Автоматическая наплавка под флюсом конструкционных сталей с поперечными высокочастотными перемещениями электрода
Поперечные колебания электрода при автоматической наплавке под флюсом — один из путей уменьшения глубины проплавления и доли участия основного металла в наплавленном. Такие колебания могут быть созданы путем генерирования высокочастотных поперечных импульсных перемещений электродной проволоки с по...
Збережено в:
| Дата: | 2013 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2013
|
| Назва видання: | Автоматическая сварка |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102362 |
| 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: | Автоматическая наплавка под флюсом конструкционных сталей с поперечными высокочастотными перемещениями электрода / Ж.Г. Голобородько, С.В. Драган, И.В. Симутенков // Автоматическая сварка. — 2013. — № 06 (722). — С. 35-38. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-102362 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1023622016-06-12T03:03:51Z Автоматическая наплавка под флюсом конструкционных сталей с поперечными высокочастотными перемещениями электрода Голобородько, Ж.Г. Драган, С.В. Симутенков, И.В. Производственный раздел Поперечные колебания электрода при автоматической наплавке под флюсом — один из путей уменьшения глубины проплавления и доли участия основного металла в наплавленном. Такие колебания могут быть созданы путем генерирования высокочастотных поперечных импульсных перемещений электродной проволоки с помощью специально разработанного электромеханического генератора. Цель настоящей работы — оценка влияния высокочастотных малоамплитудных поперечных импульсных перемещений электродной проволоки на геометрию наплавленного валика и производительность наплавочного процесса. Наплавку валиков выполняли на пластины из низкоуглеродистой конструкционной стали электродной проволокой Св-08А диаметром 2 мм под флюсом АН-348А. Импульсные перемещения электрода с частотой 0,25…5,0 кГц создавали вдоль направления наплавки. Установлено, что с увеличением частоты глубина проплавления основного металла и ширина валика уменьшаются, а высота валика увеличивается; при этом изменяется также производительность наплавки. Характер изменения указанных параметров зависит от режима импульсного воздействия на электродную проволоку — наличия или отсутствия резонанса. Наиболее существенное изменение геометрии наплавленного валика наблюдается в области частот первого резонанса (0,55…0,75 кГц): глубина проплавления и доля участия основного металла в наплавке снижаются в 3 раза. Максимальное увеличение производительности происходит в области второго резонанса (3,75…3,85 кГц), коэффициент расплавления электрода возрастает на 10…20 % по сравнению с наплавкой без импульсного воздействия. Библиогр. 10, рис. 4, табл. 1. 2013 Article Автоматическая наплавка под флюсом конструкционных сталей с поперечными высокочастотными перемещениями электрода / Ж.Г. Голобородько, С.В. Драган, И.В. Симутенков // Автоматическая сварка. — 2013. — № 06 (722). — С. 35-38. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0005-111X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102362 621.791.03 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 |
Производственный раздел Производственный раздел |
| spellingShingle |
Производственный раздел Производственный раздел Голобородько, Ж.Г. Драган, С.В. Симутенков, И.В. Автоматическая наплавка под флюсом конструкционных сталей с поперечными высокочастотными перемещениями электрода Автоматическая сварка |
| description |
Поперечные колебания электрода при автоматической наплавке под флюсом — один из путей уменьшения глубины
проплавления и доли участия основного металла в наплавленном. Такие колебания могут быть созданы путем
генерирования высокочастотных поперечных импульсных перемещений электродной проволоки с помощью специально разработанного электромеханического генератора. Цель настоящей работы — оценка влияния высокочастотных малоамплитудных поперечных импульсных перемещений электродной проволоки на геометрию наплавленного валика и производительность наплавочного процесса. Наплавку валиков выполняли на пластины из низкоуглеродистой конструкционной стали электродной проволокой Св-08А диаметром 2 мм под флюсом АН-348А.
Импульсные перемещения электрода с частотой 0,25…5,0 кГц создавали вдоль направления наплавки. Установлено,
что с увеличением частоты глубина проплавления основного металла и ширина валика уменьшаются, а высота
валика увеличивается; при этом изменяется также производительность наплавки. Характер изменения указанных
параметров зависит от режима импульсного воздействия на электродную проволоку — наличия или отсутствия
резонанса. Наиболее существенное изменение геометрии наплавленного валика наблюдается в области частот
первого резонанса (0,55…0,75 кГц): глубина проплавления и доля участия основного металла в наплавке снижаются
в 3 раза. Максимальное увеличение производительности происходит в области второго резонанса (3,75…3,85 кГц),
коэффициент расплавления электрода возрастает на 10…20 % по сравнению с наплавкой без импульсного воздействия. Библиогр. 10, рис. 4, табл. 1. |
| format |
Article |
| author |
Голобородько, Ж.Г. Драган, С.В. Симутенков, И.В. |
| author_facet |
Голобородько, Ж.Г. Драган, С.В. Симутенков, И.В. |
| author_sort |
Голобородько, Ж.Г. |
| title |
Автоматическая наплавка под флюсом конструкционных сталей с поперечными высокочастотными перемещениями электрода |
| title_short |
Автоматическая наплавка под флюсом конструкционных сталей с поперечными высокочастотными перемещениями электрода |
| title_full |
Автоматическая наплавка под флюсом конструкционных сталей с поперечными высокочастотными перемещениями электрода |
| title_fullStr |
Автоматическая наплавка под флюсом конструкционных сталей с поперечными высокочастотными перемещениями электрода |
| title_full_unstemmed |
Автоматическая наплавка под флюсом конструкционных сталей с поперечными высокочастотными перемещениями электрода |
| title_sort |
автоматическая наплавка под флюсом конструкционных сталей с поперечными высокочастотными перемещениями электрода |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2013 |
| topic_facet |
Производственный раздел |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102362 |
| citation_txt |
Автоматическая наплавка под флюсом конструкционных сталей с поперечными высокочастотными перемещениями электрода / Ж.Г. Голобородько, С.В. Драган, И.В. Симутенков // Автоматическая сварка. — 2013. — № 06 (722). — С. 35-38. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| series |
Автоматическая сварка |
| work_keys_str_mv |
AT goloborodʹkožg avtomatičeskaânaplavkapodflûsomkonstrukcionnyhstalejspoperečnymivysokočastotnymiperemeŝeniâmiélektroda AT dragansv avtomatičeskaânaplavkapodflûsomkonstrukcionnyhstalejspoperečnymivysokočastotnymiperemeŝeniâmiélektroda AT simutenkoviv avtomatičeskaânaplavkapodflûsomkonstrukcionnyhstalejspoperečnymivysokočastotnymiperemeŝeniâmiélektroda |
| first_indexed |
2025-07-07T12:13:11Z |
| last_indexed |
2025-07-07T12:13:11Z |
| _version_ |
1836990222832762880 |
| fulltext |
УДК 621.791.03
АВТОМАТИЧЕСКАЯ НАПЛАВКА ПОД ФЛЮСОМ
КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ С ПОПЕРЕЧНЫМИ
ВЫСОКОЧАСТОТНЫМИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯМИ ЭЛЕКТРОДА
Ж. Г. ГОЛОБОРОДЬКО, С. В. ДРАГАН, И. В. СИМУТЕНКОВ
Национальный университет кораблестроения имени Адмирала Макарова.
54025, г. Николаев, просп. Героев Сталинграда, 9. E-mail: simutenkov@inbox.ru
Поперечные колебания электрода при автоматической наплавке под флюсом — один из путей уменьшения глубины
проплавления и доли участия основного металла в наплавленном. Такие колебания могут быть созданы путем
генерирования высокочастотных поперечных импульсных перемещений электродной проволоки с помощью спе-
циально разработанного электромеханического генератора. Цель настоящей работы — оценка влияния высокочас-
тотных малоамплитудных поперечных импульсных перемещений электродной проволоки на геометрию наплав-
ленного валика и производительность наплавочного процесса. Наплавку валиков выполняли на пластины из низ-
коуглеродистой конструкционной стали электродной проволокой Св-08А диаметром 2 мм под флюсом АН-348А.
Импульсные перемещения электрода с частотой 0,25…5,0 кГц создавали вдоль направления наплавки. Установлено,
что с увеличением частоты глубина проплавления основного металла и ширина валика уменьшаются, а высота
валика увеличивается; при этом изменяется также производительность наплавки. Характер изменения указанных
параметров зависит от режима импульсного воздействия на электродную проволоку — наличия или отсутствия
резонанса. Наиболее существенное изменение геометрии наплавленного валика наблюдается в области частот
первого резонанса (0,55…0,75 кГц): глубина проплавления и доля участия основного металла в наплавке снижаются
в 3 раза. Максимальное увеличение производительности происходит в области второго резонанса (3,75…3,85 кГц),
коэффициент расплавления электрода возрастает на 10…20 % по сравнению с наплавкой без импульсного воз-
действия. Библиогр. 10, рис. 4, табл. 1.
К л ю ч е в ы е с л о в а : автоматическая дуговая наплавка, низкоуглеродистые конструкционные стали, высоко-
частотное импульсное перемещение, механический генератор, геометрия наплавленного валика
Ремонт изношенных деталей судовых машин и
механизмов часто выполняют с помощью авто-
матической наплавки под флюсом (АНФ), которая
наряду с высокой производительностью обеспе-
чивает требуемые качество и однородность нап-
лавленного слоя. Однако при этом возрастает глу-
бина проплавления основного металла и доля его
участия в наплавленном, последняя, как правило,
составляет 30…50 % [1]. Снижение указанных от-
рицательных показателей технологии АНФ при
сохранении высокой производительности процес-
са представляет собой актуальную задачу. Для ее
решения используют различные методы воздейс-
твия на процессы переноса электродного металла
через дугу или формирования сварочной ванны,
позволяющие управлять геометрическими пара-
метрами наплавленного валика, а следовательно,
и долей участия основного металла в наплавлен-
ном слое (ДОМ). Наиболее распространенными
являются электрический метод (импульсно-дуго-
вая сварка), механический (вибродуговая наплав-
ка) и магнитный [2, 3].
Следует отметить, что электрический метод пре-
дусматривает применение сложных и дорогих ис-
точников сварочного тока с программированием
параметров режима [4], магнитный — наклады-
вает ограничения, связанные с магнитными свойс-
твами и основного, и электродного металлов [5].
Перечисленные недостатки, по нашему мнению,
не характерны для механического метода, отлича-
ющегося простотой реализации с использованием
серийного сварочного оборудования. Известно, что
импульсная подача электрода [6] или создание по-
перечных низкочастотных (до 150 Гц) колебаний
электрода [7] повышают стабильность горения дуги,
улучшают геометрию и структуру сварного шва.
Высокочастотные (500…1000 Гц) малоамплитуд-
ные (около 130 мкм) поперечные импульсные пе-
ремещения электрода способствуют снижению
глубины проплавления и ДОМ также при АНФ
[8]. В последнем случае эффект достигается за
счет периодического принудительного удаления
жидкометаллической прослойки с торца электро-
да при вибрационном воздействии, позволяющем
регулировать массу капель металла, переносимых
через дугу.
Цель данной статьи — исследование влияния
поперечного высокочастотного импульсного пе-
ремещения электрода на геометрические харак-
теристики наплавленного валика и технологичес-
кие характеристики процесса при однодуговой
АНФ конструкционных сталей.© Ж. Г. Голобородько, С. В. Драган, И. В. Симутенков, 2013
6/2013 35
Генератор поперечных высокочастотных пере-
мещений электродной проволоки (ЭП) представ-
ляет собой электромеханический привод (рис. 1),
легко монтируемый на сварочном тракторе с ши-
роким диапазоном регулирования частоты им-
пульсного воздействия [8].
Импульсное воздействие на ЭП приводит к по-
перечным колебаниям ее торца в двух режимах
— межрезонансном и резонансном. В области час-
тот, близких к резонансу, амплитуда колебаний рез-
ко возрастает, вследствие чего геометрия наплав-
ленного валика может существенно изменяться. Ре-
зонансную частоту, при которой частоты импуль-
сного воздействия и собственных колебаний ЭП
совпадают, можно представить в виде [9]
fкi =
dэ
8π
⎛⎜
⎝
E
γ
⎞
⎟
⎠
0,5
⎛
⎜
⎝
pi
lв
⎞
⎟
⎠
2
,
где dэ, E, γ — соответственно диаметр, модуль
упругости и плотность металла ЭП; lв — длина
вылета электрода; pi = klв — корни частотного
уравнения, определяемые характером закрепле-
ния конца стержня, подверженного колебаниям,
т. е. схемой закрепления ЭП в токоподводе; k —
функция Крылова.
Наиболее часто применяемые в серийных сва-
рочных тракторах для АНФ токоподводы условно
можно объединить в две расчетные схемы, реа-
лизующие шарнирное (рис. 2, а) или жесткое
(рис. 2, б) закрепление электрода. Значения пер-
вых двух корней частотного уравнения соответ-
ственно для схемы, представленной на рис. 2, а,
равны: p1 = 3,9266 и p2 = 7,0685, для схемы на
рис. 2, б p1 = 1,8751 и p2 = 4,6941 [10].
Управлять частотой резонанса согласно при-
веденному выше уравнению можно путем изме-
нения длины вылета или характера закрепления
электрода в токоподводе. Так, в диапазоне частот
100…1000 Гц резонансные колебания для элек-
трода диаметром dэ = 2 мм имеют место при дли-
не вылета lв = 25…80 мм, а для dэ = 5 мм со-
ответственно при lв = 40…150 мм. При этом уве-
личение длины вылета и жесткости закрепления
электрода в токоподводе приводит к снижению
частоты резонанса.
Недостатком метода управления процессом пе-
реноса металла через дугу с использованием яв-
ления резонанса является дискретное изменение
резонансных частот.
В межрезонансном режиме импульсного воз-
действия плавно регулировать амплитуду коле-
баний торца электрода в узком (1…3 мм) диа-
пазоне также можно либо путем увеличения дли-
ны вылета lв, либо уменьшения плеча hу прило-
жения силы F(t)имп. Однако длина вылета элек-
трода определяется, как правило, при выборе па-
раметров режима наплавки и не может быть сво-
бодно изменена, а плечо hу ограничивается ве-
личиной изгибающего момента, вызывающего
пластическое деформирование ЭП [8].
Рис. 1. Конструкция генератора высокочастотных импульсных перемещений электрода (а) и его установка на сварочном
тракторе (б): 1 — ударник; 2 — крепежный кронштейн; 3 — электродвигатель; 4 — редуктор; 5 — корпус; 6 — приводная
шайба; 7 — задающие ролики
Рис. 2. Конструкции токоподводов и соответствующие им
расчетные схемы приложения силы импульсного воздействия
F(t)имп с непрерывной (а) и дискретной (б) компенсацией
износа (hу — плечо приложения силы F(t)имп)
36 6/2013
Достаточно просто управлять амплитудой ко-
лебания торца ЭП путем изменения частоты им-
пульсного воздействия. По мере возрастания час-
тоты повышается скорость и ускорение переда-
точного звена (ударника генератора), что приво-
дит к увеличению инерционной составляющей
усилия F(t)имп.
Подтверждением этого предположения являют-
ся результаты специального экспериментального
исследования. При проведении опытов длину следа,
оставляемого на образце из пластичного материала,
измеряли колеблющимся заостренным торцом ЭП.
Установлено (рис. 3), что с увеличением частоты
импульсного воздействия амплитуда колебаний
возрастает по параболическому закону (штриховая
кривая). При этом на частотах, близких к резонансу
для данного вылета ЭП, наблюдается резкое уве-
личение амплитуды колебаний.
Амплитуду колебаний торца электрода можно
регулировать двумя способами: ступенчато путем
изменения массы ударника генератора или зна-
чения его перемещения в импульсе, а также плав-
но путем варьирования частоты вращения вала
приводного электродвигателя.
Влияние поперечных высокочастотных им-
пульсных перемещений электрода на геометри-
ческие характеристики наплавленного валика оце-
нивали по результатам исследований, выполнен-
ных на экспериментальном стенде (см. рис. 1, б),
оснащенном сварочным трактором КА-001 с ге-
нератором высокочастотных импульсных переме-
щений электрода и источником питания КИУ-501.
Наплавку валиков проводили ЭП Св-08А ди-
аметром 2 мм под флюсом АН-348А на пластины
толщиной 10 мм из низкоуглеродистой конструк-
ционной стали Ст3сп. В опытах варьировали толь-
ко частоту импульсного воздействия, оставляя
прочие параметры режима сварки неизменными.
Стабильность сварочного процесса, регистриру-
емого с помощью электронного USB-осциллог-
рафа IRIS, оценивали по осциллограммам напря-
жения на дуге. Геометрические параметры нап-
лавленных валиков, площадь проплавления, нап-
лавки и ДОМ определяли по макрошлифам.
Ниже представлены результаты, соответству-
ющие импульсному воздействию на ЭП вдоль
направления наплавки. Установлено, что с уве-
личением частоты импульсов ширина валика и
глубина проплавления основного металла умень-
шаются, а высота валика возрастает (рис. 4).
Характер изменения указанных параметров за-
висит от режима импульсного воздействия на ЭП
— наличия или отсутствия резонанса. При резо-
нансном режиме наблюдается «экстремальное»
изменение геометрии валика с соответствующим
изменением ДОМ (таблица).
Максимальный эффект достигнут на главном
тоне (первый резонанс) колебательной системы
в диапазоне частот fр1 = 560…750 Гц. Это хорошо
согласуется с резонансной частотой fр = 630 Гц,
рассчитанной по приведенному выше уравнению.
Межрезонансный режим колебаний приводит
к плавному изменению геометрии валика. При
увеличении частоты возрастает силовое воздейс-
твие капель электродного металла на сварочную
ванну. Глубина проплавления и ДОМ за счет этого
закономерно увеличиваются.
Высокочастотные импульсные перемещения
электрода оказывают влияние и на производитель-
ность наплавки. Увеличение частоты и амплитуды
способствует уменьшению толщины жидкометал-
Рис. 3. Влияние частоты на амплитуду колебаний торца ЭП
диаметром 2 мм (fр — резонансная частота)
Влияние частоты импульсных перемещений электрода
при АНФ на формирование валика, ДОМ и коэффициент
расплавления
Частота f, Гц Макрошлиф
наплавленного валика ДОМ Kр, г/(А⋅ч)
0 0,36 15,4
680 (fр1) 0,13 16,9
1295 0,30 15,0
3820 (fр2) 0,22 18,6
5800 0,25 16,1
6/2013 37
лической прослойки на торце ЭП, возрастанию
как теплопередачи от дуги к электроду, так и
коэффициента расплавления электрода. Так, при
частоте первого обертона fр2 = 3820 Гц коэффи-
циент расплавления превышает исходное значе-
ние более чем на 20 % (см. таблицу).
Выводы
1. Приложение высокочастотного механического
импульсного воздействия на ЭП позволяет управ-
лять процессом переноса металла, размерами нап-
лавленного валика и производительностью про-
цесса при АНФ.
2. Наибольшее влияние поперечные механи-
ческие колебания ЭП оказывают в области резо-
нансных частот: первого тона — на геометри-
ческие параметры наплавленного валика; второго
тона — на производительность расплавления
электрода.
3. При АНФ конструкционных сталей меха-
ническое импульсное воздействие на ЭП в диа-
пазоне частот f = 600…4000 Гц позволяет снизить
глубину проплавления и ДОМ в 3 раза, увеличить
коэффициент расплавления электрода на
10…20%.
1. Технология электрической сварки металлов и сплавов
плавлением / Под ред. Б. Е. Патона. — М.: Машиностро-
ение, 1974. — 768 с.
2. Найденов А. М. Расчет скорости плавления электродной
проволоки при механизированных способах дуговой
сварки // Свароч. пр-во. — 1998. — № 6. — С. 10–14.
3. Тарасов Н. М. Энергетический расчет процесса отрыва
капли электродного металла при воздействии импульса
внешнего электромагнитного поля // Автомат. сварка. —
1984. — № 6. — С. 21–25.
4. Лебедев В. А. Аспекты выбора оборудования для элект-
родуговой и автоматической сварки с импульсной пода-
чей электродной проволоки // Свароч. пр-во. — 2008. —
№ 5. — С. 45–49.
5. Размышляев А. Д., Миронова М. В. Производительность
плавления электродной проволоки при дуговой наплавке
под флюсом с воздействием поперечного магнитного
поля // Вісн. Донбас. держ. машинобуд. акад. — 2011. —
№ 1. — С. 142–147.
6. Управление процессом механизированной сварки в угле-
кислом газе с использованием параметров переноса
электродного металла / В. А. Лебедев, И. С. Кузьмин,
В. Г. Новгородский, В. Г. Пичак // Свароч. пр-во. —
2002. — № 5. — С. 6–14.
7. Алов А. А., Виноградов В. С. Влияние вибрации электро-
да на процесс дуговой сварки и свойства швов // Там же.
— 1958. — № 9. — С. 19–22.
8. Драган С. В., Симутенков И. В. Разработка устройства
для управления геометрическими параметрами шва при
автоматической наплавке под флюсом // Зб. наук. праць
НУК. — 2011. — № 3. — С. 59–64.
9. Физика и техника мощного ультразвука. Т.3. Физичес-
кие основы ультразвуковой технологии / Под ред. Л. Д.
Розенберга. — М.: Наука, 1970. — 686 с.
10. Физика и техника мощного ультразвука. Т.1. Источники
мощного ультразвука / Под ред. Л. Д. Розенберга. — М.:
Наука, 1970. — 380 с.
Поступила в редакцию 04.02.2013
Рис. 4. Влияние частоты импульсных перемещений электрода
на геометрические параметры наплавленного валика (dэ =
= 2 мм; I = 200 А; vсв = 19 м/ч; lв = 48 мм): ширину наплав-
ленного валика e, высоту g и глубину проплавления основно-
го металла h (fр1, fр2 — резонансные частоты)
ООО «ФРУНЗЕ-ЭЛЕКТРОД». ПРОИЗВОДСТВО СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Электродным производством в составе ПАО «Сумское НПО им. М. В. Фрунзе» занимается ООО
«Фрунзе-Электрод». История производства в целом охватывает период с 1930 г. по настоящее
время. Высокие требования к качеству сварочных материалов, необходимость их соответствия
международным стандартам всегда были предопределены номенклатурой выпускаемого
объединением оборудования, работающего в экстремальных условиях: для химической промыш-
ленности, добычи нефти и газа, магистральных газопроводов, атомных электростанций и т. п.
Сегодня ООО «Фрунзе-Электрод» производит 53 марки сварочных электродов. Предприятие
оснащено швейцарским оборудованием с замкнутым циклом производства и современной лабора-
торно-исследовательской базой, позволяющей проводить весь комплекс исследований и испы-
таний в соответствии с требованиями НТД на выпускаемую продукцию.
По желанию заказчика предприятие применяет вакуумную упаковку электрода в вакуумно-проч-
ной полимерной упаковке.
ООО «Фрунзе-Электрод» готово рассмотреть и выполнить любой заказ на изготовление сва-
рочных электродов с обеспечением всех требований по их испытаниям и гарантией высокого
качества.
38 6/2013
|