По страница журнала «Welding Journal» ( 2009, май, июнь)
Збережено в:
| Дата: | 2010 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2010
|
| Назва видання: | Автоматическая сварка |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101685 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | По страница журнала «Welding Journal» ( 2009, май, июнь) / В.М. Кислицин // Автоматическая сварка. — 2010. — № 4 (684). — С. 61-66. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-101685 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1016852016-06-07T03:02:11Z По страница журнала «Welding Journal» ( 2009, май, июнь) Кислицин, В.М. Краткие сообщения 2010 Article По страница журнала «Welding Journal» ( 2009, май, июнь) / В.М. Кислицин // Автоматическая сварка. — 2010. — № 4 (684). — С. 61-66. — рос. 0005-111X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101685 ru Автоматическая сварка Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Краткие сообщения Краткие сообщения |
| spellingShingle |
Краткие сообщения Краткие сообщения Кислицин, В.М. По страница журнала «Welding Journal» ( 2009, май, июнь) Автоматическая сварка |
| format |
Article |
| author |
Кислицин, В.М. |
| author_facet |
Кислицин, В.М. |
| author_sort |
Кислицин, В.М. |
| title |
По страница журнала «Welding Journal» ( 2009, май, июнь) |
| title_short |
По страница журнала «Welding Journal» ( 2009, май, июнь) |
| title_full |
По страница журнала «Welding Journal» ( 2009, май, июнь) |
| title_fullStr |
По страница журнала «Welding Journal» ( 2009, май, июнь) |
| title_full_unstemmed |
По страница журнала «Welding Journal» ( 2009, май, июнь) |
| title_sort |
по страница журнала «welding journal» ( 2009, май, июнь) |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2010 |
| topic_facet |
Краткие сообщения |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101685 |
| citation_txt |
По страница журнала «Welding Journal» ( 2009, май, июнь) / В.М. Кислицин // Автоматическая сварка. — 2010. — № 4 (684). — С. 61-66. — рос. |
| series |
Автоматическая сварка |
| work_keys_str_mv |
AT kislicinvm postranicažurnalaweldingjournal2009majiûnʹ |
| first_indexed |
2025-07-07T11:14:47Z |
| last_indexed |
2025-07-07T11:14:47Z |
| _version_ |
1836986545184178176 |
| fulltext |
ческие характеристики системы управления тока
сварки, что особенно целесообразно для микрос-
варки.
1. Расчет электромагнитных элементов источников вторич-
ного электропитания /А. Н. Горский, Ю. С. Русин, Н. Р.
Иванов и др. — М.: Радио и связь, 1988. — 176 с.
2. Рыськова З. А., Федотов П. Д., Жимерева В. И. Трансфор-
маторы для электрической контактной сварки. — Л.:
Энергоатомиздат, 1990. — 424 с.
3. Пат. 2047444 РФ, МПК7 В23К111/24. Установка для кон-
тактной сварки / Б. А. Будилов, В. В. Глазов, А. И. Комар-
чев и др. — Заявл. 07.02.1994; опубл. 10.11.1995.
4. Глебов Л. В., Пескарев Н. А., Файгенбаум Д. С. Расчет и
конструирование машин для контактной сварки. — Л.:
Энергоатомиздат, 1981. — 424 с.
A particular welding machine powered from the increased frequency electric mains was considered. It was investigated
how increase in the operating frequency, compared to the commercial frequency, affected capacity of the machine
transformer core. It is shown that increase in the frequency does not lead to decrease in dimensions and weight of the
transformer, and that powering of medium- and high-capacity AC resistance machines from increased-frequency inverters
is inexpedient.
Поступила в редакцию 24.11.2009
СВАРКА — ОСНОВА АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
S. McCracken et al. (май)
В 2016–2017 гг. в США планируется ввести в строй более
30 новых атомных реакторов. Основной причиной повышен-
ного интереса к атомной энергетике является наличие обна-
деживающих данных о безопасности и безотказности работы
существующего парка атомных электростанций (АЭС),
насчитывающего 104 единицы.
Анализ эксплуатации АЭС показывает, что гарантией
безопасности и безотказности их работы является качество
сварных швов ответственных систем, конструкций и узлов.
В большинстве случаев отказы, вызванные разрушениями
материалов, происходят по сварному шву или вблизи него.
В связи с этим одним из основных условий достижения срока
эксплуатации АЭС порядка 60 лет и более, а также
минимизации вероятности возникновения отказов и необ-
ходимости выполнения дорогостоящих ремонтно-восста-
новительных работ является разработка более совершенных
способов сварки и технологических инструкций по сварке и
монтажу сварных конструкций.
Институт исследований в области электроэнергетики
(Electric Power Research Institute — EPRI) в качестве
независимой и некоммерческой организации совместно с
изготовителями сварочного оборудования, инструмента и
сварочных приспособлений занимается разработкой руково-
дящих материалов и нормативов по передовым методам
организации сварочных работ при строительстве новых АЭС.
Ключевыми моментами разрабатываемых EPRI проектов
является оценка различных процессов сварки и технологии
изготовления сварных конструкций, использованных при
строительстве и эксплуатации АЭС, и разработка типовых
процессов, учитывающих основные факторы, которые вли-
яют на предрасположенность наиболее уязвимых сварных
швов к деградации свойств соединяемых металлов.
В задачи EPRI входит разработка руководящих мате-
риалов по сооружению новых, более совершенных конст-
рукций атомных реакторов, а также технологических инс-
трукций по вопросам сварки всех основных узлов каждой
АЭС отдельно. Без существенных изменений в основном
останутся условия эксплуатации новых реакторов и набор
материалов, но, вероятно, более или менее существенным
изменениям подвергнутся процессы подготовки материалов
под сварку и сами процессы сварки с целью повышения
надежности и увеличения срока службы систем водной
защиты реактора. В частности, будут использоваться не-
сколько недавно разработанных методов снижения остаточ-
ных напряжений, возникающих в сварных соединениях.
ПО СТРАНИЦАМ ЖУРНАЛА
«WELDING JOURNAL»
(май, июнь 2009)
4/2010 61
СВАРКА СТАЛЬНЫХ ТРУБ ТРЕНИЕМ С ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ
J. Defalco and R. Steel (мaй)
Отличительной особенностью процесса сварки трением
с перемешиванием (Friction Stir Welding), запатентованного
в 1991 г. Британским институтом сварки, является нагрев и
перемешивание соединяемых металлов вращающимся инст-
рументом с последующим его перемещением вдоль линии
контакта. Рабочая часть инструмента выполнена в виде
конического пуансона с фланцем большего диаметра, кото-
рый удерживает инструмент на поверхности сварного шва и
обеспечивает как фрикционный нагрев, так и давление про-
ковки. Сварка происходит без расхода сварочных мате-
риалов, при отсутствии плавления соединяемых материалов
в результате совместного воздействия нагрева и усилия про-
ковки.
Вначале область использования этого процесса сварки
из-за низкой термостойкости материала инструмента была
ограничена материалами с низкой температурой плавления
(алюминий, латунь, медь). Однако в настоящее время разра-
ботаны технологии изготовления новых материалов на осно-
ве поликристаллического кубического нитрида бора, вольф-
рамрениевых сплавов и керамики, которые позволяют произ-
водить сварку высокопрочных легированных сталей и других
металлов с высокой температурой плавления.
Разработано и портативное оборудование для сварки
трением с перемешиванием стыков труб в полевых условиях.
Это новшество с системой водяного охлаждения инструмен-
та, телеметрической системой его пространственного распо-
ложения, механизмом орбитального перемещения сварочной
головки и выдвижной опорной штангой, размещаемой
внутри трубы и системой сжатия торцов труб позволяет сва-
ривать в автоматическом режиме неповоротные стыки труб
диаметром 305 мм с толщиной стенки 13 мм. В настоящее
время разрабатывается процесс сварки трением с пере-
мешиванием высокопрочных сталей толщиной до 25 мм, что
является достаточно сложной задачей и для ее решения
традиционными способами сварки. Как известно, самой
капиталоемкой статьей затрат в общей стоимости соору-
жения трубопровода является сварка труб в полевых ус-
ловиях. В связи с этим замена существующих механи-
зированных или автоматизированных процессов дуговой
сварки в защитной атмосфере способом сварки трением с
перемешиванием позволит получить существенную эко-
номию и затрат, и времени.
По сравнению с традиционными процессами сварки
плавлением сварка трением с перемешиванием характеризу-
ется снижением расхода энергии; намного меньшими зна-
чениями сварочных деформаций и коробления изделий; от-
сутствием дефектов типа трещин, пор, окисления металла
шва и пр.; более высокой производительностью процесса
соединения; возможностью соединения разнородных мате-
риалов и композитов; позволяет полностью автоматизи-
ровать процесс сварки и, следовательно, обеспечивать ее вы-
сокое качество независимо от квалификации оператора.
На приведенных иллюстрациях представлен наконечник
с центральным пуансоном диаметром 6 мм, а также мик-
рошлиф соединения, полученного способом сварки трением
с перемешиванием, где зона A — основной металл; B — зона
термического влияния; C — зона термомеханического воз-
действия; D — зона перемешивания.
При сварке листовых изделий конечной длины в конце
линии сварного шва обычно размещают дополнительную
пластину металла, в которую выводят отверстие кратера,
остающееся после удаления инструмента из обрабатываемо-
го металла. Таким же образом эта проблема решается и при
сварке неповоротных стыков труб путем удаления этих
пластин после завершения процесса сварки. Для сварки труб
большого диаметра с целью увеличения производительности
процесса предполагается разработка планетарного меха-
низма с несколькими сварочными головками.
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УЗЛОВ ДЛЯ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
J. Noruk, J. Boillot (май)
Начинает оживать после почти 30-летнего застоя атомная
промышленность США. Новое поколение АЭС должно быть
создано на основе последних достижений технологии сварки
и автоматизированного оборудования с микропроцессорным
управлением.
В настоящее время изготовление строительных конст-
рукций типа резервуаров высокого давления, трубопроводов,
трубных досок, насосов, трубопроводной арматуры и других
изделий требует совершенно иного подхода, чем в прошлом.
Это особенно важно в области сварочного производства.
Тридцать лет назад более 95% сварочных работ выполнялось
вручную или с частичной механизацией процесса под конт-
ролем достаточно квалифицированного оператора. В насто-
ящее время оцифрование всевозможных датчиков, узлов
62 4/2010
перемещения, сварочного оборудования, «цифровых видео-
камер» и других модулей, имеющихся в продаже, позволяет
достичь самого высокого уровня микропроцессорной кор-
ректировки режима и параметров сварочной системы.
Краткая иллюстрация уровня автоматизации, используемо-
го в настоящее время при дуговых сварочных процессах пред-
ставлена на рисунке, где показаны примеры мобильной авто-
матизации, представляющие шарнирные и линейно переме-
щаемые сварочные роботы, а также машины особого
назначения с линейно перемещаемой траверсой для переме-
щения сварочной головки с поперечными колебаниями сва-
рочного инструмента или с планетарным механизмом
привода сварочной головки.
В различных отраслях промышленности уже используют
оборудование с микропроцессорными блоками, которое
функционирует по заранее составленной программе, или в
котором циклограмма процесса и отдельные параметры процес-
са сварки задаются вручную перед выполнением конкретной
задачи. Такого рода оборудование может быть приспособлено
и для процессов сварки на объектах атомной энергетики. Одним
из условий дальнейшего роста производительности сварочных
процессов с сохранением высокого качества сварных соеди-
нений является непрерывное повышение уровня автоматизации
сварочных процессов.
До настоящего времени существовал разрыв между раз-
работкой технологии сварки в лабораторных условиях при
заданных условиях и технологией сварки на строительной
площадке, где постоянно изменяются начальные условия
(отклонения от нормы свойств или параметров свариваемых
металлов, сварочного зазора, человеческий фактор и других
отклонений). Преодолеть этот разрыв можно только путем
разработки сварочных систем с требуемым уровнем «само-
обучающегося интеллекта», обеспечивающего автоматичес-
кую подстройку параметров под изменяющиеся условия.
Автоматизация при изготовлении узлов АЭС обычно не
достигала строительных площадок и ограничивалась цехами
завода, где большинство «автоматических» устройств пред-
ставляло собой обычные сварочные тракторы, не приспособ-
ленные для оснащения их блоками программирования,
различными датчиками, что резко ограничивало их полез-
ность и приводило к росту себестоимости сварочных работ.
При сварке толстостенных труб или сосудов под давле-
нием, выполняемой в узкий зазор способом дуговой сварки
под флюсом, возникает необходимость подачи присадочной
проволоки в корень сварного шва с достаточно высокой точ-
ностью. Эта задача решается с помощью системы авто-
матической коррекции в реальном времени положения сва-
рочной головки на основе информации об отклонениях
присадочной проволоки по вертикали от корня шва, непре-
рывно регистрируемых лазерным лучом.
Таким образом, в дополнение к системам лазерного сле-
жения концепция разработки оборудования нового поко-
ления состоит в комплектации сварочного оборудования до-
статочным количеством разнообразных датчиков, обес-
печивающих превосходство интеллекта сварочной системы
перед интеллектом самого квалифицированного сварщика.
НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОВЫШАЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРУБ
ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
N. Peterson (май)
Одной из основных проблем производства сварных труб
для строительных конструкций является неравномерность
поступления заказов, что вызывает необходимость в
периодическом найме на работу и обучении дополнительно
сварщиков различной квалификации и с различным стилем
сварки.
Переход на процесс сварки корневого шва процессом с
короткими замыканиями (short circuit process) и на процесс
заполнения разделки шва и формирования усиления шва ме-
тодом мелкокапельного переноса металла (spray transfer pro-
cess) позволяет удвоить выпуск продукции при сокращении
в два раза штата сварщиков, времени на их обучение и на
устранение дефектов сварки, снижает затраты на приобре-
тение электродных материалов, защитного газа и других рас-
ходных материалов.
Благодаря компьютеризированной установке для отрезки
труб необходима работа лишь одного оператора в течение
нескольких часов вместо трех рабочих, ранее занятых на этой
операции в течение восьми часов. Для обеспечения высокого
качества сварных швов была использована более тщательная
подготовка свариваемых деталей к процессу сварки, вклю-
чающая дробеструйную обработку и более точное выпол-
нение геометрии разделки сварного шва.
Однако самым радикальным новшеством, использован-
ным фирмой «Bel Aire» (одной из лучших в штате Аризона),
оказалась замена существующего оборудования для выпол-
нения ручной и полуавтоматической сварки в защитном газе
оборудованием, оснащенным системой управляемого плав-
ления присадочного металла (Regulated metal deposition
(RMD), системой оптимизации процесса сварки корневого
шва и системой ProPulseТМ, предназначенной для оптими-
зации процесса заполнения сварочного зазора и усиления
сварного шва.
Система RMD обеспечивает спокойное плавление метал-
ла, что позволяет сварщику исключить варианты неполного
проплавления по всей толщине свариваемого металла. Сис-
тема ProPulseТМ обеспечивает поддержание оптимального
значения сварочного тока и напряжения в зависимости от
типа и диаметра присадочной проволоки, скорости подачи
проволоки и состава газовой защиты.
Внедрение этих систем оптимизации параметров процес-
са сварки позволяет обучить за 3…4 ч даже сварщика низкой
квалификации уверенно достигать высокого качества сварки.
4/2010 63
ВЛИЯНИЕ НАНОЧАСТИЦ МРАМОРА НА СВОЙСТВА НАПЛАВОЧНОГО ЭЛЕКТРОДА D600R
B. Chen et al. (май)
Несмотря на сообщения об использовании наномате-
риалов в покрытиях электродов, этот вопрос, к сожалению,
до сих пор не систематизирован.
С целью предполагаемого улучшения параметров про-
цесса наплавки вместо микропорошка мрамора, обычно ис-
пользуемого в материалах покрытия электродов D600R для
дуговой наплавки износостойких покрытий или наплавки в
атмосфере защитных газов, в данной работе использовали
смеси в различном соотношении мрамора в виде микропо-
рошка и мрамора в виде нанопорошка.
Идея данного исследования основана на предположении
о том, что наночастицы мрамора могут существенно повы-
сить не только интенсивность химических реакций в среде
жидкого флюса, но и эффективность свойств защитных пок-
рытий электрода. В эксперименте использовали электроды
из стали Н08А с добавками: C < 0,1%; Mn 0,3…0,55%; Si <
0,03%; Cr < 0,2%; Ni < 0,3%; S и P < 0,03%.
Состав покрытия электродов D600R включал, мас. %: 31
мрамора; 36 флюорита; 3 ферромарганца углеродистого; 14
феррохрома углеродистого; 2 ферромолибдена; 1,5 железок-
ремниевых редкоземельных добавок; 10 ферротитана; 1,5
углекислого натрия; 0,5 графита и 1 оксидов редкоземельных
металлов.
Для измерения тока сварочной дуги, напряжения и пара-
метров короткого замыкания дуги на различных режимах
процесса наплавки использовали стандартный анализатор
электрических параметров.
Результаты проведенных исследований твердости и изно-
состойкости наплавленного металла показывают, что более
мелкая фракция мрамора, используемая в составе покрытия
электрода, снижает напряжение короткого замыкания, зна-
чение тока короткого замыкания и сокращает интервалы вре-
мени короткого замыкания.
Установлено также снижение температуры плавления и
сужение интервала плавления материала покрытия при
увеличении процента содержания в нем наночастиц мрамора,
однако кривая снижения температуры плавления имеет эк-
стремум при 1063 °С.
Кроме того, установлено снижение содержания диффу-
зионного водорода в наплавленном металле с возрастанием
содержания доли наночастиц мрамора в покрытии электрода.
Существенное повышение стабильности дуги повышает
сварочные характеристики электрода. Наличие наночастиц
мрамора в материале покрытия электрода в пределах
20…25 % повышает эффективность наплавки, твердость и
износостойкость покрытия.
ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ЭВТЕКТИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ
НА СВАРИВАЕМОСТЬ АЛЮМИНИЯ 7180
M. G. Mousavi et al. (май)
Переходные металлы (скандий, марганец, железо, ко-
бальт и никель), присутствующие в алюминии и его сплавах
(например, в сплаве 7180) в виде примесей, даже в микро-
дозах обычно образуют эвтектики, которые затвердевают при
очень высокой температуре (1400 °С для сплава алюминий
— кобальт, 1165 °С для сплава алюминий — железо). Обра-
зование эвтектик на ранней стадии затвердевания вблизи
вершин дендритов имеет как положительное, так и отрица-
тельное влияние. Наличие высокотемпературных эвтекти-
ческих включений вероятнее всего затрудняет поступление
расплава металла в пространство между дендритами, способ-
ствуя, таким образом, формированию пор и зародышей мик-
ротрещин.
В дополнение к данному отрицательному влиянию на
свариваемость алюминия и его сплавов наличие примесей
этих металлов приводит к увеличению размеров зерен, что
связано с выделением скрытой теплоты плавления вблизи
вершин дендритов. Однако при увеличении количества
примесей в противовес этим отрицательным факторам
происходит измельчение зерна из-за всеобщего переохлаж-
дения или наличия потенциальных зародышей кристаллов.
Характер воздействия этих различных факторов на
свариваемость сплава 7180 зависит от конкретного элемента.
Скандий известен как эффективный модификатор (измель-
читель) зерна из-за его выделения в виде эвтектических
формирований, которые являются зародышами кристаллов.
В этом отношении скандий уникален по сравнению со всеми
другими переходными металлами.
Добавки железа или марганца также способствуют из-
мельчению зерна, но только при увеличенной дозе леги-
рования и при соответствующей степени переохлаждения.
Однако для достижения такого же уровня измельчения ме-
талла сварного шва марганца требуется намного больше, что
свидетельствует о достаточно низких параметрах его пере-
охлаждения. Добавки железа улучшают свариваемость
алюминия, в то время как марганец не обладает этим свой-
ством. Эти различия свойств могут указывать на способность
соответствующих эвтектик блокировать подвод жидкой фазы
к растущим дендритам, хотя марганец образует меньшее
количество эвтектики при том же уровне легирования. Более
правдоподобное объяснение может касаться и причин
трещинообразования в зоне термического влияния, что про-
является только при легировании алюминия марганцем, с
последующим переходом микротрещин в зоне термического
влияния в макротрещины в зоне сварного шва.
Кобальт никаким образом не способствует измельчению
зерна, хотя он реагирует на степень переохлаждения, как и
железо. Добавка кобальта приводит к укрупнению зерен и
соответствующему ухудшению свариваемости. Влияние до-
бавок никеля в данной работе не рассматривалось, но, тем
не менее, известно, что он наиболее чувствителен к степени
переохлаждения и потому перспективен в качестве
измельчителя зерна.
Влияние железа на свариваемость алюминия (и сплава 7180)
имеет особенно важное значение в результате его естественного
присутствия в алюминии в виде примеси. Подмеченная склон-
ность к образованию кристаллизационных трещин наиболее
ярко проявляется при содержании железа около 0,2 мас. %, что
совпадает с уровнем этой примеси у наиболее широко приме-
няемых сплавов. Контроль содержания железа в сплавах до-
статочно сложен, причем ограничению его на нижнем уровне
препятствуют экономические факторы, а его повышенное
содержание приводит к снижению ударной вязкости и потере
коррозионной стойкости. Наиболее удачным вариантом
исключения образования высокотемпературных эвтектик
типа FeAl6 может быть контроль содержания кремния из-за
связанного с этим содержанием взаимодействия кремния с
железом.
64 4/2010
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОХЛАЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРОДА
ПРИ КОНТАКТНОЙ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКЕ
Z. H. Rao et al. (май)
Под действием высокого значения теплового потока от
металла сварочной точки в электрод происходит деформация
металла электрода, что приводит к необходимости своевре-
менного проведения операции зачистки рабочего торца или
его замены. С целью увеличения срока службы наконечника
электрода необходимо иметь более углубленное понимание
сути термического воздействия на рабочий торец электрода
и процесса его охлаждения.
В данной работе проведено математическое моделиро-
вание потока охлаждающей воды, ударяющегося в нижнюю
часть рабочего торца электрода, моделирование процесса вы-
деления джоулева тепла, а также процесса теплообмена
между рабочим торцом электрода и потоком охлаждающей
воды.
В результате проведенных исследований установлено,
что принятое повсеместно конструктивное исполнение смен-
ного электрода приводит к возникновению застойных зон в
струе охлаждающей воды именно вблизи торцевой поверх-
ности внутреннего канала, что может способствовать ухуд-
шению теплоотвода в варианте пленочного кипения воды.
На основе полученных данных разработана новая конст-
рукция электрода с коническим выступом на торцевой повер-
хности внутреннего канала, предназначенным для улуч-
шения теплоотвода. Результаты моделирования показывают,
что предложенный конический выступ не только снижает
вероятность появления застойных зон в потоке охлаждающей
воды вблизи наиболее теплонагруженной зоны электрода, но
и увеличивает площадь охлаждаемой поверхности, что спо-
собствует существенному снижению температуры рабочего
наконечника электрода. Наличие шероховатостей на повер-
хности конического выступа предложено для интенси-
фикации процесса формирования пузырьков в потоке воды,
что может улучшить теплопередачу между рабочим нако-
нечником электрода и охлаждающей водой при использо-
вании пузырькового кипения. Экспериментальная проверка
результатов математического моделирования подтвердила
возможность существенного повышения срока службы новой
конструкции электрода с внутренним коническим выступом.
ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЙ МЕТАЛЛА ПО ВИДУ РАЗБРЫЗГИВАНИЯ
G. Schwab, J. Steele, T. Vincent (июнь)
В работе представлено описание системы фиксирования
брызг металла и метод определения уровня разбрызгивания
металла в процессе сварки. Установлено, что частотность
появления фактов разбрызгивания металла является индика-
тором наличия загрязнений металла, т. е. наличия масляных
загрязнений или грунтовочных покрытий значительной
толщины. Кроме того, оказалось, что количество брызг опре-
деленного диаметра изменяется в соответствии с видом за-
грязнения.
Целью данных исследований являлось проверка предпо-
ложения о том, что о наличии загрязнений можно судить по
появлению разбрызгивания. После доказательства этого
тезиса появилась необходимость в разработке системы клас-
сификации загрязнений применительно к практическим нуж-
дам. В данной работе обработку данных видеонаблюдения и
выявление разбрызгивания проводили после проведения про-
цесса сварки, но в принципе возможна существенная опти-
мизация этого процесса, направленная на работу системы в
режиме online (в соответствии с темпом поступления инфор-
мации). Например, возможна разработка алгоритма, предназ-
наченного для идентификации и количественной оценки фак-
тов разбрызгивания, передаваемой непосредственно на вход
программируемого микропроцессора. В этом варианте воз-
можно сокращение времени обработки сигналов по амп-
литуде, что позволяет вести мониторинг процесса в реальном
времени.
Более отдаленной целью проведения исследований в
этом направлении является разработка качественного мони-
торинга процесса сварки в реальном времени для процессов
автоматической сварки, которые будут в состоянии вовремя
выявлять на основании информации визуального видеосоп-
ровождения о наличии загрязнений на поверхности сварива-
емого металла, сигнализировать о возникающих проблемах
и при необходимости выключать процесс сварки, снижая
вероятность появления брака или полностью исключать его
появление, приводящее к значительным затратам на ремонт
дефектных мест. Несмотря на то что в данной работе исполь-
зована довольно дорогая (стоимостью порядка 3000 USD) и
крупногабаритная видеосистема, неудобная для встраивания
в сварочную головку или размещения вблизи зоны сварки, в
перспективе предполагается проведение работ по
миниатюризации видеокамеры. Исследования в этом направ-
лении позволят перейти на основе видеонаблюдения и
мониторинга сварочных процессов к полностью авто-
матизированным гибким производственным модулям, кото-
рые позволят повысить производительность и качество
сварки.
СКЛОННОСТЬ К ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЮ В РЕЗУЛЬТАТЕ ПОТЕРИ ПЛАСТИЧНОСТИ МЕТАЛЛА
СВАРНОГО ШВА НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ
Часть 2. Металлографические исследования
N. E. Nissley, J. C. Lippold (июнь)
Ранее (часть 1) было показано, что зарождение трещин
и потеря пластичности металла сварного шва на основе
системы Ni–Cr–Fe вызвано процессами скольжения по
границам зерен в температурном интервале 750…1150 °С.
Часть 2 данного исследования, посвященного вопросам
склонности металла к трещинообразованию из-за потери
пластичности (DDC — ductility-dip cracking) присадочного
металла на основе Ni–Cr–Fe, представляет собой описание
4/2010 65
экспериментов, нацеленных на более глубокое понимание
механизма DDC. Величина предела прочности (STF — stra-
in-to-fracture) и склонность к DDC существенно меняется
даже при минимальных изменениях состава, что находит
свое отражение в микроструктуре сварного шва. При прове-
дении исследований влияния микроструктуры на склонность
к DDC использовали оптическую металлографию, электро-
нографию методом дифракционного отражения электронов
(EBSD — electron backscatter diffraction), термодинамические
расчеты, термическую обработку сварных образцов.
Проведенный сравнительный анализ склонности к DDC
с результатами термодинамических расчетов позволил более
точно представить процесс влияния выпадения карбидов на
скольжение по границам зерен и механизм склонности спла-
ва к DDC. Макроскопическое блокирование границ зерен
встречается в сплавах, образующих в конечной фазе затвер-
девания интердендритные карбиды (MeC). Существенное
снижение склонности к DDC обнаружено в сплавах с добав-
ками молибдена и ниобия, что приводило к компактному
распределению карбидов ажурного типа. Морфология кар-
бидов и их распределение влияет на миграцию границ и
приводит к появлению извилистых или скрученных границ
зерен, которые механически стопорят процессы скольжения,
способствующие образованию трещин. Блокировка границ
зерен на микроскопическом уровне встречается в сплавах,
образующих интергранулярные карбиды типа Me23C6. Расп-
ределение, морфология, предел прочности и кинетика выде-
ления этих карбидов влияет на их способность ограничивать
скольжение по границам зерен.
Термообработка, приводящая к переводу металла в псев-
дожидкое состояние с последующим выпадением новой фазы
улучшает сопротивляемость металла к DDC. Это явление
было приписано гомогенизации микроструктуры и выпа-
дению фазы M23C6, в результате чего происходило тормо-
жение процесса скольжения по границам зерен.
В одном из образцов присадочного металла (52М) про-
долговатые интергранулярные карбиды типа M23C6 способ-
ствовали процессу активной рекристаллизации во время про-
ведения испытаний на разрушение, что было приписано про-
цессу формирования центров кристаллизации (PSN —
particle stimulated nucleation), инициированному этими час-
тицами. Основываясь на результатах этих исследований, ста-
новится ясно, что DDC в металле сварного шва на основе Ni–
Cr–Fe происходит благодаря процессам скольжения по
границам зерен в температурном интервале порядка
750…1150 °С. Выпадение карбидной фазы в конце процесса
затвердевания расплава приводит к закреплению мигрирующих
границ зерен, что формирует их в скрученном виде, тормозящем
процессы скольжения. Более того, выпадение карбидов состава
M23C6 в твердом состоянии обеспечивает дополнительное за-
крепление границ на микроуровне, что еще более повышает
торможение процессов DDC.
Материал подготовлен
В. М. Кислициным, канд. техн. наук
ВНИМАНИЮ СПЕЦИАЛИСТОВ!
16–17 июня 2010 г. в Киеве в ИЭС им. Е. О. Патона состоится украинско-не-
мецкий семинар на тему «Плазменные и электронно-лучевые технологии для
защитных покрытий».
Тема семинара соответствует такому приоритетному направлению, как
«Новые материалы и производственные технологии», развиваемому федераль-
ным министерством образования и науки Германии в рамках научно-технического
сотрудничества с Украиной. Проект запланирован как пилотный и призван под-
держать интернационализацию малых и средних предприятий. Он должен содей-
ствовать практической реализации стратегии интернационализации.
Семинар предусматривает обмен информацией по указанной теме специа-
листов как предприятий, так и научных учреждений. Основной круг участников
семинара будет включать ученых и специалистов, производителей и пользова-
телей функциональных изделий с оптимизированными трибологическими свой-
ствами, а также специалистов, работающих в таких секторах производства, как
автомобиле-, машиностроение и пр. В рамках семинара будут представлены
также стендовые доклады и предоставлена возможность для кооперационных
переговоров.
Контакты: тел./факс: +38 (044) 289 22 02. E-mail: Yu.kon@paton.kiev.ua.
Зам. директора ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ, проф. Константин Андреевич Ющенко
66 4/2010
|