Приазовський державний технічний

університет

Білик Олександр Григорович

УДК 621.791.92.046:620.178.162(043.3)

Удосконалення технології виробництва порошкової стрічки для зносостійкого наплавлення деталей, працюючих в умовах абразивного та газо абразивного зношування

Спеціальність: 05.03.06. Зварювання та споріднені процеси і технології

Автореферат

дисертації на здобуття вченого ступеня

кандидата технічних наук

Маріуполь - 2007

Дисертація є рукописом

Робота виконана у Приазовському державному технічному університету (ПДТУ) Міністерства освіти і науки України, м. Маріуполь

Науковий керівник – | доктор технічних наук, професор Чигарьов Валерій Васильович, Приазовський державний технічний

університет (м.Маріуполь), завідувач кафедрою “Металургія і технологія зварювального виробництва”

Офіційні опоненти – | доктор технічних наук, професор Розмишляєв Олександр Денисович, Приазовський державний технічний університет (м.Маріуполь), професор кафедри „Обладнання і технологія зварювального виробництва”

кандидат технічних наук Малінов Володимир Леонідович, зам. начальника центральної лабораторії зварювального виробництва ВАТ ГСКТІ (ВАТ “Азовмаш”)

Захист відбудеться “12” жовтня 2007 р. о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.12.052.01 при Приазовському державному технічному університеті за адресою:

87500, м. Маріуполь, вул. Університетська, 7.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Приазовського державного технічного університету (87500, м. Маріуполь, вул. Апатова, 115)

Автореферат розісланий “ ” 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д.12.052.01

доктор технічних наук, професор Маслов В.О.

Загальна характеристика роботи

Для відновлення і зміцнення деталей машин і різних конструкцій знаходять застосування порошкові електродні матеріали, які дозволяють наносити леговані і композиційні сплави залежно від умов їх експлуатації. Якість отримуваного наплавленого шару залежить від умов масоперенесення електродного матеріалу: стадія краплі, стадія ванни. На процес масопереносення порошкового електродного матеріалу впливають технологічні режими виробництва, форма і конструкція, склад осередка і оболонки, силові параметри ущільнення осердя в оболонці та режими наплавлення, що необхідно враховувати при виробництві наплавлювальних матеріалів.

Актуальність теми. При наплавленні зносостійких сплавів з використанням порошкових стрічок спостерігається нестабільність зварювально-технологічних показників плавлення, формування наплавленого шару та його експлуатаційних властивостей. Все це стримує впровадження порошкових стрічкових електродів для наплавлення зносостійких сплавів. Підвищення якості порошкових стрічкових електродів, що мають стабільні зварювально-технологічні властивості, забезпечує необхідне формування наплавленого шару з необхідними експлуатаційними властивостями, це є актуальним завданням в області виробництва електродних матеріалів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконана відповідно до тематики науково-дослідних робіт кафедри “Металургія і технологія зварювального виробництва” Приазовського державного технічного університету: “Підвищення довговічності деталей машин за рахунок розробки зносостійкого наплавлювального матеріалу і технології зміцнення” № Гос. реєстрації 0103U001475.

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є розробка науково обгрунтованої технології виробництва порошкових стрічкових електродів для наплавлення зносостійких сплавів із стабільними зварювально-технологічними властивостями.

Завдання дослідження:

- розробити методику оцінки масоперенесення при плавленні порошкових стрічок на різних стадіях процесу плавлення;

- визначити оптимальні режими виробництва порошкової стрічки, що забезпечують стабільні зварювально-технологічні показники плавлення та необхідне формування наплавленого шару;

- виявити та вивчити чинники, що впливають на коефіцієнт заповнення порошкової стрічки і визначити основні технологічні параметри, що забезпечують виробництво порошкової стрічки з необхідним коефіцієнтом заповнення;

- розробити спосіб підвищення коефіцієнта заповнення, що забезпечує необхідну концентрацію зміцнюючих часток в наплавленому шарі при наплавленні композиційного сплаву або отримання оптимальної структури наплавленого шару.

Об'єкт дослідження - технологічний процес виробництва порошкових стрічкових електродів для наплавлення зносостійких сплавів.

Предмет дослідження - формування порошкової стрічки з оптимальними технологічними параметрами.

Методи дослідження - розрахункові і експериментальні, металографія, макро- та мікроаналіз структури. В основу математичних моделей були покладені елементи теорії теплових процесів, методи математичної статистики з використанням програмних засобів математичних пакетів Microsoft Excel, MathCad, заснованих на чисельних рішеннях.

Наукова новизна отриманих результатів.

1. Розроблена методика розрахунку масоперенесення при плавленні порошкової стрічки, яка дозволяє визначити ступінь взаємодії осердя та оболонки на різних стадіях процесу плавлення порошкової стрічки.

2. Уточнені основні чинники, що роблять вплив на коефіцієнт заповнення при виробництві порошкової стрічки, дозволяють виготовляти порошкову стрічку з необхідним коефіцієнтом заповнення і зварювально-технологічними властивостями залежно від складу шихти і металу оболонки.

3. Запропонований метод підвищення якості формування структури наплавленого металу, що полягає у використанні подовжнього магнітного поля, який забезпечує отримання в наплавленому шарі необхідної структури.

4. На основі аналізу чинників, що впливають на коефіцієнт заповнення запропонований спосіб пошарової засипки шихти в оболонку з попереднім ущільненням кожного попереднього шару перед засипкою подальшого, який дозволить при постійних геометричних розмірах оболонки порошкової стрічки збільшити її коефіцієнт заповнення на 10-15% залежно від складу компонентів осердя.

Практичне значення отриманих результатів.

Розроблена методика розрахунку порошкової стрічки та технологія її виробництва з пошаровою засипкою компонентів шихти з попереднім ущільненням кожного попереднього шару перед засипкою подальшого, що дозволяє виготовляти порошкову стрічку з необхідним коефіцієнтом заповнення. Розроблена методика оцінки масоперенесення електродного металу при наплавленні зносостійких сплавів порошковими стрічковими електродами. Визначені оптимальні режими подовжнього магнітного поля для формування необхідної структури наплавленого шару при механізованому електродуговому наплавленні порошковою стрічкою. Визначені режими сумісного обжимання оболонки і осердя при виробництві порошкових стрічок, що забезпечують їх стабільні зварювально-технологічні властивості при наплавленні зносостійких легованих і композиційних сплавів.

Виробничі випробування і впровадження результатів проведених досліджень на ВАТ “Торезтвердосплав” при виробництві порошкових стрічкових електродів дозволили отримати очікуваний економічний ефект 15 тис. грн. на 1 тонну матеріалу, що витрачався.

Особистий внесок автора.

Автором розроблений і експериментально випробуваний метод оцінки масоперенесення при плавленні порошкових стрічкових електродів. Проведено удосконалення конструкції формуючих роликів верстата з виробництва порошкової стрічки. Визначені оптимальні режими обжимання оболонки і осердя при виробництві порошкової стрічки. Для виготовлення порошкової стрічки з необхідним коефіцієнтом заповнення запропонована пошарова засипка компонентів осердя в оболонку порошкової стрічки.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи доповіли і обговорені на:

- XI Региональной научно-технической конференции, Мариуполь, ПГТУ, 2004. Т.-2;

- Региональной научно-практической конференции “Сварочное производство и технический прогресс”, г.Николаев, НУК, 2004;

- Международной научно-методической конференции “Современные проблемы сварки и родственных технологий, совершенствование подготовки кадров”, Мариуполь, ПГТУ, 2006;

- VI Международной научной конференции аспирантов и студентов “Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов”, Донецк, ДНУ, 2007, Т2.

- Международной научно-практической конференции “Инновационные технологии” в рамках XV Международной выставки “Машиностроение. Металлургия”, Запорожье, 2007.

- научно-технический семинар отдела №18 “Физико-механические исследования свариваемости конструкционных сталей и чугунов” ИЭС им. Е.О. Патона НАН Украины 21 марта 2007 г.

Публікації. За результатами проведених досліджень опубліковано 4 статті в наукових журналах ВАК, 7 тез наукових конференцій.

Структура дисертації. Дисертація складається зі вступу, 5 розділів, загальних висновків, списку використаної літератури. Загальний об'єм роботи - 169 сторінок. Дисертація містить 51 рисунки, 20 таблиць, список використаної літератури складається зі 163 найменувань.

Основний зміст роботи

У загальній характеристиці роботи обгрунтована актуальність теми, її наукова новизна, дана характеристика сучасного стану проблеми, сформульовані цілі досліджень, основні положення, які виносяться на захист, приведені дані щодо практичну значимість роботи, кількості публікацій і структури дисертаційної роботи.

У першому розділі виконаний аналіз опублікованих робіт, дозволяє виділити основні характеристики і технології виробництва наплавлювальних матеріалів. Проаналізовані їх достоїнства та недоліки. Зроблені висновки щодо їх застосування для отримання якісного зносостійкого наплавленого шару.

У другому розділі проведений аналіз конструкцій порошкових стрічок, розроблене математичне описання щодо визначення чинників, що найбільш впливають на коефіцієнт заповнення порошкової стрічки.

Основною технологічною характеристикою порошкових стрічкових електродів є коефіцієнт заповнення(КЗ), який визначається відношенням маси осердя (МС) до маси порошкового електроду (МП.Э.):

, (1)

Де КЗ – коефіцієнт заповнення;

МС – маса осердя;

МП.Э. – маса порошкового електроду;

МОБ. – маса оболонки.

Коефіцієнт заповнення показує, в якому співвідношенні знаходяться маса осердя та металу оболонки порошкового електроду. Змінюючи коефіцієнт заповнення, можна отримувати відповідний хімічний склад наплавленого металу, впливати на зварювально-технологічні властивості електродного матеріалу, регулювати умови масоперенесення при плавленні порошкового електроду та умови кристалізації розплаву зварювальної ванни, а також і властивості наплавленого металу.

Для аналізу впливу конструкції оболонки, її геометричних розмірів, металу оболонки, технологічних властивостей компонентів осердя (шихти), розглянутий перетин, показаний на рис. 1.

Рис. 1. Перетин порошкової стрічки

Для вибраної форми порошкової стрічки коефіцієнт заповнення визначається по формулі:

, (2)

де П – периметр оболонки, см;

– товщина оболонки, см;

– щільність металу оболонки, г/см3;

b – ширина осердя порошкової стрічки, см;

h – товщина осердя порошковоі стрічки, см;

ш – насыпна маса суміші компонентів осердя, г/см3.

Ширина осердя визначається різницею між шириною стрічки і подвоєною товщиною оболонки, а товщина - різницею між товщиною стрічки і подвоєною товщиною оболонки.

Знаючи склад суміші компонентів осердя та їх насипні маси, визначається насипна маса суміші:

, (3)

де ш – насипна маса суміші компонентів, г/см3;

Аi – вміст компонента у суміші;

ai – насипна маса компонента, г/см3.

Рішаючи спільно рівняння (2) і (3), коефіцієнт заповнення визначуваний як:

. (4)

На підставі проведеного аналізу встановлено, що на коефіцієнт заповнення найбільш впливає насипна маса компонентів, щільність металу оболонки і геометричні розміри порошкової стрічки. Для виробництва порошкової стрічки з постійними геометричними розмірами оболонки запропонована пошарова засипка компонентів з попереднім ущільненням кожного попереднього шару перед засипкою подальшого.

Зміна коефіцієнту заповнення здійснюється за рахунок зміни насипної маси компонентів при ущільненні в оболонці, рис. 3. Технологічна схема виробництва порошкової стрічки з пошаровою засипкою компонентів осердя показаний на рис.4.

Запропоновано схему заповнення профільованої оболонки порошкової стрічки порошкоподібними компонентами, що забезпечує рівномірний їх розподіл по всьому перетину. Це дозволяє виготовляти порошкові стрічки з необхідним коефіцієнтом заповнення.

У третьому розділі розглядаються питання плавлення порошкової стрічки і формування наплавленого шару.

Конструктивні особливості порошкової стрічки визначають характер її плавлення і перенесення електродного металу при механізованому електродуговому наплавленні. Збудження і горіння електричної дуги при наплавленні порошкової стрічки відбувається між оболонкою і металевою поверхнею, що наплавляється. Плавлення оболонки проходить швидше за осердя, у країв оболонки порошкової стрічки, де розташовуються замки, спостерігається триваліша присутність дуги, рис.5(a). Введення до складу осердя струмопровідних добавок приводить до вирівнювання плавлення оболонки та осердя, рис.5(б).

Рис. 3. Вплив попереднього ущільнення шихти: 1 – без ущільненя шихти; 2 – з ущільненням шару шихти

Рис. 4. Технологічна схема формування порошкової стрічки з пошаровою засипкою шихти

Процес масоперенесення здійснюється за рахунок часткового розплавлення компонентів осердя на стадії краплі, а велика частина компонентів поступає в зварювальну ванну, минувши дугу, що приводить до хімічної неоднорідності наплавленого металу.

Для забезпечення необхідних властивостей в наплавленому металі необхідно знати умови масоперенесення електродного матеріалу.

а) б)

Рис. 5. Профілі торців порошкових стрічок при плавленні

Розроблена методика розрахунку масоперенесення при плавленні порошкової стрічки, що дозволяє визначити ступінь взаємодії осердя та оболонки на стадії краплі при плавленні, в основу якої покладено рівняння Н.Н. Рикаліна. Кількість теплової енергії для плавлення порошкової стрічки визначається:

де qэ - кількість теплової енергії, що вводиться дугою, до електроду в одиницю часу, Дж/с;

V - швидкість плавлення електроду, см/с;

Fэ - площа перетину електроду, см2;

- щільність електродного металу, г/см3;

Sк - тепловміст краплі або питомі енерговитрати на плавлення електроду, Дж/г;

S1 - тепловміст металу електроду від підігріву струмом, що проходить через нього, Дж/г.

Плавлення порошкової стрічки може розглядатися як плавлення оболонки і частини осердя . Тоді теплова енергія на розплавлення визначитися:

де qпл - кількість теплової енергії, що вводиться дугою в порошкову стрічку, Дж/с;

V - швидкість розплавлення порошкової стрічки, см/с;

- товщина оболонки, см;

П - периметр оболонки, см;

- щільність металу оболонки, г/см3;

So - тепловміст або питомі енерговитрати на плавлення оболонки, Дж/г;

- частка осердя порошкової стрічки, яка перейшла через стадію краплі при плавленні;

h - товщина осердя, см;

b - ширина осердя, см;

a - насыпна маса компонентів осердя, г/см3;

Sc – тепловміст або питомі енерговитрати на плавлення осердя, Дж/г.

Миттєва продуктивність розплавлення оболонки та осердя визначається:

;

,

де - продуктивність плавлення оболонки, г/с;

- продуктивність плавлення оболонки, г/с.

Враховуючи, що відносна маса осердя порошкової стрічки визначається:

то енергетичні умови електроду при його плавленні найлогічніше відображати через показники плавлення, тоді:

,

відповідно gc можна визначити, тоді після перетворення рівняння теплової енергії плавлення порошкової стрічки можна визначити коефіцієнт розплавлення оболонки:

де роб - коефіцієнт розплавлення оболонки, г/Ач;

р - коефіцієнт розплавлення порошкової стрічки, г/Ач.

Вирішуючи рівняння відносно , отримаємо:

Перетворюючи коефіцієнт К через коефіцієнт заповнення порошкової стрічки Кз:

Позначимо величину енергії, що витрачається на плавлення осердя на стадії краплі відношенням:

де - коефіцієнт розподілу енергії на стадії краплі при плавленні порошкової стрічки, визначається експериментально.

Після перетворень отримуємо рівняння для оцінки масопереносу при плавленні порошкової стрічки:

На підставі розрахунку отримані дані щодо ступеня завершеності процесу плавлення осердя і оболонки порошкового стрічкового електроду залежно від коефіцієнта заповнення при різній товщині оболонки, рис. 6, при використанні шихти у складі осердя різної природи (комплексний або композиційний сплав), рис.7.

З аналізу отриманих даних виходить, що максимальне перенесення електродного матеріалу через стадію краплі забезпечується при коефіцієнті заповнення порошкової стрічки до 50%.

При малому сумісному обжиманні під час виготовлення порошкової стрічки в процесі плавлення спостерігається роздільне плавлення оболонки та осердя. Із збільшенням обжимання порошкової стрічки відбувається зміна фракційного складу компонентів осердя, що приводить до зміни показників плавлення рис. 8, 9.

Рис. 6. Вплив товщини оболонки на ступінь її взаємодії з осердям при плавленні порошкової стрічки: 1 - товщина оболонки 0,2 мм; 2 - товщина оболонки 0,4 мм.

Рис. 7. Вплив відносної маси осердя на ступінь взаємодії з металом оболонки порошкової стрічки: 1 - осердя з комплексного сплаву; 2 - осердя з механічної суміші компонентів.

Рис. 8. Залежність показників плавлення порошкової стрічки для наплавлення композиційного сплаву від зусилля обжимання

Рис. 9. Залежність показників плавлення порошкової стрічки для наплавлення сплаву сормайт-1 від зусилля обжимання

У четвертому розділі розглядається дія зовнішнього магнітного поля на процес горіння дуги. Безінерційність магнітного поля дозволяє управляти дуговим розрядом, регулюючи глибину проплавлення, геометричні параметри наплавленого шару, отримуючи будь-які його форми, а також кристалізацією зварювальної ванни. Завдяки його дії зварювальна дуга відхиляється у бік найменшого згущування магнітних силових ліній, впливаючи на характер переміщення заряджених часток у самій дузі. Окрім власного магнітного поля на дугу впливають і зовнішні магнітні поля подовжнє і поперечне. Поперечне магнітне поле відхиляє дугу, змінюючи її форму і довжину, тоді як подовжнє співпадає з напрямом електричного поля дуги і направлено паралельно осі дуги, приводячи її в обертання при взаємодії з рухомими в радіальному напрямі зарядженими частинками. Такі явища дозволяють покращувати якість наплавленого шару разом з безпосереднім процесом його нанесення.

Досліджуючи магнітогідродінамічні явища в процесі наплавлення, можна зробити висновок про позитивний вплив зовнішніх магнітних полів як про найбільш ефективний спосіб поліпшення формування наплавленого шару, не дивлячись на складнощі, викликані підвищеними вимогами до точності розташування джерел магнітних полів щодо електроду і виробу.

Дослідження впливу подовжнього магнітного поля при механізованому електродуговому наплавленні зносостійкого шару з використанням порошкової стрічки на кристалізацію зварювальної ванни показали поліпшення мікроструктури наплавленого шару за рахунок її подрібнення, рис. 10.

Рис. 10. Мікроструктура наплавленого металу у лінії сплавлення (х32):

а – наплавлення з використанням електромагнітного перемішування зварювальної ванни;

б – наплавлення без електромагнітного перемішування зварювальної ванни.

Доведено, що подрібнення структури можливе на глибину 0,5-0,7 висоти наплавленого шару, що визначається складом металу та режимами наплавлення. Зайва електромагнітна дія на розплав зварювальної ванни може привести до розбризкування. Для проведених досліджень був розроблений соленоїд, за допомогою якого вводиться подовжнє магнітне поле, викликаючи магнітне перемішування розплаву зварювальної ванни, що приводить до формування якісного наплавленого шару.

У п'ятому розділі на основі аналізу роботи устаткування для виробництва порошкової стрічки запропонована його модернізація шляхом заміни цілісних формуючих роликів складеними з полімерними вставками, яка дозволить зменшити металоємкість та полегшить їх виготовлення, виготовляти порошкові стрічки різних геометричних розмірів без заміни формуючих роликів. Крім того, для механізованого електродугового наплавлення зносостійкого композиційного сплаву запропонована технологія, що дозволяє зміцнити або відновити деталі, які працюють в тяжких умовах абразивного і газоабразивного зносу, з використанням порошкової стрічки, зокрема деталей зрівняльного клапана доменної печі, рис. 11.

Розроблені режими виробництва, спосіб засипки компонентів осердя в оболонку порошкової стрічки, дозволяють наплавляти метал з необхідними експлуатаційними властивостями.

Рис. 11. Загальний вид наплавлених поверхонь деталей клапана: а – наплавлене сідло клапана; б – наплавлена таріль клапана.

Проаналізувавши вплив різних чинників на об'єм виділення токсичних речовин при механізованому електродуговому наплавленні порошковою стрічкою, були проведені дослідження в результаті яких встановлено, що при використанні у складі осердя порошкової стрічки механічної суміші компонентів об'єм шкідливих виділень більший, ніж при використанні комплексно-легованого сплаву, рис.12.

Окрім цього встановлено, що концентрація шкідливих виділень (особливо найбільш токсичного оксиду марганцю) на відстані 1 м від дуги в обох випадках перевищує допустимі норми, в зв'язку, з чим запропоновано використання загальнообмінної вентиляції і місцеве відсмоктування, що дозволяє поліпшити умови роботи наплавлювальників.

Рис. 12 - Валові значення зварювальних виділень при наплавленні порошковими стрічками: - механічна суміш компонентів; - комплексно-легований сплав.

Проведений розрахунок повітрообміну при наплавленні порошковою стрічкою та пропонуються рекомендації з забезпечення необхідних санітарно-гігієнічних умов на робочих місцях.

Висновки

1. У дисертаційній роботі приведені теоретичні узагальнення та нові рішення науково-практичної задачі виробництва порошкової стрічки для наплавлення зносостійких сплавів, що дозволяють наносити високолеговані і композиційні сплави на деталі, працюючі в умовах абразивного та газо абразивного зношування, відповідаючи умовам експлуатації.

2. На підставі досліджень розроблен розрахунково-експеріментальний метод оцінки масоперенесення електродного матеріалу при плавленні порошковою стрічкою, що оцінюється часткою осердя, який переходить в наплавлений метал через стадію краплі, це регулюється ступенем сумісного обжимання оболонки і осердя порошкової стрічки при її виробництві і відношенням маси осердя до маси оболонки.

3. Отримані результати досліджень дозволили уточнити основні чинники, що впливають на величину коефіцієнта заповнення при виробництві порошкової стрічки та його вплив на стабільність показників плавлення, формування наплавленого шару.

4. На підставі математичного описання визначені оптимальні розміри порошкової стрічки, запропоновані технічні рішення з регулювання коефіцієнта заповнення, що дозволяє проектувати і виготовляти порошкові стрічки з оптимальними геометричними розмірами оболонки і необхідним коефіцієнтом заповнення.

5. Запропонований спосіб пошарової засипки компонентів осердя в оболонку з попереднім ущільненням кожного попереднього шару перед засипкою подальшого, що дозволяє при постійних розмірах оболонки виготовляти порошкові стрічки із збільшеним на 10-15 % коефіцієнту заповнення порівняно з існуючими способами засипки компонентів в оболонку.

6. Отримана розрахунково-експериментальна модель оцінки масоперенесення електродного металу при плавленні, дозволяє рекомендувати виготовляти порошкову стрічку для наплавлення легованих плакуючих шарів з коефіцієнтом заповнення 50-55 %, при наплавленні композиційного сплаву коефіцієнт заповнення не повинен бути менше 75%, це дозволить отримати наплавлений метал з оптимальними експлуатаційними властивостями.

7. Розроблена методика розрахунку складу порошкової стрічки з урахуванням співвідношення карбідоутворювального елементу до вуглецю, що дозволяє отримувати наплавлений шар з відповідною фазою карбіду та її кількістю.

8. Встановлено вплив подовжнього магнітного поля при наплавленні порошковою стрічкою на процес кристалізації і формування зносостійкої фази, щодо отримання структури в наплавленому шарі з необхідними розмірами кристалів.

9. На підставі проведених досліджень з оптимізації конструктивних розмірів оболонки порошкової стрічки запропоновані вдосконалені конструкції профілюючих роликів, що складаються із збірних частин, які дозволяють виготовляти порошкову стрічку необхідних розмірів без заміни формуючих роликів.

10. Проведена санітарно-гігієнічна оцінка при плавленні порошкової стрічки, яка дозволила якісно визначити види і кількість шкідливих виділень. Встановлено, що найбільш шкідливі виділення утворюються при вмісті у складі осердя з'єднань марганцю. Проведені розрахунки оптимальних режимів наплавлення таі режимів витяжної вентиляції в області зварювання, що дозволяє проводити наплавлювальні роботи, задовольняючи вимогам санітарних норм.

11. Виробничі випробування і впровадження результатів проведених досліджень на ВАТ “Торезтвердосплав” при виробництві порошкових стрічкових електродів дозволили отримати очікуваний економічний ефект 15 тис. грн. на 1 тонну витраченого матеріалу.

Список публікацій за темою дисертації

1. Чигарев В.В. Расчетно-экспериментальная оценка особенностей процесса плавления и переноса электродного металла / В.В. Чигарев, А.Г. Белик, Ю.В. Сергиенко //Автоматическая сварка. – 2006. - №8. – С. 8-11.

Автором проведені розрахунки і експерименти з вивчення масоперенесення при наплавленні порошковою стрічкою.

2. Лаврентик О.А. Математическая модель определения параметров порошковой ленты / О.А. Лаврентик, В.В. Чигарев, А.Г. Белик и др. // Защита металлургических машин от поломок: Межвузовский тематический сборник научных трудов. - 2006. - №16. - С. 136-139.

Автор провів математичне прогнозування результатів експериментів.

3. Чигарев В.В. Изучение влияния добавок экзотермических смесей на характер плавления порошковых лент /В.В. Чигарев, Д.А. Зареченский, А.Г. Белик // Автоматическая сварка. – 2007. - №2. – С. 53-55.

Автором був обгрунтований вибір екзосуміші для її добавки до складу сердечника порошкової стрічки.

4. Чигарев В.В. Способы повышения коэффициента заполнения порошковой ленты /В.В. Чигарев, А.Г. Белик, Ю.В. Сергиенко // Вестник Донбасской государственной машиностроительной академии. Зборник научных трудов. - 2006. - №2(4). С. 13-16.

Автором була запропонована оптимізація параметрів коефіцієнту заповнення порошкової стрічки.

5. Чигарев В.В. Особенности плавления порошковой лентой / В.В. Чигарев, А.Г. Белик. // Материалы конференции “Сварочное производство и технический прогресс”. – Николаев: НУК, 2004. - С.37-38.

Автором розроблений план експерименту і проведений аналіз отриманих даних.

6. Чигарев В.В. Электродуговая наплавка композиционного сплава порошковой лентой / В.В. Чигарев, А.Г. Белик. // Тезисы докладов. XI региональной научно-технической конференции. – Мариуполь: ПГТУ, 2004. - Т.2. - С.1.

Автором проведені дослідження особливостей формування композиційного сплаву.

7. Лаврентик О.А. Исследование влияния коэффициента заполнения на особенности процесса плавления порошковой ленты /О.А. Лаврентик, В.В. Чигарев, А.Г. Белик и др. // Тезисы докладов Международной научно-методической конференции “Современные проблемы сварки и родственных технологий, совершенствование подготовки кадров”. - Мариуполь: ПГТУ. – 2006. - С.26-28.

Автором запропонований план експерименту, проведені дослідження та узагальнені результати.

8. Чигарев В.В. Восстановление деталей с помощью наплавки композиционными сплавами /В.В. Чигарев, А.Г. Белик // Тезисы докладов Международной научно-практической конференции “Инновационные технологии” в рамках XV Международной выставки “Машиностроение. Металлургия”. – 2007. – С.

Автором розроблена технологія наплавлення і відпрацьовані оптимальні режими наплавлення.

9. Чигарев В.В. Влияние продольного магнитного поля на формирование наплавленного износостойкого слоя /В.В. Чигарев, А.Г. Белик // Доклады 2го научно-технического семинара “Сварка и родственные процессы в промышленности”. – Киев, 2007. – С. 56-59.

Автором обгрунтовано конструкцію магнітної котушки, проведені дослідження щодо впливу подовжнього магнітного поля на формування структури в наплавленому шарі.

10. Чигарев В.В. Исследование вредных выделений при наплавке порошковой лентой, содер-жащей сердечник из комплексно-легированного сплава /Л.Я. Цихун, В.В. Чигарев, А.Г. Белик // Тезисы докладов VI Международной научной конференции аспирантов и студентов “Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов”. - Донецк: 2007. – Т.2. - С.66-67.

Автором розроблений план досліджень, проведені експерименти і узагальнені отримані результати.

11. Чигарев В.В. Механизированная электродуговая наплавка композиционного сплава с использованием порошковой ленты /В.В. Чигарев, А.Г. Белик //Материалы Международной научно-технической конференции молодых специалистов “Азовсталь -2007”. – Мариуполь: 2007. – С. 133-134.

Автором здійснена оптимізація режимів наплавлення композиційного сплаву.

Анотація

Білик О.Г. “Удосконалення технології виробництва порошкової стрічки для зносостійкого наплавлення деталей, працюючих в умовах абразивного та газо абразивного зношування”. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.03.06 - зварювання та споріднені процеси і технології. Приазовський державний технічний університет Міністерства освіти і науки України, Маріуполь, 2007 р.

Дисертаційна робота присвячена удосконаленню технології виробництва порошкових стрічкових електродних матеріалів для механізованого наплавлення електродуги легованих і композиційних зносостійких шарів.

Проведений аналіз наплавлювальних матеріалів, для нанесення зносостійких сплавів на деталі, що працюють в різних умовах (абразивний, газоабразивний знос), на підставі якого наголошується, що найбільша продуктивність наплавлення і необхідна якість досягається при механізованому електродуговому наплавленні з використанням порошкових стрічкових електродних матеріалів.

На підставі аналізу конструкцій порошкових стрічкових електродів розроблено математичне описання щодо визначення оптимальних конструкційних параметрів, які дозволяють виготовляти порошкові стрічки з необхідним коефіцієнтом заповнення.

Запропоновано спосіб пошарової засипки шихти в оболонку з попереднім ущільненням кожного попереднього шару перед засипкою подальшого, який дозволяє при постійних геометричних розмірах оболонки порошкової стрічки збільшити коефіцієнт заповнення на 10-15% залежно від складу компонентів осердя.

Проаналізовані особливості процесу плавлення порошкової стрічки і встановлено, що найбільший вплив роблять конструктивні параметри, які визначають характер масоперенесення електродного матеріалу. Для оцінки характеру плавлення та масопереносення електродного матеріалу розроблено розрахунково-експеріментальну модель, яка об'єднує в собі конструктивні та технологічні параметри порошкового стрічкового електроду і дозволяє розрахувати ступінь взаємодії осердя та оболонки на стадії краплі при плавленні порошкової стрічки для отримання легованих і композиційних зносостійких сплавів. Досліджено вплив конструктивних параметрів та ступеня ущільнення осердя при виготовленні порошкової стрічки на показники її плавлення.

Проведені дослідження щодо впливу подовжнього магнітного поля при механізованому електродуговому наплавленні зносостійкого шару з використанням порошкової стрічки на кристалізацію зварювальної ванни. Одержані результати показали поліпшення структури наплавленого шару за рахунок її подрібнення.

Запропонована технологія механізованого електродуговому наплавлення зносостійкого композиційного сплаву, що дозволяє зміцнити і відновити деталі, які працюють в умовах абразивного і газоабразивного зносу, з використанням порошкового стрічкового електродного матеріалу, зокрема деталей зрівняльного клапана доменної печі, що дозволяє підвищити термін їх експлуатації.

Проаналізувавши вплив різних чинників на об'єм виділень токсичних речовин при наплавленні, були проведені дослідження, в результаті яких встановлено, що при використанні у складі осердя порошкової стрічки механічної суміші компонентів об'єм шкідливих виділень більше, ніж при використанні комплексно-легованого сплаву. Окрім цього встановлено, що концентрація шкідливих виділень (особливо найбільш шкідливого оксиду марганцю) на відстані 1 м від дуги в обох випадках перевищує допустимі норми, в зв'язку, з чим запропоновано використання загальнообмінної та витяжної вентиляції, що дозволить поліпшити умови роботи наплавщиков.

Впровадження технології виробництва порошкових стрічкових електродних матеріалів для зносостійкого наплавлення на ВАТ “Торезтвердосплав” дозволило одержати очікуваний економічний ефект 15 тис. грн. на 1 тону витраченого порошкового електродного матеріалу.

Ключові слова: порошкова стрічка, механічна суміш, комплексний сплав, технологія виготовлення, показники плавлення, подовжнє магнітне поле, зносостійкість.

Аннотация

Белик А.Г. “Совершенствование технологии производства порошковой ленты для износостойкой наплавки деталей, работающих в условиях абразивного и газоабразивного износа”. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.06 – сварка и родственные процессы и технологии. Приазовский государственный технический университет Министерства образования и науки Украины, Мариуполь, 2007 г.

Диссертационная работа посвящена совершенствованию технологии производства порошковых ленточных электродных материалов для механизированной электродуговой наплавки легированных и композиционных износостойких слоев.

Проведен анализ наплавочных материалов, для нанесения износостойких сплавов на детали, работающие в различных условиях (абразивный, газоабразивный износ), на основании которого отмечается, что наибольшая производительность наплавки и требуемое качество достигается при механизированной электродуговой наплавке с использованием порошковых ленточных электродных материалов.

На основании анализа конструкций порошковых ленточных электродов разработано математическое описание для определения оптимальных конструкционных параметров, которые позволяют изготавливать порошковые ленты с требуемым коэффициентом заполнения.

Предложен способ послойной засыпки шихты в оболочку с предварительным уплотнением каждого предыдущего слоя перед засыпкой последующего, который позволяет при постоянных геометрических размерах оболочки порошковой ленты увеличить коэффициент заполнения на 10-15% в зависимости от состава компонентов сердечника.

Проанализированы особенности процесса плавления порошковой ленты и установлено, что наибольшее влияние оказывают конструктивные параметры, которые определяют характер массопереноса электродного материала. Для оценки характера плавления и массопереноса электродного материала разработана расчетно-экспериментальная модель, которая объединяет в себе конструктивные и технологические параметры порошкового ленточного электрода и позволяет рассчитать степень взаимодействия сердечника и оболочки на стадии капли при плавлении порошковой ленты для получения легированных и композиционных износостойких сплавов. Исследовано влияние конструктивных параметров и степени уплотнения сердечника при изготовлении порошковой ленты на показатели ее плавления.

Проведены исследования по влиянию продольного магнитного поля при механизированной электродуговой наплавке износостойкого слоя с использованием порошковой ленты на кристаллизацию сварочной ванны. Получены результаты показали улучшение структуры наплавленного слоя за счет ее измельчения.

Предложена технология механизированной электродуговой наплавки износостойкого композиционного сплава, позволяющая упрочнить и восстановить детали, работающие в условиях абразивного и газоабразивного износа, с использование порошкового ленточного электродного материала, в частности деталей уравнительного клапана доменной печи, что позволяет повысить срок их эксплуатации.

Проанализировав влияние различных факторов на объем выделений токсичных веществ при наплавке, были проведены исследования, в результате которых установлено, что при использовании в составе сердечника порошковой ленты механической смеси компонентов объем вредных выделений больше, чем при использовании комплексно-легированного сплава. Кроме этого установлено, что концентрация вредных выделений (особенно наиболее вредного оксида марганца) на расстоянии 1 м от дуги в обоих случаях превышает допустимые нормы, в связи, с чем предложено использование общеобменной и вытяжной вентиляции, что позволит улучшить условия работы наплавщиков.

Внедрение технологии производства порошковых ленточных электродных материалов для износостойкой наплавки на ОАО “Торезтвердосплав” позволило получить ожидаемый экономический эффект 15 тыс. грн. на 1 тонну расходуемого порошкового электродного материала.

Ключевые слова: порошковая лента, механическая смесь, комплексный сплав, технология изготовления, показатели плавления, продольное магнитное поле, износостойкость.

SUMMARY

Belik A.G. " Perfection of the technology of a powder strip for wearproof deposition the details working in conditions abrasive and gaseous of wear". - the manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of Cand.Tech.Sci. on a speciality 05.03.06 - welding both related processes and technologies. Priazovsky the state technical university of the Ministry of Education and a science of Ukraine, Mariupol, 2007

Dissertational work is devoted to perfection of the technology of powder strip electrode materials for mechanized electroarc deposition the alloyed and composite wearproof layers.

The analysis deposition materials is lead, for drawing wearproof alloys on the details working in various conditions (abrasive, gaseous wear) on the basis of which it is marked, that the greatest productivity deposition and demanded quality is reached at mechanized electroarc deposition with use of powder tape electrode materials.

On the basis of the analysis of designs of powder strip electrodes the mathematical formulation of definition of optimum constructional parameters which allow to make powder strips with the demanded factor of filling is developed.

The way level-by-level covering charge in an environment with preliminary condensation of each previous layer before covering the subsequent which allows to increase at the constant geometrical sizes of an environment of a powder strip factor of filling by 10-15 % depending on structure of components of the core is offered.

Features of process of fusion of a powder strip are analysed and is established, that the greatest influence is rendered with design data which define character mass transfer an electrode material. The mathematical formulation which unites in itself constructive and technological parameters of a powder strip electrode is developed for an estimation of character of fusion and mass transfer an electrode material and allows to calculate a degree of interaction of the core and an environment on stages of a drop at fusion of a powder strip for reception of the alloyed and composite wearproof alloys. Influence of design data and degrees of condensation of the core is investigated at manufacturing a powder strip on parameters of its fusion.

Are carried out researches on influence of a longitudinal magnetic field at mechanized electroarc deposited a wearproof layer with use of a powder strip on crystallization molten metal. Results are received have shown improvement of structure deposited a layer due to its crushing.

The technology mechanized electroarc deposit the wearproof composite alloy is offered, allowing to strengthen and restore the details working in conditions abrasive and gaseous of deterioration, about use of a powder strip electrode material, in particular details of the leveling valve of a blast furnace that allows to raise term of their operation.

Having analysed influence of various factors on volume excretions toxic substances at deposit, have been carried out researches as a result of which it is established, that at use in structure of the core of a powder strip of a mechanical mix of components the volume harmful excretions is more, than at use of the in a complex-alloyed alloy. Except for it is established, that concentration harmful excretions (especially oxide manganese) on distance of 1 m from an arch in both cases exceeds the most harmful admissible norms, in communication, with what use general is offered to ventilation that will allow to improve operating conditions welders.

Introduction of the technology of powder strip electrode materials for wearproof deposit on Open Society "Toreztverdosplav" has allowed to receive expected economic benefit 15-20 thousand uah on 1 ton of a spent powder electrode material.

Keywords: a powder tape, a mechanical mix, a complex alloy, a manufacturing techniques, parameters of fusion, a longitudinal magnetic field, wear resistance.

Підписано до друку 03.08.07 Формат 60х84/16.

Умов. друк. Аркушів 1,1, Тираж 100 прим. Зак. №_______

Надруковано у поліграфічному центрі

Приазовського державного технічного університету.

87500, м. Маріуполь, вул. Університетська, 7