Разработка многофункциональной установки для обработки алюминиевых сплавов трехфазной дугой в условиях монтажа и ремонта тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.06, кандидат технических наук Моторин, Константин Васильевич

• Моторин, Константин Васильевич
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Моторин, Константин Васильевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. АНАЛИЗ СПОСОБОВ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ В УСЛОВИЯХ МОНТАЖА И РЕМОНТА.

1.1. Специфика технологий обработки алюминиевых сплавов в условиях монтажа и ремонта.

1.2. Качественный анализ эффективности способов обработки алюминиевых сплавов.

1.3'. Особенности оборудования для обработки алюминия и его сплавов при монтаже и ремонте.

1.4. Задачи исследования.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ УСТОЙЧИВОСТИ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ИСТОЧНИК - ДУГА И СТАБИЛЬНОСТИ ГОРЕНИЯ СВОБОДНОЙ И СЖАТОЙ ТРЕХФАЗНОЙ ДУГ.

2.1. Условия устойчивости работы системы источник - дуга при несимметричной схеме.

2.2. Трехфазная дуга как инструмент обработки металлов.

2.3. Исследование энергетических характеристик дуг.

2.4. Исследование повторных возбуждений элементарных дуг свободного и сжатого факела.

2.5. Исследование проводимости свободной и сжатой трехфазных дуг.

2.6. Выводы.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОНСТРУКЦИИ

СВАРОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА НА ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ НЕСКОЛЬКИХ ФУНКЦИЙ.

3.1. Исследование влияния геометрических размеров катушек на индуктивное сопротивление трансформатора.

3.2. Выбор оптимальных параметров конструкции трансформатора для сварки и резки трехфазной дугой.

3.3. Выводы.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

ДЛЯ ОБРАБОТКИ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ.

4.1. Разработка и проектирование многофункционального источника питания.

4.1.1. Многофункциональный трехфазный сварочный трансформатор.

4.1.2. Регуляторы тока.

4.1.3. Постоянная составляющая тока в многофункциональном источнике питания.

4.1.4. Конструкции источников питания.

4.2. Разработка универсального двухэлектродного плазмотрона.

4.3. Электрические испытания установки для обработки алюминиевых сплавов трехфазной дугой.

4.4. Выводы.

ГЛАВА 5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ.

5.1. Методика проведения технологических исследований.

5.2. Ручная и автоматическая сварка свободной трехфазной дугой.

5.3. Ручная и автоматическая сварка трехфазной сжатой дугой.

5.4. Резка трехфазной сжатой дугой.

5.5. Промышленное применение.

5.5Л. Технико - экономические показатели.

5.6. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка многофункциональной установки для обработки алюминиевых сплавов трехфазной дугой в условиях монтажа и ремонта»

Алюминий и его сплавы в качестве конструкционных материалов широко применяются благодаря малому удельному весу, высокой удельной прочности и коррозионной стойкости, хорошей обрабатываемости. В настоящее время сплавы алюминия используются при производстве летательных аппаратов, в судостроении, химическом и пищевом машиностроении, строительстве, транспорте и других отраслях промышленности постоянно вытесняют сплавы железа. По прогнозам [1,2] потребление алюминия будет опережать по темпам железо и другие металлы.

В Поволжском регионе широко используются алюминиевые конструкции в таких отраслях народного хозяйства, как химическая, судостроение и пищевая.

В современных условиях производства наблюдается увеличение единичной мощности оборудования и интенсификация производственных процессов, что приводит к преждевременному их разрушению при эксплуатации и увеличивает объем ремонтных работ.

Химические аппараты из алюминиевых сплавов подвержены коррозионному разрушению. При выходе корпуса аппарата из строя их ремонт осуществляется на месте эксплуатации. Локально разрушенная коррозией внутренняя поверхность емкостей, подвергается восстановлению наплавкой. Пораженные участки трубопроводов вырезаются, а на их место ввариваются новые вставки труб.

Ремонту подвергаются технологические трубопроводы и емкости для хранения и переработки химических веществ и пищевых продуктов. Разрушение технологического трубопровода хотя бы на одном участке ведет к прекращению перекачки продукта, остановке производственного процесса, сокращению съема продукции, а во многих случаях и к пожарной опасности.

Под действием различных кислот коррозии подвержены и резервуары для хранения химических веществ. Коррозии подвергаются резервуары для брожения и хранения пива в пищевой промышленности.

В современных конструкциях легковых и грузовых автомобилей используются детали и узлы из алюминиевых сплавов. При эксплуатации на них воздействуют ударные и знакопеременные нагрузки. Двигатели машин, тракторов, комбайнов подвержены переменному температурному режиму. Эти условия работы приводят к образованию трещин и разрушению таких деталей, как головки блока цилиндров, поддона картера, корпуса масленого насоса, кожуха маховика и других. Часто экономически выгодно, восстановить работоспособность узлов, за счет заварки трещин или замены разрушенных участков деталей.

Применяемые металлоконструкции из алюминия и его сплавов со временем подвергаются износу и требуют ремонта. Анализ дефектов возникающих в деталях автомобилей, в пищевом и химическом производстве показывает, что основными операциями применяемыми при ремонте являются: сварка, наплавка, подогрев и резка. В ремонтных цехах и участках для выполнения этих операций необходимо иметь несколько различных единиц сварочного и вспомогательного оборудования, которые имеют большую стоимость и занимают большую площадь, при малой загрузке каждой единицы оборудования по времени. Необходимость периодического чередования операций выдвигает задачу создания универсального оборудования для ремонта. Поэтому разработка такого оборудования для ремонта и монтажа, в современных условиях, является актуальной.

Несмотря на экономический спад в стране, алюминий и его сплавы в перечисленных отраслях народного хозяйства широко применяются. Исследования Д.М. Рабкина, A.A. Алова, А.Я. Бродского, Г.Д. Никифорова, К.В.

Багрянского, C.B. Лашко, В.JI. Руссо, А.Я. Ищенко и многих других дали возможность получать сварные соединения из алюминиевых сплавов, качество которых обеспечивает работоспособность высоконагруженных конструкций в сложных условиях эксплуатации. В последнее время созданы и успешно применяются в производственных условиях новые технологические процессы и оборудование для плазменной, микроплазменной, импульсно-дуговой, кон-тактно-стыковойи других методов сварки. Каждый из них предназначен для металлов определенного диапазона толщин и видов соединения. Непрерывно совершенствуется оборудование и технология новых процессов сварки.

В Тольятти иском политехническом институте ведется научное направление по термической обработке алюминиевых сплавов трехфазной дугой. Исследованиями Г.П. Михайлова, К.В. Любавского, В.И. Столбова, В.П.Сидорова и других доказано, что трехфазная дуга обладает рядом положительных качеств, как сварочный источник тепла. Применение неплавящих-ся электродов позволило с большей эффективностью использовать трехфазную дугу для аргонодуговой сварки, обеспечив наибольшую производительность и лучшее качество сварки. Наибольшими технологическими возможностями для совмещения функций, является источник питания предназначенный для сварки трехфазной дугой, обеспечивающий более концентрированное те-пловложение.

В настоящее время возросли требования к сокращению сроков ремонта конструкции, увеличению межремонтных циклов, что связано с экономией материальных ресурсов. Эффективность ремонта может быть повышена путем увеличения производительности труда и повышения качества работ, за счет использования специальных технологий и оборудования, в которых учитываются особенности ремонтных работ. В связи с этим возникает задача создания универсального оборудования для сварки и резки, что снизит количество оборудования в ремонтных цехах за счет возможности выполнения различных 7 технологических операций одним источником питания. Основной операцией остается сварочная, а способ резки следует основывать на выбранном способе сварки и осуществлять на одном оборудовании.

Цель работы -снижение эксплуатационных затрат при обработке алюминиевых сплавов трехфазной дугой в условиях ремонта и монтажа путем использования одной установки.

Заключение диссертации по теме «Технология и машины сварочного производства», Моторин, Константин Васильевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

1. Исследованы условия устойчивости системы «источник - дуга» при сварке алюминиевых сплавов свободной и сжатой трехфазной дугой и выявлены технические возможности совмещения технологических функций в одной установке.

2. Исследовано влияние параметров конструкции сварочного трансформатора на его характеристики при выполнении нескольких функций и установлены размеры и форма катушек трансформатора, определяющие величину индуктивного сопротивления и характер внешней вольтамперной характеристики сварочного трансформатора.

3. Установлены условия устойчивого горения трехфазной сжатой дуги при устранении перекоса токов в электродах за счет создания трансформатора с асимметричным индуктивным сопротивлением в цепях электродов.

4. Определена необходимая величина индуктивного сопротивления трехфазного трансформатора для выравнивания токов в электродах при симметричной схеме питания.

5. Предложена уточненная формула расчета индуктивного сопротивления трансформатора с кольцевым магнитопроводом и конусной формой обмоток.

6. Разработаны технологические требования к многофункциональной установке, предназначенной для обработки алюминиевых сплавов в условиях ремонта и монтажа.

7. Разработана конструкция трехфазного трансформатора для многофункциональной установки с различным индуктивным сопротивлением в фазах электродов.

169

8. Применение многофункциональной установки при ремонтных и монтажных работах снижает эксплуатационные затраты, повышает коэффициент загрузки оборудования и позволяет осуществлять резку и сварку с качеством, удовлетворяющим требованиям, предъявленным к сварным швам из алюминиевых сплавов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Моторин, Константин Васильевич, 2000 год

1. Алюминий. Пер. с анг. А.Т. Туманова, Ф.И. Квасова, И.Н.Фринляндера. М. :Металургия, 1972, 664 с.

2. Белов А. Земные нужды крылатого металла. Известия, 1982, 5янв.

3. Столбов В.И., Масаков В.В., Мишугин Г.П. Уменьшение деформаций при сварке кольцевых швов тонкостенных оболочек из титановых сплавов. -Технология производства сварных и паяных конструкций. Выпуск2. Саратов, 1975, С.51 54.

4. Рабкин Д.М., Игнатов В.Г., и др. Дуговая сварка алюминия и его сплавов. М.: Машиностроение, 1982, 95 с.

5. Газоэлектрическая сварка алюминиевых сплавов. Под ред. Киселева С.Н., Хаванова В.А. и др. М. : Машиностроение, 1972, 260 с.

6. Сидоров В.П. Исследование и разработка процесса плазменной резки алюминия трехфазной дугой. Дис. канд. техн. наук,- М.,1980, 198 с.

7. Столбов В.И., Сидоров В.П., Кузнецов Г.Д., Олейник A.B., Сварка алюминиевых сплавов после плазменной резки. Сб. Технология производства сварных и паяных конструкций, вып.4, Куйбышев, 1976, С. 51-58.

8. Справочник сварщика. Под. ред. Степанова В.В.- М.: Машиностроение, 1982, 560 с.

9. Малаховский В.А. Плазменная сварка. М.: Высшая школа,1987,. 80 с.10 . Быховский Д.Г. Плазменная резка. Л.: Машиностроение, 1970, 168 с.

10. Ширшов И.Г., Котиков В.Н. Плазменная резка. Л.: Машиностроение, 1987, 192 с.

11. Лесков Г.И. Электрическая сварочная дуга. М.: Машиностроение, 1970, 334 с.

12. Браткова О.Н. Источники питания сварочной дуги. М.: Высшая школа, 1982, 182 с.

13. Столбов В.И., Сидоров В.П. Исследование устойчивости повторного возбуждения сжатой дуги. Автоматическая сварка, 1979, - № 3, - С. 11-12,18.

14. Столбов В.И. Исследование и разработка процесса сварки алюминиевых сплавов трехфазной дугой. Дис. канд. техн. наук, М.:1964, 142 с.

15. Столбов В.И. Сварка и резка алюминиевых сплавов трехфазной дугой. Дис. докт. техн. наук, - М. 1983, 348с.

16. Столбов В.И. Загоруйко Б.Г. Оборудование для аргонодуговой сварки неплавящимися электродами алюминиевых сплавов, В кн.: Совершенствование технологических процессов и инструментов в машиностроение, Куйбышев: 1970,- С. 147-159.

17. Рабинович И.Я., Вавуло И.В. Графоаналитический метод расчета трехфазной сварочной цепи. Автоматическая сварка, 1972, №4,- С. 20-23.

18. Сидоров В. П. Научные основы проектирования технологических процессов и оборудования для обработки алюминиевых сплавов трехфазной сжатой дугой. Дис. докт. техн. наук. -Тольятти, 1999.

19. Вагин Г.Я. Режимы электросварочных машин М., Энергоатомиздат. 1985, 192с.

20. Шаповалов В.А. Разработка источника питания трехфазной дуги, обеспечивающего повышение качества сварных соединений из алюминиевых сплавов. Дис. канд. техн. наук,- М.,1986, 207 с.

21. Цепенев P.A., Короткова Г.М., Столбов В.И. Моделирование трехфазной дуги. Сварочное производство, 1984. №5 - С. 40-41.

22. Цепенев P.A., Короткова Г.М., Шаповалов В.А. Определение фазных токов факела трехфазной дуги. ВИНИТИ, "Депонированные научные работы", 1984. № 5 - С. 128.

23. Патон Б.Е., Лебедев В.К. Электрооборудование для дуговой и шлаковой сварки. М: Машиностроение, 1966, 360 с.

24. А.С. 792306 (СССР). Н 01 F 31/06. Трансформатор для сварки./ Столбов В.И., Короткова Г.М., Шаповалов В.А.

25. А.С. 1403119 (СССР). Н 01 F 31/06. Трансформатор для сварки./

26. Короткова Г.М., Моторин К.В., Шаповалов В.А. Опубл., в Б.И. №22, 1988.

27. А.С. 1334198 (СССР). Н 01 F 31/06. Трансформатор для сварки. /

28. Короткова Г.М., Моторин К.В., Шаповалов В.А., Столбов В.И,- Опубл., в Б.И. №32,1987.

29. Столбов В.И., Печенкина В.А., Масаков В.В. Заварка дефектов алюминиевого литья трехфазной дугой. Сварочное производство, 1978, №10, - С. 19-20.

30. Хренов К.К. Электрическая дуга. М. Машгиз, 1949, 204 с.

31. Походня И.К., Горпелюк В.Н., и др. Методика определения стабильности дуги переменного тока. - Автоматическая сварка, 1975, №12, С. 16 - 18.

32. Короткова Г.М., Шаповалов В.А., Моторин К.В., Пузырева В.А., Статические фазные вольтамперные характеристики трехфазной дуги. Деп. 30.04.85г., № 69, ЭТ 85.

33. Тиходеев Г.М. Энергетические свойства электрической сварочной дуги. М,- Л.: АН СССР, 1961, 354с.

34. Троицкий В.А. Влияние параметров электрической цепи на повторное возбуждение дуги переменного тока. Автоматическая сварка, 1975, № 11, -С. 6-11.

35. Троицкий В.А., Шигаев Е.Г. Критерий устойчивости горения дуги переменного тока. Автоматическая сварка, 1982, № 11, - С. 21-23.

36. Лесков Г.И., Лугин В.П. и др. Начальные участки динамических характеристик сварочных дуг. Автоматическая сварка, 1971, № 3,- С. 9.

37. Короткова Г.М., Шаповалов В.А., Моторин К.В. Повторные возбуждения элементарных дуг трехфазного факела. Сварочное производство, 1989, № 7, - С. 37-38.

38. Арнольд В.И. Обыкновенные дифференциальные уравнения. М.: Наука, 1984, 272 с.

39. Короткова Г.М., Кпышевич Ю.В. Динамические характеристики дуги переменного тока. ВИНИТИ, 24.10.82. № 31037, 82, ДЕП.

40. Короткова Г.М., Моторин К.В. Электрическая проводимость трехфазной дуги. Автоматическая сварка. 1991, №6, - С. 38-39.

41. Петров Г.Н. Электрические машины. М., Энергия, 1974.4.1, 240 с.

42. Шаповалов В.А., Короткова Г.М. К расчету сварочного трансформатора с кольцевым магнитопроводом. Автоматическая сварка. 1986, №10, - С. 25-27.

43. Калантаров П.Л., Цейтлин JI.A. Расчет индуктивностей. Справочная книга. Л.: Энергоиздат, 1986, 487 с.

44. Диксон Дж. Проектирование систем. М.: Мир. 1969, 440с.

45. Окунев Ю.Б., ПлотниковВ.Г. Принципы системного подхода к проектированию в технике связи. -М.: Связь. 1976, 184с.

46. Теория выбора и принятия решений. Под ред. И.М. Макарова Т.М. Виноградской и др. М.: Наука, 1982, 328с.

47. A.C. 1515215 (СССР). Н 01 F 41/02. Устройство для изготовления трансформаторов с ленточным сердечником./ Шакола А.Е., Столбов В.И., Шаповалов В.А., Моторин К.В., Короткова Г.М., Хрисанова Г.В.- Опубл., в Б.И. №38, 1989.

48. Патент № 2137576 (Россия).В 23К 9/06. Устройство для возбуждения сварочной дуги./ Казаков Ю.В., Корягин К.Б., Моторин К.В. Опубл., в Б.И. № 26, 1999.

49. A.C. 660797 (СССР). В 23 К 9/16. Двухэлектродная горелка для дуговой сварки неплавящимися электродами в защитных газах. /Осянкин Г.В., Сидоров В.П., Столбов В.И. и др. Опубл., в Б.И. №17, 1979.

50. A.C. 1734129. (СССР) H 01 H 19/40. Пакетный переключатель./

51. Банов М.Д., Лосев Н.В., Моторин К.В., Седыкин Е.Я. Опубл., в Б.И, №18, 1992.

52. Бродский А.Я. Выпрямление тока аргона дуговой сварки. Автогенное дело, 1952, № 1, - С. 10-14.

53. A.C. 1744743 (СССР). HOIR 4/48. Контактный токоподвод. / Столбов В.И., Моторин К.В., Моторкин A.C. Опубл., в Б,И, № 24, 1992.

54. A.C. 1570157 (СССР). В 23 К 9/16. Двухэлектродный плазмотрон. / Моторин К.В., Столбов. В.И.

55. Столбов В.И., Короткова Г.М., Сидоров В.П., и др. Отчет о научно исследовательской работе. «Исследование и разработка установки для сварки и резки алюминиевых сплавов» - Тольятти, 1989, 147с.

56. Установка для сварки трехфазной дугой в защитных газах. УДГТ -315. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.

57. ГОСТ 14806 80. Дуговая сварка алюминия и алюминиевых сплавов в инертных газах. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.

58. Короткова Г.М., Моторин К.В., Шакола А.Е. Постоянная составляющая в сварочной цепи. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии», Иваново, 3 -5 июня 1987,-С. 62.

59. Короткова Г.М„ Моторин К.В. Проводимость трехфазной дуги. Тезисы докладов IV Всесоюзной конференции по сварке цветных металлов, Мариуполь 1990, С.12.