Технологическое управление качеством при восстановлении чугунных деталей судового оборудования плазменной наплавкой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.04, кандидат технических наук Ворохобин, Сергей Владимирович

• Ворохобин, Сергей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ворохобин, Сергей Владимирович

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса и постановка задачи

1.1. Отказы чугунных деталей судового оборудования.

1.2. Восстановление чугунных деталей судового оборудования сваркой и наплавкой

1.3. Анализ методов оптимизации параметров технологических процессов восстановления деталей наплавкой

1.4. Задачи исследования.

Глава 2. Разработка методики выбора оптимальных параметров процесса плазменной наплавки серого чугуна.

2.1. Поиск компромиссного решения в многокритериальной задаче оптимизации технологических процессов

2.2. Методика выбора оптимальных значений параметров материала и факторов процесса формирования

2.3. Алгоритм проектирования технологии восстановления чугунных деталей сварочными процессами.

Глава 3. Методики проведения исследований.

3.1. Методика планирования экспериментов

3.1.1. Факторные эксперименты

3.1.2. Планирование экспериментов влияния параметров режима плазменной наплавки чугуна на качество сварного соединения

3.2. Методика исследования металлографических и механических свойств сварного соединения

Глава 4. Оптимизация параметров режима плазменной наплавки серого чугуна.

4.1. Исследование технологических возможностей плазменной наплавки серого чугуна.

4.1.1. Влияние химического состава присадочного материала на формирование свойств при наплавке чугуна.

4.1.2. Влияние полярности тока на формирование свойств при плазменно-порошковой наплавке чугуна

4.2. Разработка математических моделей влияния режима сварки и наплавки на свойства сварного соединения.

4.3. Управление формированием параметров материала поверхностного слоя при плазменной наплавке чугунных деталей.

Глава 5. Технология плазменно-порошковой наплавки втулок цилиндров с кавитационным износом водоохлаждаемой поверхности.

5.1. Установка для плазменной наплавки чугунных деталей

5.2. Выбор режимов наплавки.

5.3. Технологический процесс плазменно-порошковой наплавки водоохлаждаемых поверхностей втулок цилиндров судовых дизелей.

5.4. Расчет экономической эффективности от внедрения плазменной наплавки водоохлаждаемых поверхностей втулок цилиндров судовых дизелей.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технологическое управление качеством при восстановлении чугунных деталей судового оборудования плазменной наплавкой»

На современном этапе развития науки и производства назрела необходимость в разработке комплексной методологии проектирования оптимальной технологии, позволяющей одновременно оптимизировать технологический процесс восстановления или упрочнения детали, прогнозировать долговечность узла в случае применения данной технологии и оценивать ее себестоимость. Проектирование оптимальной технологии и материалов с заданными свойствами требует, как правило, проведения значительных по объему и стоимости исследований. Переход от традиционных методов разработки технологических процессов восстановления деталей к автоматизированным методам проектирования (с использованием ПК) позволит повысить качество, снизить материальные затраты, сократить сроки проектирования, повысить производительность труда инженеров-технологов в результате разработки программного обеспечения и подготовки специалистов, владеющих современными компьютерными технологиями.

Старение торгового и рыбопромыслового флотов делает актуальной проблему повышения ресурса изнашиваемых и дорогостоящих деталей судового оборудования, а также восстановления изношенных. Проблема обеспечения долговечности судового оборудования является актуальной и предполагает применение современных методов проектирования, технологического обеспечения, экономического и организационного управления, контроля, прогнозирования долговечности восстановленных и упрочненных деталей и т. п.

Восстановление изношенных деталей с целью их повторного использования в качестве запасных частей судовых технических средств (СТС) является одним из основных путей совершенствования технической эксплуатации флота на базе мировой стратегии ускоренного внедрения наукоемких и ресурсосберегающих технологий. При восстановлении деталей решают одну из следующих задач:

1) придания деталям и оборудованию в целом первоначальных эксплуатационных свойств;

2) повышения первоначальных эксплуатационных свойств деталей за счет применения при восстановлении современных технологий и материалов для увеличения конструкционной прочности, триботехнических свойств и улучшения других характеристик деталей или их отдельных элементов.

Целенаправленное научно обоснованное решение этой проблемы позволит повысить показатели надежности и эффективности эксплуатации судовых машин и механизмов за счет замены изношенных деталей на более долговечные, упорядочения и снижения расхода запасных частей, экономии материальных, трудовых и денежных ресурсов в сфере ремонтного производства и технического обслуживания флота.

Мировой опыт показывает, что свыше 80 % изношенных деталей можно восстановить с целью их повторного использования в качестве запасных частей СТС. Однако для обеспечения эффективности и экономической целесообразности восстановления деталей необходимо, чтобы стоимость восстановления детали не превышала 40-60 % от цены новой детали при ее гарантийной наработке не менее 80 % от ресурса новой. Применяемые в настоящее время судоремонтными заводами технологии в лучшем случае обеспечивают ресурс восстановленных деталей в пределах 40-50 % от ресурса новой. При этом время, за* трачиваемое на разработку технологии традиционным неавтоматизированным путем, ее корректировку и опытную эксплуатацию восстановленных деталей для проверки правильности принятых технологических решений занимает несколько лет.

Большинство судовых деталей, лимитирующих сроки службы отдельных агрегатов, узлов, энергетических установок и т. д., работают в условиях тяжелых динамических нагрузок, воздействия высоких температур, в агрессивных и абразивных средах. Тяжелые условия эксплуатации вызывают их преждевре-* менный износ и разрушение в процессе работы.

Первостепенное значение для увеличения срока службы судов имеет безотказная работа судовой энергетической установки.

Втулки, крышки цилиндров, поршни, седла клапанов и другие детали многих типов двигателей внутреннего сгорания (ДВС) изготавливаются из чугуна.

Широкое использование чугуна в ответственных судовых деталях обусловлено тем, что он обладает малой чувствительностью к концентраторам напряжений, имеет повышенную способность гасить вибрации, хорошо обрабатывается и характеризуется хорошими литейными свойствами.

Основные причины отказов чугунных деталей ДВС:

- значительные статические и циклические напряжения, вызывающие образование трещин (корпуса насосов, втулки и блоки цилиндров дизелей и т. д.);

- коррозионно-эрозионное изнашивание;

- кавитационное изнашивание полостей охлаждения (блоки и втулки цилиндров и др.);

- работа деталей в условиях трения при высоких удельных нагрузках, температурах и скоростях скольжения, приводящая к повышенному нерегламенти-рованному изнашиванию;

- работа деталей в условиях трения и одновременного воздействия статических и циклических напряжений, приводящая как к повышенному изнашиванию, так и образованию трещин.

Поэтому изучение возможностей ремонта ответственных чугунных деталей, испытывающих в процессе работы воздействие тяжелых эксплуатационных нагрузок, является крайне необходимым флоту.

В большинстве случаев дефекты в чугунных деталях можно устранить. Для устранения дефектов при ремонте чугунных деталей, вышедших из строя, широко применяют сварочные процессы [4, 37, 42, 54, 107 и др.].

Вместе с тем чугун обладает специфическими свойствами, которые в значительной степени затрудняют применение сварки. Это, с одной стороны, высокое содержание углерода и тенденция к образованию метастабильных структур (цементита и ледебурита) при быстром охлаждении, характерном для процесса сварки, а с другой - низкая пластичность и большая хрупкость. Чугун отличается относительно низкой температурой кристаллизации по сравнению с металлом сварочной ванны на железной или железоникелевой основе, высокой газонасыщенностью, а также наличием в нем микропустот и даже рыхлот, в которых концентрируются газы. Иногда при сварке возникают дополнительные затруднения, вызванные условиями эксплуатации изделия, поступившего в ремонт (например, при сварке изделий из горелого или пропитанного маслом чугуна).

Проектирование технологии восстановления ответственной чугунной детали при необходимости обеспечения высококачественного сварного соединения на уровне прочности основного металла - весьма сложная задача вследствие плохой технологической свариваемости чугуна при холодной сварке, отсутствия оборудования и большой трудоемкости технологического процесса горячей сварки, недостатка данных по технологическим особенностям и рекомендаций по рациональной области применения некоторых современных способов сварки и наплавки. Плохая технологическая свариваемость чугуна обусловлена тем, что наплавленный металл и металл околошовной зоны имеют большую склонность к образованию закалочных непластичных структур, а низкая прочность чугуна и практически полное отсутствие пластичности способствуют трещинообразованию как в наплавленном, так и основном металле. Вследствие этого дефектные ответственные чугунные детали на судоремонтных предприятиях, как правило, не восстанавливают, а заменяют на новые.

Отсюда вытекает необходимость изыскания способа наплавки ответственных чугунных деталей и выбора присадочного материала для их наплавки, обеспечивающих получение высококачественного сварного соединения с требуемыми свойствами наплавленного металла, а также нахождения оптимальной области режимов наплавки (технологического управления качеством). При оптимизации технологических процессов сварки и наплавки чугунных деталей необходимо одновременное рассмотрение нескольких параметров оптимизации (прочность сварного соединения, ширина ледебуритной зоны, глубина про-плавления и др.).

Способы восстановления (ремонта) ответственных судовых чугунных деталей, известные как в нашей стране, так и за рубежом, имеют множество особенностей, обусловленных различным тепловложением при формировании сварного соединения, химическим составом наплавочных материалов. Это сдерживает широкое использование сварки для ремонта ответственных деталей, требует учета отдельных особенностей технологии и приемов сварки.

Способы восстановления (ремонта) чугунных деталей являются крайне трудоемкими и часто не обеспечивают равнопрочность и герметичность сварного соединения. Поэтому знание особенностей сварки чугунных деталей [3—7, 15, 31, 34—40 и др.] с целью более широкого использования сварки в судоремонте является крайне актуальным.

Анализ технологических особенностей существующих методов сварки (наплавки), применяемых для восстановления ответственных чугунных деталей, когда к сварным соединениям предъявляются такие требования как равнопрочность основному металлу, обрабатываемость режущим инструментом, изменение размеров детали после наплавки в пределах полей допусков показал, что способ сварки (наплавки) должен удовлетворять следующим требованиям:

- механизация технологического процесса;

- высокая локальность подачи тепла;

- низкое тепловложение в изделие;

- минимальное расплавление основного металла;

- стабильность качества наплавленного металла и сварного соединения;

- высокая производительность процесса.

При выборе присадочного (наплавочного) материала должны быть приняты во внимание следующие факторы:

- механическая прочность не ниже прочности основного металла;

- низкий предел текучести;

- обрабатываемость;

- терпимость к разбавлению основным металлом;

- смачивание чугуна при низком тепловложении.

Способ сварки и сварочные материалы должны обеспечивать высокое ка-щ чество и надежность работы восстановленных чугунных изделий. В оценке целесообразности применения тех или иных способов сварки (наплавки) чугуна для получения требуемых показателей качества, надежности и экономической эффективности существенное значение имеет технологичность применяемых способов и материалов.

Наиболее перспективный способ наплавки для восстановления ответственных чугунных деталей - плазменный, так как обладает рядом преимуществ: широкий диапазон регулирования тепловых и газодинамических параметров, позволяющий в широких пределах изменять технологические и механические свойства сварного соединения; возможность механизации и автоматизации технологического процесса.

Исследования процесса плазменной наплавки аустенитных сталей, сплавов на никелевой основе и медных сплавов на чугун, показали, что данный метод обеспечивает получение высокого качества формирования наплавленного металла и сварного соединения в целом [40, 59, 69, 70]. Стабильность процесса наплавки, небольшая глубина проплавления основного металла и возможность ее регулирования, достаточно высокая чистота наплавленного металла, минимальные размеры зоны переменного состава и хрупких прослоек, полученных при плазменной наплавке, определяют высокие механические свойства соединения, которые, как правило, находятся на уровне свойств основного металла.

В настоящее время разработано множество моделей, описывающих влияние основных параметров режима на формирование свойств поверхностного слоя деталей для многих методов восстановления и упрочнения, позволяющих существенно сократить объем экспериментальных исследований при поиске оптимальных параметров режима наплавки, напыления и т. д. [8, 14, 22, 59, 67 и др.]. Кроме того, имеются модели, позволяющие прогнозировать ресурс детали в зависимости от условий ее эксплуатации и параметров поверхностного слоя. Однако использование данных моделей возможно в большинстве случаев при применении ПК из-за их сложности и большого объема расчетных работ. Переход от традиционных методов разработки технологических процессов восстановления деталей к автоматизированным методам проектирования позволит повысить качество, снизить материальные затраты, сократить сроки проектирования, повысить производительность труда инженеров-технологов, занятых разработкой технологических процессов, а также оперативно разрабатывать технологии, оптимальные по затратам и гарантирующие требуемый ресурс для условий эксплуатации конкретной детали машины или механизма.

Разработкой этой проблемы в той или иной степени заняты ученые и инженерно-технические работники различных организаций [104, 117]. Возникающие при этом многочисленные противоречия, как следствие различных толкований научно-методических основ автоматизации технологического проектирования, предопределяют актуальность дальнейших теоретических исследований рассматриваемой проблемы с целью выработки методологических принципов и концепций построения современных автоматизированных технологических систем в реальных производственных условиях.

Проектирование оптимальной технологии, материалов, оборудования для восстановления конкретной детали требует, как правило, проведения значительных по объему и стоимости исследований. При этом в различных организациях, специализирующихся на судоремонте, часто решаются близкие по целям и содержанию задачи.

Данная работа выполняется в рамках концепции построения комплексной системы автоматизированного технологического проектирования восстановления деталей СТС [73]. Разрабатываемая система автоматизированного технологического проектирования предусматривает активное вмешательство человека как окончательной инстанции, принимающей решения.

Несмотря на то, что методы принятия решений отличаются универсальностью, их успешное применение в значительной мере зависит от профессиональной подготовки специалиста, который должен иметь четкое представление о специфических особенностях изучаемой системы и уметь корректно поставить задачу. В общем случае можно рекомендовать следующую последовательность действий, которые составляют содержание процесса постановки и решения задачи:

1. установление границы подлежащей оптимизации системы, т. е. представление системы в виде некоторой изолированной части реального мира. Расширение границ системы повышает размерность и сложность многокомпонентной системы и, тем самым, затрудняет ее анализ. Следовательно, в инженерной практике следует прибегать к разложению сложных систем на подсистемы, которые можно изучать по отдельности без излишнего упрощения реальной ситуации (примером является данная работа);

2. определение показателя эффективности, на основе которого можно оценить характеристики системы или ее проекта с тем, чтобы выявить «наилучший» проект или множество «наилучших» условий функционирования системы. В инженерных приложениях обычно выбираются показатели экономического (издержки, прибыль и т. д.) или технологического (производительность, энергоемкость, материалоемкость и т. д.) характера. «Наилучшему» варианту всегда соответствует экстремальное значение показателя эффективности функционирования системы;

3. выбор внутрисистемных независимых переменных, которые должны адекватно описывать допустимые проекты или условия функционирования системы и способствовать тому, чтобы все важнейшие технико-экономические решения нашли отражение в формулировке задачи;

4. построение модели, которая описывает взаимосвязи между переменными задачи и отражает влияние независимых переменных на значение показателя эффективности. Элементы модели содержат всю информацию, которая обычно используется при расчете проекта или прогнозировании характеристик инженерной системы. Процесс построения модели является весьма трудоемким и требует четкого понимания специфических особенностей рассматриваемой системы;

5. используя полученные математические модели нахождение оптимальных параметров протекания технологических процессов;

6. принятие окончательного решения, используя полученные результаты оптимизации.

Целью представленной диссертационной работы является разработка технологии восстановления ответственных чугунных деталей судового оборудования (на примере втулок цилиндров с кавитационным износом водоохлаждае-мых поверхностей) на основе предлагаемой методики технологического управления качеством при восстановлении деталей плазменной наплавкой.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- разработана методика технологического управления качеством при восстановлении чугунных деталей судового оборудования в зависимости от требований, предъявляемых к восстанавливаемой детали, на основе решения многокритериальной задачи оптимизации параметров режима плазменной наплавки (апробирована на примере плазменной наплавки втулок цилиндров с кавитационным износом водоохлаждаемых поверхностей);

- определена рациональная область содержания железа в присадочном материале на никелевой основе при плазменно-порошковой наплавке чугуна;

- определено влияние полярности тока на формирование свойств при плазменно-порошковой наплавке чугуна;

- получены математические модели влияния режима плазменной наплавки на свойства сварного соединения;

- разработан алгоритм проектирования технологии восстановления чугунных деталей сварочными процессами;

- определена область параметров режима наплавки, обеспечивающая необходимое качество сварного соединения;

- построены номограммы зависимости характеристик сварного соединения от технологических параметров режима плазменной наплавки;

- разработана технология восстановления втулок цилиндров судовых дизелей с кавитационным износом водоохлаждаемых поверхностей.

Практическая ценность и реализация работы - разработаны методика определения оптимальных параметров процесса наплавки с использованием паке-W та MS Excel; алгоритм, позволяющий проектировать технологический процесс восстановления ответственных чугунных деталей и технология восстановления втулок цилиндров судовых дизелей с кавитационным износом водоохлаждае-мых поверхностей. Определена оптимальная область химического состава и параметров режима при восстановлении деталей плазменной наплавкой сплавами на никелевой основе. Результаты работы используются при подготовке студентов специальности 120600 «Оборудование и технология повышения износостойкости и восстановления деталей машин и аппаратов» на лабораторных ^ и практических занятиях, в курсовом и дипломном проектировании.

Основные результаты работы докладывались, обсуждались и были одобрены на ежегодных научно-технических конференциях МГУ им. адм. Г. И. Невельского в 2000-02 г.г., а также на региональной научно-технической конференции «Наука делает мир лучшим» в г. Владивостоке в 2003 г.

Данная работа состоит из пяти глав.

В первой главе рассмотрены причины отказов чугунных деталей судовых дизелей; способы восстановления чугунных деталей судового оборудования * сваркой и наплавкой; выполнен анализ методов оптимизации параметров технологических процессов восстановления деталей.

Во второй главе рассмотрены методы выбора оптимальных параметров технологического процесса ('111) на примере плазменной наплавки серого чугуна; разработана методика выбора оптимальной области параметров процесса плазменной наплавки; разработан алгоритм проектирования технологии восстановления чугунных деталей сварочными процессами.

В третьей главе рассмотрены методики проведения экспериментальных W исследовании: планирования экспериментов, определения твердости и микротвердости, металлографических исследований и др.

В четвертой главе приводятся данные экспериментальных исследований влияния химического состава присадочного материала и полярности тока на формирование свойств при наплавке чугуна; пути управления формированием параметров материала поверхностного слоя при плазменной наплавке чугунных деталей; определена оптимальная область режима наплавки, обеспечивающая необходимые свойства сварного соединения.

В пятой главе описана технология плазменной наплавки втулок цилиндров с кавитационным износом водоохлаждаемой поверхности; с помощью стандартной методики выполнен расчет экономической эффективности использования разработанной технологии.

Основные положения диссертации изложены в работах [24-27, 71, 72].

Заключение диссертации по теме «Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства», Ворохобин, Сергей Владимирович

Заключение

На основании анализа литературных источников по способам сварки и результатов исследований плазменно-порошковой наплавки чугуна в качестве перспективного способа выбрана плазменная наплавка чугунных деталей, которая обладает рядом преимуществ: широкий диапазон регулирования тепловых и газодинамических параметров, позволяющий в широких пределах изменять технологические и механические свойства сварного соединения; возможность механизации и автоматизации технологического процесса.

Исследования процесса плазменной наплавки аустенитных сталей, сплавов на никелевой основе и медных сплавов на чугун, показали, что данный метод обеспечивает получение высокого качества формирования наплавленного металла и сварного соединения в целом [40, 59, 69, 70, 104]. Стабильность процесса наплавки, небольшая глубина проплавления основного металла и возможность ее регулирования, достаточно высокая чистота наплавленного металла, минимальные размеры зоны переменного состава и хрупких прослоек, полученных при плазменной наплавке, определяют высокие механические свойства соединения, которые, как правило, находятся на уровне свойств основного металла.

Плазменная наплавка чугуна с применением порошкового присадочного материала осуществляется на постоянном токе прямой и обратной полярности. Металлические порошки являются более универсальным присадочным материалом при наплавке, чем проволока: во-первых, не все присадочные материалы требуемого химического состава можно получить в виде проволоки; во-вторых, порошки разных химических составов можно смешивать для получения наплавленного металла с заданными свойствами. Наплавочные порошковые материалы должны обладать хорошей сыпучестью, частицы порошка должны быть сферической или близкой к сфере формы (размер гранул 0,10,5 мм). Порошковые сплавы должны также обладать самофлюсующимися свойствами, которые обеспечиваются наличием в их составе бора и кремния.

Наиболее перспективными материалами для восстановления ответственных чугунных деталей при необходимости получения высококачественного сварного соединения, являются сплавы на никелевой и медноникелевой основе.

Расплавленный никель может растворять значительное количество углерода, который выделяется при охлаждении, как правило, в виде графита. Никель также способствует графитизации М-Ге-С сплавов. Модифицированный металл на основе никеля, несмотря на значительное содержание углерода (до 1,5 %), сочетает достаточную прочность с пластичностью. Такие свойства сохраняются в широком диапазоне легирования железом и в присутствии примесей (кремния, фосфора и др.), неизбежных при наплавке на чугун.

Никелевые сплавы имеют высокую устойчивость против окисления при легировании их бором и кремнием и имеют температуру плавления, близкую к температуре плавления чугуна. Разработка металлических порошков на основе никеля для плазменной наплавки позволяет по новому подойти к разработке технологии восстановления ответственных чугунных деталей.

В настоящее время в России и за рубежом разработано большое количество различных порошковых наплавочных материалов, предназначенных для получения коррозионно-стойких, износостойких и жаростойких покрытий. Разработаны порошки НПЧ-1, НПЧ-2, НПЧ-3, ПГ-10Н-04, ПГ-АН7 и др. на никелевой основе для восстановления поверхностных дефектов на чугунных деталях газопламенным напылением с последующим оплавлением. Данные порошки можно использовать в качестве подслоя при необходимости получения износостойких или антифрикционных покрытий на чугунных деталях, который можно наносить методами газопламенного или плазменного напыления или наплавлять.

Таким образом, выбор присадочного материала, метода сварки (наплавки), определение оптимальных параметров сварки и термообработки (упрочнения) чугуна является сложной задачей. Для учета влияния параметров технологии сварки (наплавки) и термообработки на структуру и свойства сварных соединений, а также долговечность сварных конструкций с учетом изменения свойств в процессе эксплуатации необходимо проектирование технологического процесса восстановления ответственных чугунных деталей сварочными методами. При этом желательно автоматизировать процесс проектирования.

Проведенные исследования технологических возможностей плазменной наплавки чугуна, а также выбор оптимальных параметров режима восстановления чугунных деталей судового оборудования плазменной наплавкой позволяют сделать следующие выводы:

1. При плазменной наплавке на серый чугун порошком на никелевой основе, изменяя содержание железа в присадочном материале от 0 до 60 % от массы порошка, можно получать требуемые размеры и форму наплавляемого валика, глубину проплавления основного металла, твердость и микроструктуру наплавленного металла. Образование структурных составляющих в зоне сплавления и ее размеры не зависят практически от содержания железа в присадочном желе-зоникелевом материале.

2. При плазменной наплавке на серый чугун порошком на никелевой основе, оптимальное сочетание механических, технологических свойств и металлографических особенностей наблюдается при содержании железа в присадочном материале в пределах от 20 до 40 %.

3. Плазменная сварка порошком ПГ-10Н-04 в разделку глубиной до 6 мм и при угле разделки не менее 75° позволяет получить высококачественное сварное соединение на уровне прочности основного металла. Применение тока обратной полярности позволяет получить сварное соединение с меньшим количеством дефектов в наплавленном металле и ледебурита в зоне сплавления.

4. При плазменной наплавке серого чугуна самофлюсующимся порошком на никелевой основе ПГ-10Н-04 наибольшее влияние на металлографические характеристики сварного соединения оказывают полярность тока и величина сварочного тока.

5. Плазменная наплавка чугуна дугой обратной полярности позволяет получить высокое качество наплавленного металла (отсутствие макропор и минимальное количество микропор), отсутствие несплавления наплавленного металла с основным, меньшую глубину проплавления чугуна при наплавке на оптимальном режиме и меньшее количество мартенсита в зоне термического влияния. Недостатки: большая ширина ледебуритной зоны и зоны термического влияния, чем при наплавке дугой прямой полярности. Применение дуги обратной полярности предпочтительно в случае восстановления деталей, работоспособность которых определяется качеством наплавленного металла.

6. Наплавка на прямой полярности обеспечивает значительно меньшую ширину зоны отбела. Однако наплавленный металл имеет большое количество пор по сравнению с наплавкой на обратной полярности. Применение дуги прямой полярности целесообразно для наплавки деталей, у которых линия сплавления подвергается последующей механической обработке.

7. Прочность сцепления наплавленного металла с чугуном не зависит от полярности тока и параметров режима плазменной наплавки в исследуемом диапазоне и определяется прочностью основного металла.

8. Задача управления формированием параметров материала поверхностного слоя при плазменной наплавке серого чугуна является многокритериальной задачей условной оптимизации. Для нахождения оптимальных параметров процесса наплавки целесообразно применение численных методов математического программирования с использованием современных интегрированных пакетов в качестве инструмента поиска решения.

9. В случае необходимости последующей механической обработки наплавленного слоя целесообразно использовать плазменную наплавку током прямой полярности выдерживая режим: сила сварочного тока 145-150 А, расход плаз-мообразующего газа 3,3-3,5 л/мин, скорость наплавки 5-5,2 м/ч.

10. В случае необходимости получения высокого качества наплавленного металла без последующей механической обработки целесообразно использовать плазменную наплавку током обратной полярности выдерживая режим: сила сварочного тока 150-155 А, расход плазмообразующего газа 4,8-5 л/мин, скорость наплавки 6,8-7 м/ч.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ворохобин, Сергей Владимирович, 2004 год

1. Адлер Ю. П., Маркова Е. В., Грановский Ю. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Наука, 1976.-280 с.

2. Акулич И. Л. Математическое программирование в примерах и задачах: Учеб. пособие для студентов эконом, спец. вузов. М.: Высшая школа, 1986. -319 с.

3. Арон А. В., Леонтьев Л. Б. Плазменная наплавка посадочных поясков цилиндров дизелей «Бурмейстер и Вайн» и чугунных деталей // ЦНТИ ММФ. Сер. «Судоремонт». Вып. № 1(9). 1982^ - С. 16-22.

4. Асиновская Г. А., Иванов Б. Г. Некоторые способы сварки чугуна. М.: Машиностроение, 1971. -49 с.

5. Аснис А. Е., Грецкий Ю. Я., Мельниченко И. М. Самозащитная проволока ПАНЧ-11 для механизированной сварки чугуна // Автоматическая сварка. 1976.-№2-С. 69.

6. Аснис А. Е., Грецкий Ю. Я. Состояние и перспективы сварки чугуна // Автоматическая сварка. 1978. № 8. - С. 39-42.

7. Аснис А. Е., Грецкий Ю Я. Тенденции развития и основные задачи сварки чугуна // Проблемы сварки и резки чугуна. Киев: ИЭС им. Е. О. Патона АН УССР, 1976. - С. 3-8.

8. Березовский Б. М. Математические модели дуговой сварки. В 3-х томах. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2002.

9. Богачев И. Н. Металлография чугуна. Свердловск: Металлургия, 1962.-392 с.

10. Ю.Бокштейн С. 3. Строение и свойства металлических сплавов. М.: Металлургия, 1971. - 496 с.

11. Бонди Б. Методы оптимизации. Вводный курс / Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1988. - 128 с.

12. Борисов А. Н., Крумберг О. А., Федоров И. П. Принятие решений на основе нечетких моделей: Примеры использования. Рига: Зинатне, 1990. - 184 с.

13. Брайнин Э. И., Лейтман В. А., Пясецкая Л. И. Оценка прочности соединения наплавленного сплава НПЧ-1 со сталью и чугуном при газопорошковой ^ наплавке // Сварочное производство. 1976. - № 11. - С. 14.

14. Бровченко С. В., Леонтьев Л. Б. Разработка математических моделей при исследовании технологических процессов // Повышение надежности судового оборудования: Сб. науч. тр. / Мор. гос. ун-т. Владивосток: Мор. гос. ун-т, 2002.-С. 15-28.

15. Бунин К. П., Маляночка Я. Н., Таран Ю. Н. Основы металлографии чугуна. -М.: Металлургия, 1969. 416 с.

16. Бусленко Н. П. Моделирование сложных систем. М.: Наука, 1978. -400 с.

17. Вагнер Г. Основы исследования операций. В 3-х кн.: Пер. с англ. М.: Мир, 1973.

18. Васильев Ф. П. Численные методы решения экстремальных задач. М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1980. - 520 с.

19. Венделин А. Г. Процесс принятия решения. Таллин: Валгус, 1973. -216 с.

20. Вентцель Е. С. Исследование операций: задачи, принципы, методология. М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1980. -208 с.

21. Вознесенский В. А., Ковальчук А. Ф. Принятие решений по статистическим моделям. М.: Статистика, 1978. - 192 с. - (Мат. статистика для экономистов).

22. Волченко В. П. Оценка и контроль качества сварных соединений с применением статистических методов. М.: Изд. стандартов, 1974. - 158 с.

23. Воркуев Б. Л. Анализ решений экономико-математических моделей. -М.: Изд. МГУ, 1987. 140 с.

24. Ворохобин С. В. Выбор оптимальных параметров процесса плазменной наплавки серого чугуна // Вестник морского государственного университета.

25. Серия «Судостроение и судоремонт»: Сб. науч. тр. / Мор. гос. ун-т. Владивосток: Мор. гос. ун-т, 2004. - С. 90-99.

26. Ворохобин С. В., Патенкова Е. П., Юзов А. Д. Основы научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ: Учеб. пособие. Владивосток: Мор. гос. ун-т, 2002. - 180 с.

27. Вощанов К. П. Ремонт оборудования сваркой. М.: Машиностроение, 1967. - 192 с.

28. Вычислительная техника в инженерных и экономических расчетах / Под ред. А. В. Петрова. М.: Высшая школа, 1984. - 322 с.

29. Гафт М. Г. Принятие решений при многих критериях. М.: Знание, 1979.

30. Гиршович Н. Г. Кристаллизация и свойства чугуна в отливках. М.; Л.: Машиностроение, 1966. - 562 с.

31. Глушков C.B. Оптимизация параметрической надежности технических систем // Автоматизация и новые технологии в судоремонте: Сб. науч. тр. / Дальневост. государств, мор. акад. Владивосток: ДВГМА, 2000. - С. 28-35.

32. Грабин В. Ф. Металловедение сварки плавлением. Киев: Наукова Думка, 1982.-414 с.

33. Грецкий Ю. Я., Васильев В. Г., Крошина Г. М. Формирование структуры околошовной зоны при сварке серого перлитного чугуна // Автоматическая сварка. 1979. - № 12. - С. 22-25.

34. Грецкий Ю. Я., Демченко Ю. В. Восстановление чугунных базисных деталей двигателей механизированной сваркой проволокой ПАНЧ-II // Сварщик. 1998. - № 4. (www.welder.ru).

35. Грецкий Ю. Я. Исходные положения при разработке высококоэффициентной технологии дуговой сварки чугуна без подогрева // Автоматическая сварка. 1978.-№ 11.-С. 41-45.

36. Грецкий Ю. Я., Метлицкий В. А. Сварка чугунных деталей в ремонтном производстве / Общество «Знание» Укр. ССР. Киев, 1985. - С. 16.

37. Грецкий Ю. Я. Образование соединения при дуговой сварке конструкционных чугунов. I. Роль графитной фазы основного металла // Автоматическая сварка. 1980. - № 6. - С. l^t.

38. Грецкий Ю. Я. Образование соединения при дуговой сварке конструкционных чугунов. II. Условия качественного сплавления // Автоматическая сварка. 1980. - № 8. - С. 27-29.

39. Грецкий Ю. Я., Тихоновская JL Д. Выбор рационального содержания никеля в швах сварных соединений чугуна // Автоматическая сварка. 1979. -№7.-С. 35-38.

40. Гитлевич А. Д. Методика ориентировочного расчета удельных показа-^ телей себестоимости электрической сварки плавлением / Сварочное производство, 1979, №3.-С. 32-33.

41. Гусева А. П., Мешкова 3. Д. Опыт ремонта чугунных судовых деталей на СРЗ Минморфлота // Морской транспорт. Сер. «Судоремонт». Экспресс-информация. Вып. 2 (551). -М., 1984. - С. 12-15.

42. Демьянов В. Ф., Васильев JI. В. Не дифференцируемая оптимизация. -М.: Наука, 1981. 384 с. - (Оптимизация и исследование операций).

43. Диксон Дж. Проектирование систем: изобретательство, анализ и приня-*» тие решений. / Пер. с англ. М.: Мир, 1969. - 440 с.

44. Елистратов П. С. Металлургические основы сварки чугуна. М.: Маш-гиз, 1957.- 156 с.

45. Елистратов П. С. Сварочные свойства чугуна. М.: Машгиз, 1959. -147 с.

46. Емельянов С. В., Ларичев О. И. Многокритериальные методы принятия решений. -М.: Знание, 1985.

47. Жуковин В. Е. Модели и процедуры принятия решений. Тбилиси: Мецниереба, 1981. - 118 с.

48. Жуковин В. Е. Нечеткие многокритериальные модели принятия решений. Тбилиси: Мецниереба, 1988. - 70 с.

49. Заварыкин В. М., Житомирский В. Г., Лапчик М. П. Численные методы. -М.: Просвещение, 1990.

50. Зедгинидзе И. Г. Планирование эксперимента для исследования многокомпонентных систем. М.: Наука, 1976 - 390 с.

51. Земзин В. Н., Шрон Р. 3. Термическая обработка и свойства сварных соединений. Л.: Машиностроение, 1978. - 366 с.

52. Зуховицкий С. И., Авдеева Л. И. Линейное и выпуклое программирование. М.: Наука, 1967.

53. Иванов Б. Г., Журавицкий Ю. И., Левченков В. И. Сварка и резка чугуна. М.: Машиностроение, 1977. - 208 с.

54. Иванов Б. Г., Левинков В. И., Терский Ф. Н. Материалы для сварки чугуна // Сварочное производство. 1976. - № 31. - С. 3-5.

55. Иванов Б. Г., Левченко В. И., Терский Ф. Н. Технологичность способов сварки чугуна // Сварочное производство. 1976. - № 11. - С. 1-3.

56. Иоффе А. Д., Тихомиров В. М. Теория экстремальных задач. М.: Наука, 1974.-479 с.

57. Исследование операций. В 2-х кн.: Пер. с англ. / Под ред. Дж. Моудера, С. Элмаграби. М.: Мир, 1981.

58. Кини P. JI., Райфа X. Принятие решений при многих критериях: предпочтения и замещения: Пер. с англ. / Под ред. И. Ф. Шахнова. М.: Радио и связь, 1981.-560 с.

59. Коробко Б. П. Сварка чугуна с применением порошкообразной присадки // Сварщик. 2000. - № 4. (www.welder.ru).

60. Кофман А., Анри-Лабордер А. Методы и модели исследования операций. Целочисленное программирование / Пер. с фр. М.: Мир, 1977. - 432 с.

61. Крылов С. В., Стальниченко О. И., Капустян А. В. Технологические приемы ремонтной сварки чугунных судовых деталей // Сварочное производство. 1987.-№ 8.-С. 16-18.

62. Кудрявцев И. М. Исследование операций в задачах, алгоритмах и программах. М.: Радио и связь, 1984. - 184 с.

63. Курицкий Б. Я. Оптимизация вокруг нас. Л.: Машиностроение, 1989. - 144 с.

64. Ларсен Рональд У. Инженерные расчеты в Excel.: Пер. с англ. М.: Издательский дом «Вильяме», 2002. - 544 с.

65. Леонтьев Л. Б., Арон А. В. Влияние параметров режима при плазменной наплавке посадочных поверхностей втулок цилиндров дизелей «Бурмей-стер и Вайн» на размеры валика // Исследования по эффективности и качеству судоремонта. Владивосток, 1981. - С. 39-44.

66. Леонтьев Л. Б., Арон А. В. Зависимость площади проплавления чугуна от параметров режима плазменной наплавки медных сплавов // Исследования по эффективности и качеству судоремонта. Владивосток, 1982. - С. 80-86.

67. Леонтьев Л. Б., Арон А. В., Малышко С. Б. Выбор состава присадочного материала при плазменной порошковой наплавке чугуна // Исследования по повышению эффективности и качества судоремонта. Владивосток, 1984. -С.15-20.

68. Леонтьев Л. Б., Арон А. В. Механическая плазменная наплавка бронзы на чугун // Научные труды ДВВИМУ. Вып. 31. - Владивосток, 1976. -С. 106-109.

69. Леонтьев Л. Б., Ворохобин С. В. Выбор оптимальных параметров процесса восстановления и упрочнения деталей // Повышение надежности судового оборудования: Сб. науч. тр. / Мор. гос. ун-т. Владивосток: Мор. гос. ун-т,2002. -С. 28-41.

70. Леонтьев Л. Б., Ворохобин С. В. Выбор режимов формирования свойств материала при восстановлении и упрочнении деталей // Металлообработка. 2004. - № 4(22). - С. 30-34.

71. Леонтьев Л. Б., Цукерберг Б. И. Влияние параметров режима плазменной наплавки на структуру чугуна // Исследования по эффективности и качеству судоремонта. Владивосток, 1982. - С. 80-92.

72. Ф 76. Лившиц Л. С., Хакимов А. Н. Металловедение сварки и термическаяобработка сварных соединений. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1989. - 336 с.

73. Лужанский И. Б. Прогрессивные способы наплавки. М.: Машиностроение, 1983. - 55 с.

74. Мартыненко И. И., Саркисян В. И. Вычислительная техника в инженерных и экономических расчетах. М.: Колос, 1980. - 287 с.

75. Математическое моделирование: Пер. с англ. / Под ред. Дж. Эндрюса, Р. Мак-Лоуна. М.: Мир, 1979.

76. Методы оптимизации и их приложения / Отв. ред. А. П. Меренков, В. П. Булатов. Новосибирск: Наука, 1982. - 209 с. (АН СССР. СО. Сиб. энер-гет. ин-т).

77. Мину М. Математическое программирование / Пер. с фр. М.: Наука, 1990.-488 с.

78. Моисеев Н. Н. Математические методы системного анализа. М.: Наука, 1981.-487 с.

79. Моисеев Н. Н., Иванилов Ю. П., Столярова Е. М. Методы оптимизации. М.: Наука, 1978.

80. Налимов В. В., Чернова Н. А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. М.: Наука, 1965. - 340 с.

81. Нарусбаев А. А. Введение в теорию обоснования проектных решений. -Л.: Судостроение, 1976.-223 с.

82. Новик Ф. С., Арсов Я. Б. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов. М.: Машиностроение; София: Техника, 1980.-304 с.

83. Орловский С. А. Проблемы принятия решений при нечеткой исходной информации. М.: Наука, 1981. - 208 с.

84. Переплетчиков Е. Ф. Плазменная наплавка // Сварщик. 2000. - № 2. (www.welder.ru).

85. Погодаев Л. И., Пимошенко А. П., Капустин В. В. Эрозия в системах Ф охлаждения дизелей. Калининград: Академия транспорта РФ, 1993. - 325 с.

86. Подола Н. В., Гавриш В. С., Руденко П. М. Искусственные нейронные сети и нечеткая логика в системах автоматического контроля и управления сварочными процессами // Сварщик. 2002. - № 6. (www.welder.ru).

87. Поляков Б. Т. Введение в оптимизацию. М.: Наука, 1983. - 204 с.

88. Применение математических методов и ЭВМ. Вычислительные методы проектирования оптимальных конструкций: Учеб. пособие для вузов / А. Н. Останин, В. А. Гугля, Н. Н. Гурский и др.; Под общ. ред. А. Н. Останина. Минск: Высшая школа, 1989. - 279 с.

89. Применение системного анализа при исследовании судовых дизельных установок. Разработка математических моделей процесса трибоники в подшипниках скольжения: Отчет о НИР / Дальневост. высш. инж. мор. уч-ще

90. ДВВИМУ); Руководитель С. П. Полоротов. ГБТ-16/84 (промежуточный); № ГР 01840079119. - Владивосток: ДВВИМУ, 1987. - 131 с.

91. Пшеничный Б. Н., Данилин Ю. М. Численные методы в экстремальных задачах. -М.: Наука, 1975.

92. РД 31.52.23-89. Дизели судовые. Восстановление крышек цилиндров с применением сварки. Типовые технологические процессы. М.: В/О «Морте-хинформреклама», 1990. — 132 с.

93. РД 31.55.03.06-85. Рекомендации по оценке и выбору способа восстановления деталей судовых технических средств. М.: В/О «Мортехинформрек-лама», 1986.-25 с.

94. Реклейтис Г., Рейвиндран А., Рэгсдел К. Оптимизация в технике: в 2-х кн. / Пер. с англ. М.: Мир, 1986.

95. Решение математических задач средствами Excel: Практикум / В. Я. Гельман. СПб.: Питер, 2003. - 240 с.

96. Розен В. В. Цель оптимальное решение (математические модели принятия оптимальных решений). - М.: Наука, 1976. - 261 с.

97. Рохваргер А. Е., Шевяков А. Ю. Математическое планирование научно-технических исследований. М.: Наука, 1975. - 440 с.0 101. Рябцев И. А. Все о восстановлении деталей и машин наплавкой //

98. Сварщик. 1998. - № 3. (www.welder.ru).

99. Самарский А. А., Гулин А. В. Численные методы. М.: Наука, 1989.

100. Седых В. И. Выбор режимов формирования свойств материала деталей судовых технических средств. Владивосток: Изд-во Дальневост. ун-та, 1991.-76 с.

101. Соболь И. М., Статников Р. Б. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями. М.: Наука, 1981. - 112 с.

102. Спиридонов А. А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов. М.: Машиностроение, 1981. - 184 с.

103. Стальниченко О. И., Крылов С. В. Особенности сварки чугуна и перспективы ее использования в судоремонте: Учеб. пособие. М.: В/О «Мор-тех-информреклама», 1989. - 32 с.

104. Стеклов О. И. Свариваемость металлов и сплавов // ВИНИТИ. Сер. «Сварка. Итоги науки и техники», 1972. Т. 14. - 240 с.

105. Стеренбоген Ю. А., Хорунов В. Ф., Грецкий Ю. Я. Сварка и наплавка чугуна. Киев: Наукова Думка, 1968. - 213 с.

106. Суслов А. Г. Технологическое обеспечение параметров состояния поверхностного слоя деталей машин. М.: Машиностроение, 1987. - 208 с.

107. Сухарев А. Г., Тимохов А. В., Федоров В. В. Курс методов оптимизации. М.: Наука, 1986. - 328 с.

108. Титов В. Н. Выбор целей в поисковой деятельности (методы анализа проблем и поиска решений в технике). М.: Речной транспорт, 1991. - 125 с.

109. Тополянский П. А. Плазменные технологии нанесения покрытий // Ф Сварщик. 2000. - № 3. (www.welder.ru).

110. Трауб Дж. Ф., Вожьняковский X. Общая теория оптимальных алгоритмов / Пер. с англ. А. Г. Сухарева; Под ред. Н. С. Бахвалова. М.: Мир, 1983.-382 с.

111. Тюрин Ю. Н., Макаров А. А. Анализ данных на компьютере. М.: Финансы и статистика, 1995. - 384 с.

112. Уайлд Д. Дж. Методы поиска экстремума. / Пер. с англ. М.: Наука, 1967.-267 с.

113. Фролов Ю. В., Хмелевская В. Б. Система выбора технологии восстановления деталей судового оборудования // Судоремонт флота рыбной промышленности. 1987. - № 63. - С. 12-15.

114. Хартман К., Лецкий Э., Шефер В. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов. М.: Мир, 1977. - 552 с.

115. Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование / Пер. с англ. М.: Мир, 1975. - 534 с.

116. Хоменюк В. В. Элементы теории многоцелевой оптимизации. М.: Наука, 1983.-128 с.

117. Хренов К. К. Сварка, резка и пайка металлов. М.: Машиностроение, 1970.-408 с.

118. Численные методы условной оптимизации / М. Дж. Д. Пауэлл, Ф. Гилл, У. Мюррей и др. М.: Мир, 1977. - 290 с.

119. Чугун: Справ, изд. / Под ред. А. Д. Шермана, А. А. Жукова. М.: Металлургия, 1991. — 576 с.

120. Штойер Р. Многокритериальная оптимизация. Теория, расчет и приложения. / Пер с англ. М.: Радио и связь, 1992.

121. Юдин Д. Б. Математические методы оптимизации устройств и алгоритмов АСУ. М.: Радио и связь, 1982. - 228 с.

122. Юдин Д. Б., Голыптейн Е. Г. Линейное программирование. М.: Наука, 1987. - 736 с.

123. Blondeau R., Maynier P., Dollet I. Mathematical model for the calculation of mechanical properties of low-alloy steel metallurgical products: a few examples of its application. Met. Scient. Revue de Metallurgic, 1976. - V. 73. - № 5. -P. 311-351.

124. Cold casting repairs // Shipcare and Maritime Manag. — 1981. — S. 13. -№8.-P. 37.

125. Copeman Sue. A cost iron repair service "Port, London". 1981. - 56. -№617.-P. 68-70.-A 130. Hogaboom A. G. Welding of gray cast iron. // Welding journal. 1977. 1. V. 56. № 2 - P. 17-21.

126. New alloys for cylinder liners of the future // The Motor Ship. 1986. -November. - P. 36-41.