Исследование и разработка технологии наплавки изделий из сплавов алюминия тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.06, кандидат технических наук Матягин, Владимир Федорович

• Матягин, Владимир Федорович
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Матягин, Владимир Федорович

Введение.

Глава I. Анализ современного состояния ремонтновосстановительной наплавки изделий из алюминиевых сплавов.

1.1.Характеристика свариваемости сплавов на основе алюминия.

1.2.Техника и технология ремонтновосстановительных работ.

1.3.Анализ структуры и свойств сварных соединений

1.4.Анализ причин коробления при наплавке алюминия и его сплавов.

1.5. Задачи исследований.

ГЛАВА II. Исследование характера температурного поля в зоне ремонта.

2.1.Экспериментальное определение температурного поля при ремонтной наплавке.

2.2.Анализ существующих расчётных схем нагреваемых тел и источников тепла при наплавке.

2.3.Расчет характера температурного поля при наплавке валика.

2.4.Выводы по второй главе.

Глава III. Исследование процесса наплавки и свойств сварных соединений.

3.1.Разработка экспериментального оборудования.

3.2.Методика проведения эксперимента.

3.3.Металлографическое исследование и механические испытания сварных соединений.

3.4.Выоды по третьей главе.

Глава IV. Разработка технологии наплавки изделий из алюминиевых сплавов.

4.1.Технология наплавки посадочных мест распредвала. головки блока судового двигателя.

4.2.Технология заварки сквозного дефекта водяной рубашки головки блока автомобиля.

4.3.Выводы по четвёртой главе. 142 Общие выводы. 14 3 Литература. 144 Приложение.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка технологии наплавки изделий из сплавов алюминия»

Требования современного рынка к продукции машиностроения с каждым днём возрастают, в связи с этим встаёт необходимость в разработке новых технологий и использование новых материалов для улучшения эксплуатационных характеристик, следовательно, конкурентоспособности машин и механизмов. В частности одно из решений проблемы, повышения эксплуатационных характеристик деталей машин, внедрение новых легковесных материалов, удовлетворяющих при этом технологическим и механическим требованиям. К таким материалам относят алюминий, магний и их сплавы.

Производство деталей из этих сплавов сопряжено со значительными трудностями из-за сильной окисляемости. Изделия из этих сплавов изготавливают методом литья для различных назначений, различных конфигураций и размеров с толщиной стенки от 2 до 4 0 мм. Основной причиной брака при изготовлении может быть попадание внутрь металла окисной плёнки, что вызывает появление несплошностей, образование рыхлот, а также трещины. Значительная величина объёмной усадки, а также высокий коэффициент линейного расширения приводят к существенным остаточным напряжениям.

При эксплуатации деталей, в узлах машин и механизмов, выполненных из лёгких сплавов, подвергаются изнашиванию и при достижении критического износа подлежат замене.

В виду того, что алюминий, магний и их сплавы достаточно дорогостоящие металлы, то детали из них имеют высо!кую стоимость, то, следовательно, переплавка бракованных и изношенных деталей требует больших капиталовложений и энергозатрат.

Целью работы является повышение эффективности ре-монтно-восстановительных работ и качества наплавленного слоя, за счет снижения уровня остаточных деформаций в ремонтируемом изделии. Возникает необходимость разработки технологии позволяющей эффективно производить ре-монтно-восстановительные работы деталей изготовленных из алюминиевых сплавов.

В работе исследовалась эффективность применения технологии ремонтной сварки с заполнением разделки дефекта локальными швами, пульсирующим тепловложением и механизмом регулирования 1 мощности теплового источника, что способствовало бы созданию в зоне ремонта такой тепловой ситуации, которая обеспечивала бы как осесим-метричность температурного поля, так и минимальный разогрев ремонтируемого участка, для уменьшения внутренних напряжений, усадочных сил и темпа деформации кри-стализующего металла сварочной ванны.

Предложен способ наплавки трёхфазной дугой с присадочной проволокой, включенной в цепь источника питания дуги.

Такая схема включения позволяет в широких пределах регулировать тепловой режим процесса наплавки, за счёт перераспределения сварочного тока на присадочную проволоку .

Исследован механизм формирования шва, определены количественные и качественные характеристики способа наплавки. б

Разработана технология и оборудование позволяющие получать гарантированное сплавление наплавленного слоя с минимальным термическим воздействием на основной металл.

Заключение диссертации по теме «Технология и машины сварочного производства», Матягин, Владимир Федорович

Общие выводы.

1.Известные ремонтно-восстановительные способы наплавки не позволяют уменьшить термическое воздействие на основной металл без нарушения качества сварного соединения . I

2.Установлено, что перераспределение части тепла от электродинамической составляющей теплового потока дуги на присадочную проволоку, которое позволяет уменьшить тепловое и силовое воздействие дуги на основной металл.

3.Предложенна математическая модель теплового действия дуги при наплавке изделий с подачей присадочной проволоки включенной в цепь питания сварочной дуги, которая позволяет рассчитать необходимое количество теплоты, вводимое в изделие, обеспечивающее минимальную глубину проплавления основного металла.

4.Установленно, что глубина проплавления основного металла при наплавке по определенному способу уменьшается в 2 раза, угловые деформации но 60%, продольные деформации на 4 0%, разупрочнение шва на б ед. по сравнению со способом наплавки без перераспределения теплового потока.

5. Разработана технология наплавки изношенных деталей из алюминиевых сплавов трех фазной дугой с подключенной присадочной проволокой к средней фазе источника питания, для длинномерных и локальных участков детали, которые позволяют снизить остаточные деформации на 4 0

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Матягин, Владимир Федорович, 2000 год

1. Г.А. Асиновская, П.М. Любашин, В. И. Колычев. Газовая сварка и наплавка цветных металлов. М. : Машиностроение - 1974 г. - 115 с.

2. А. Хасуи, О. Мориаки. Наплавка и напыление. М.: Машиностроение - 1985 г. - 238 с.

3. Б.А. Колачев, В.А. Ливанов, В.И. Елагин. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов.- М.: Металлургия 1972 г. - 480 с.

4. Д.М. Рабкин. Металлургия сварки плавлением алюминия и его сплавов. Киев: Наукова Думка, 1986 г. - 256 с.

5. И.В. Кудрявцев. Материалы в машиностроении. М.: Машиностроение - 1967 г. - ,305 с.

6. Справочник под редакцией Ф.И. Квасова. Алюминиевые сплавы. Промышленные деформируемые, спеченные и литейные алюминиевые сплавы. М. : Металлургия - 1972 г.55 с.

7. Алюминиевые сплавы, структура и свойства полуфабрикатов из алюминиевых сплавов. Справочник под редакцией В.А. Ливанова. М.: Металлургия - 1974 г. - 431 с.

8. А.П. Гуляев. Металловедение. М.: Металлургия - 1978г. 64 6 с.

9. Н.В. Лашко, C.B. Лашко-Авакин. Свариваемые легкие сплавы. Ленинград: Судпромиздат - 1960 г. 440 с.

10. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением; Под редакцией Б.Е. Патона. М. : Машиностроение - 1974 г. - 764 с.

11. U.M.А. Абрамов, А.Г. Иулдашев, Р.И. Абдурахманов и др. Повышение качества сварных соединений из алюминиевыхсплавов 01420 и Амгб. // Сварочное производство. 1980г. №3. - с. 17-18.

12. M.JI. Абрамов и др. Подавление пористости в сварных швах алюминиевого сплава 01420. // Сварочное производство 1983 г. - №7 - с. 36-38.

13. Т.Д. Никифоров. Металлургия сварки плавлением алюминиевых сплавов. М.: Машиностроение - 1972 г. - 264 с.

14. В.В. Ельцов. Разработка высокоэффективного процесса заварки трехфазной дугой дефектов изделий из сплавов алюминия: Диссертация на соискание ученой степени кан-дидити технических наук. Тольятти - 1986 г. - 180 с.

15. В.И. Столбов, В. В. Ельцов. Распределение температур при ремонтной сварке отливок из легких сплавов. // Сварочное производство. 1984 г. - №6 - с. 31-32.

16. А.В. Панин. Возможность хрупкого разрушения сварных соединений алюминиевых сплавов. // Автоматическая сварка. №1 - 1976 г. - с. 38-4 0.

17. И.Н. Герасименко, Ю.И. Вахминцева, М.Ф. Акинорисова. Свариваемость деформируемого сплава ВАД-1. // Автоматическая сварка. №12 - 1969 г. - с. 47-50.

18. В.А. Козловская, О.В. Мешкова, A.J1. Елкина. Влияние состава сплава типа Д20 на их свойства и свариваемость. // Автоматическая сварка. №9 - 1962 г. - с. 57-63.

19. В.Н. Мироненко, B.C. Ефстофеев, С.А. Коршунова. Влияние присадочного материала на свариваемость сплава 01420. // Сварочное производство. №12 - 1977 г. - с.33.35.2 2.С.М. Гуревич. Справочник по сварке цветных металлов.

20. Киев: Наукова Думка. 1996 г. - 510 с.

21. В.И. Рязанцев, В.А. Федосеев, В.В. Гришин и др. Исследование свариваемости и разработка технологии сварки алюминиевых сплавов системы Al-Mg-Li. // II Всесоюзная конференция по сварке цветных металлов. Киев И.Э.С. им. Патона. 1982 г. - с. 41.

22. И. Стеклов, A.B. Алексеев, O.A. Александров, В.И. Смирнов, A.B. Овчеренко. Высокопроизводительный процесс наплавки плазменной дугой с использованием подогретой присадочной проволоки. // Сварочное производство.1988 г. №8 - с. 5-6.

23. Н.М. Воронай, A.A. Рева. Технология и оборудованиеэлектрической очистки поверхности сварочной проволоки из алюминиевых сплавов. // Автоматическая сварка 1984г. №10. - С. 48-51.

24. В.А. Перегуда, Д.М. Рабкин. О некоторых причинах снижения качества сарных соединений алюминиевых сплавов. // Автоматическая сварка 1983 г. - №5 - с. 66.

25. R. A. Woods. Melall transfer in aluminium allons. -I bid, 1980, 59, №2, p. 59-66.

26. В.И. Столбов, В.В. Ельцов. Ремонт отливок из магниевых сплавов с помощью трехфазной дуги. // Сварочное производство. 1984 г. - №2 - с. 24-26.

27. Areskong M. Smart Е. Application of the gas-metall-plasma-arc process for welol clading and Metall fafri-cation. 1976. V. 44. № p. 274-277.

28. Trarbach К.О. Cladding nucloar steels the application of plasma - are not wire surfacing. // Metall con-straction. 1981. V. 13. №9 p. 508-510.

29. Д.И. Гуляев. Способ электродуговой наплавки и сварки. A.C. №1412897. Горьковский политехнический институт .

30. Хори Кацуоси. Устройство для сварки неплавящимся электродом в инертном газе с подачей присадочной проволоки A.C. №60-82287. Япония.

31. Акэча Тосихару. Установка для сварки неплавящимся электродом в инертных газах с предварительным подогревом присадочной проволоки и переключение тока. A.C.60.72668. Япония.

32. В.И. Столбов, В.В. Ельцов, И.А. Олейник, В.Ф. Матя-гин. Особенности ремонтной наплавки трехфазной дугой изделий из легких сплавов. // Сварочное производство. -1990 г. №5 - с. 10-12.

33. А.И. Сидоров. Восстановление деталей машин напылением и наплавкой. М.: Машиностроение - 1987г. - 192 с.4 3.В.Н. Бугаев. Эксплуатация и ремонт форсированных тракторных двигателей. М.: Колос - 1981 г. - 208 с.

34. А.И. Сидоров, В.И. Астахин, Г.А. Полюшков. Восстановление алюминиевых поршней тракторных двигателей плазменной наплавкой. // Сварочное производство. 1982 г. - №9 - с. 27-28.

35. В.В. Фролов. Теоретические основы сварки. М. : Высшаяшкола 1979 г. - 576 с.

36. П.В. Захаров. Технология. Высокоэффективные сварочные методы упрочнения в тракторном и сельскохозяйственном машиностроении. // ЦНИИТЭИ Тракторсельхозмаш -Вып. 10, 198 4 г. - 74 с.

37. В.Р. Рябов, Д.М. Рабкин, А.Н. Муравейник и др. Структура алюминиевого сплава АК-4 наплавленного составной проволокой. // Сварочное производство. 1990г. №5 - с. 16-17.

38. Grzenoba В. Ibe G. Elekronenstrohl Sohmelzhartung von Aluminium. Ligierungen. // Draht - 1979 - 30, №5, p, 288-290.

39. B.P. Рябов, А. Д. Стрешович. Свойства металла, наплавленного на поршни из алюминиевых сплавов. // Автоматическая сварка. 1988 г. - №2 - с. 56-57.

40. В.И. Лукин, Ю.П. Арбузов. Особенности сварки алюминиево-литиевых сплавов. // Сварочное производство. 1985 г. №8 ~ с. 3-4.

41. А.П. Мыскова, И.Г. Моисеенко, В.П. Моисеенко и др. // Сварочное производство. 1971 г. - №9 - с. 35-37.

42. Н.И. Макаров, В.Н. Волынский, H.H. Прохоров. Влияние пор и окисных включений на прочность сварных соединений сплава АМгб. // Сварочное производство. 1976 г. - №4-с. 27-30.

43. В.В. Овчинников, В.В. Редчиц. Влияние подварок на свойства сварных соединений алюминиевого сплава 142 0. // Сварочное производство. 1992 г. - №6 - с. 8-10.

44. В.В. Алексеев, В.В Овчинников, В.В. Белоус и др. Особенности изготовления сварных конструкций из алюми-ниево-литиевых сплавов. // Сварочное производство. 1992 г. №1 - с. 16-17.

45. H.H. Рыкалин. Расчеты тепловых процессов при сварке.- М.: Машгиз 1951 г. - 296с.

46. Eagar T.W. Т Sai N.S. Temperature fields produced by traveling distributed head soucces Welding Journal. 1983. Vol. 62, №12 - p. 346 S - 355 s.

47. Г.Г. Чернышов. Тепловые и металлургические процессы при сварке. Серия "Сварка". М.: ВИНИТИ - 1982 г. - т. 14 - с. 70-116.

48. В.А. Судник. Планирование вычислительных экспериментов для получения интерполяционных теплофизических моделей сварки плавлением, используемых при технологической подготовке производства. "Физика и химия обработки материалов". 1985 г. - №4 - с. 111-115.

49. H.H. Прохоров. Физические процессы в металлах при сварке. Том 1. М.: Металургия - 1986 г. - 695 с.

50. В.С. Гвоздецкий. О функции распределения тока в опорном пятне дуги. // Автоматическая сварка. 1973 г.- №12 - с.20-24.

51. В.И. Столбов. Исследование формы сварочной дуги. // Автоматическая сварка. 1979 г. - №1 - с. 15-22.

52. Н.И. Семянюк, Д.М. Рабкин. Влияние подогрева на влияние временных сварочных деформаций при исправлении дефектов литья из сплава МЛ-9. // Автоматическая сварка. 1991 г. - №6 - с. 55-58.

53. В.В. Фролов. Теоретические основы сварки. М.:

54. Высшая школа 1977 г. - '592 с.

55. В.И. Столбов, Г.В. Осянкин, В.П. Сидоров. Теоретические циклы при сварке трехфазной дугой тонколистовых алюминиевых сплавов. // Теплофизикатехнрлогических процессов. Вып. I Саратов - 197 3 г. с. 34-37.

56. В.И. Столбов, В.В. Ельцов, В.П. Потехин. Расчет распределения температуры при ремонтной сварке магниевых отливок трехфазной дугой. // Сварочное производство. 1985 г. - №7 - с. 36-38.

57. В.П. Потехин. Разработка модели теплового и силового воздействия электрической дуги на металл при сварке не-плавящимся электродом. Диссертация кандидата технических наук. Волгоград. - 1987 г. - 245 с.

58. А.Г. Григолянц, В.П. Морочко, Б.М. Федоров, A.M. То-щев. Оптимизация режимов лазерной сварки жаропрочного никилевого сплава. // Автоматическая сварка. 1983 г. - №1 - с. 48-50.

59. Н.В. Диличенский, В.А.1 Бажанов. Оптимальное управление температурным полем быстродвижущегося теплового объекта. // В кн. Управление распределенными системами с подвижным воздействием. М. : Наука 1979 г. - с. 7178 .

60. Е.П. Чубаров. Контроль и регулирование с подвижным локальным воздействием. М.: Энергия 1977 г. - 208 с. 7 3.А.Г. Бурковский, JI.M. Пустыльников. Теория подвижного управления системами с распределенными параметрами. М. : Наука - 1980 г. - 383: с.

61. Р.3. Сайфиев. Стабилизация проплава круговых и кольцевых швов при автоматической аргонодуговой сварке. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Волгоград - 1991 г. - 87 с.

62. В.В. Ельцов, В.Ф. Матягин. Наплавка изделий из алюминиевых сплавов трехфазной дугой. // Сварочное производство. №4 - 1992 г. - с. 7-8.

63. В.В. Иванов, А. И. Тужиков. Расчет оптимальных мощностей концентрированных источников энергии при резке металлов . Воздействие концентрированных потоков энергии на материалы. М.: Наука - 1985 г. - с. 230-240.

64. Д.М. Рабкин, В.Г. Игнатьев. Дуговая сварка алюминия и его сплавов. Киев: Наукова Думка - 198 6 г. - 2 30 с.

65. O.A.И. Акулов, Г.А. Бельчук, В.П. Дамянцевич. Технология , и оборудование сварки плавлением. М.: Металлургия - 1976 г. - 460 с.

66. Я.Л. Клячкин. Сварка цветных металлов и их сплавов. М.: Машиностроение - 1964 г. - 220 с.8 5.М.А. Берштейн. Испытания материалов. Справочник. -М.: Металлургия 1979 г. - 240 с.

67. В.А.Винокуров. Сварочные деформации и напряжения -М.: Машиностроение 1968 г. - 230 с.

68. Н.С.Окерблом. Конструктивно технологическое проектирование сварных конструкций. - М.: Машиностроение1964 г. 420 с.

69. С.А.Кузьминов. Сварочные деформации судовых корпусных конструкций. Ленинград: судостроение 1974 г.285 с.0043; CR=SQRT (B+D**2)0044 TR=(1.0/CR*EXP(-El *(TO+CR)))0045 TR=TR+R1+P01+S1+R0100470046

70. TC=TNRI(X, Y,Z,F, A, T, V,Q, C,PI,N,EPS) TTSI=OM*TC+(1.O-OM)*TR*U* F/DP004 8 1 RETURN00491. END

71. Исходные данные для программы :

72. X,Y,Z координаты точки, в которой рассчитывается температура (м) ;

73. F толщина плоского слоя (м);

74. Н глубина залегания точечного источника (м); Р - величина отставания второго источника от оси первого (м) ;

75. А коэффициент температуропроводности (мм/с); Т - постоянная времени, характеризующая сосредоточенность источника (с); V - скорость сварки (м/с); Q - мощность источника тепла (Вт); С - коэффициент теплопроводности (Вт/м С); PI - число 71;

76. N первоначальное число отрезков разбиения интервалаинтегрирования;

77. EPS точность вычисления температуры;

78. X3=EXP(-PE*(l-SQRT(Rl)/(2.*NMIN-1))/2.1.2

79. SUM=-ALOG(1.0-X3) 52 SUM=SUM-X3**(L-l)/(L-l.0)if(sum-w) 50,50,51 51 L=L+11. GO TO 52 50 J=L1.(J.LT.NMIN) J=NMIN1. P01-0.01. R01=0.01. R1 = 0 . 01. S1=0.01. B=TO**2+Yl**2 D060M=1,J

80. Исходные данные для программы:

81. X,Y,Z координаты точки, в которой рассчитывается температура (м) ;I

82. F толщина плоского слоя! (м);

83. А коэффициент температуропроводности (мм/с); Т - постоянная времени, характеризующая сосредоточенность источника (с); V - скорость сварки (м/с); Q - мощность источника тепла (Вт); PI - число 71;

84. N первоначальное число отрезков разбиения интервалаинтегрирования;

85. EPS точность вычисления температуры.0001 FUNCTION TTSI (X,Y,Z,F,Н,Р, А,Т,V,Q,С,PI,N,EPS,ОМ)0002 DP=SQRT(4.0*А*Т )0003 Xl=X/DP0004 Yl-Y/DP0005 Z1 = Z/D Р0006 Fl=F/DP0007 Hl=H/DP0008 Pl=P/DP 0 009 PE+VT/A 0010 E=PE/2.0 ООН El=E/F*DPi