данный способ обеспечивает надежное сплавление, отличается высокой скоростью наведения шлаковой ванны, менее энергозатратен, упрощает весь технологический процесс восстановления, что делает его наиболее эффективным способом стартовой операции.

Высокое качество зоны сплавления определяется ее механическими свойствами. На них в значительной степени оказывают влияние технологические факторы режима стартовой операции, такие как ток наплавки, определяемый сечением электрода и скоростью его подачи, скорость и напряжение наплавки. Перечисленные факторы неоднозначно влияют на качество зоны сплавления.

Электрошлаковую наплавку осуществляли на лабораторной установке собственной конструкции в медном водоохлаждаемом кокиле (см. фото).

В качестве электродов использовались прутки из арматурной стали 25Г2С (ГОСТ 5781-82) диаметрами 8, 10 и 14 мм. Для исследования структур и свойств зоны сплавления производили наплавку на сталь-3.

Наплавку производили под флюсом АН-348-А. В результате получали биметаллические слитки размером 25x25x150 мм. Из них вырезали образцы для исследования микроструктуры и определения механических свойств. Определение ударной вязкости зоны сплавления испытуемых образцов проводилось согласно ГОСТ-9454-78.


 
Общий вид установки для ЭШН
(фото М.В. Тепляшина. 10 февраля 2008 г. Лаборатории ТОГУ, г. Хабаровск)

В результате предварительных экспериментов был определен диапазон изменения величины тока (300-450 А), обеспечивающий устойчивость процесса в режиме старта. При значениях тока менее 300А происходило несплавление наплавляемого металла с деталью по ее краям из-за недостаточного теплосодержания в восстанавливаемой детали. При увеличении тока свыше 450 А из-за высокой скорости наплавки процесс стартовой операции был трудноконтролируемым, что зачастую приводило к закорачиванию электрода на восстанавливаемую деталь.

При увеличении тока наплавки (I) от 300 до 450А при неизменных прочих параметрах процесса (напряжение, сечение электрода) происходит увеличение протяженности (см. рисунок) зоны термического влияния (L).

Повышение тока наплавки приводит к росту зерна в ЗТВ, что отрицательно сказывается на механических свойствах зоны сплавления.

Экспериментально установлено, что для стабильности сварочной дуги в режиме стартовой операции напряжение необходимо поддерживать в диапазоне от 30 до 40 В. Увеличение напряжения при стартовой операции сокращает время наведения шлаковой ванны и увеличивает ширину металлической ванны, что обеспечивает хорошее качество формирования наплавляемого слитка на начальной стадии наплавки.

Для определения оптимального режима стартовой операции и установления степени влияния технологических параметров на качество зоны сплавления были проведены специальные экспериментальные исследования.

В качестве флюса использовалась марка АН-348-А. Глубина шлаковой ванны в серии поставленных опытов была неизменной (30 мм). Основными факторами, определяющими процесс стартовой операции, являются: напряжение наплавки (U), ток наплавки (I), площадь сечения электрода (S).

Априорный анализ возможного диапазона изменения исследуемых факторов, определяемый существующими представлениями о процессе стартовой операции и опытом исследователя, позволил определить интервалы варьирования и их значения на основном, верхнем и нижнем уровнях, которые указаны в табл. 1.
 
В качестве функции отклика принимаем ударную вязкость зоны сплавления (у) при условии отсутствия в ней явных дефектов.

 
Изменение протяженности зоны термического влияния (ЗТВ) в зависимости от величины тока (напряжение наплавки - 32 В, площадь сечения электрода - 78 мм2)
 
Таблица 1
Условия проведения опытов


 

Построение матрицы планирования начинаем с выбора линейной модели
y = Ь0+ b1x1 + b2 Х2 + b3 X3 + b12 x12 + bx13 + b23 X23, (1)
где x1 - напряжения наплавки, В; x2 - ток наплавки, А; x3 - площадь сечения электрода, мм2; Ьо - коэффициент регрессии фиктивной переменной хо = +1;
b1-b3 - коэффициенты регрессии, характеризующие влияние каждого фактора;
После обработки исходных данных и исключения статистически незначимых коэффициентов получено следующее уравнение регрессии:
(2)

В соответствии с полученным уравнением регрессии (2) для режима стартовой операции были приняты следующие значения факторов: напряжение - 42 В; ток - 350А; площадь электрода - 78 мм2 (соответствует диаметру электрода - 10 мм).
b1j - коэффициенты регрессии, характеризующие влияние двух факторов.

В качестве плана эксперимента выбран полный факторный эксперимент 23. Первый этап планирования эксперимента представлен в табл. 2.

Таблица 2
Первый этап планирования эксперимента

Вестник Северо-Восточного государственного университета
Магадан 2016. Выпуск 25

Категория: Техника. Технические науки | Добавил: x5443x (19.07.2016)
Просмотров: 167 | Теги: электрошлаковая наплавка | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
...




Copyright MyCorp © 2017 Обратная связь