Определяне параметрите на шева в зависимост от режима на наваряване в границите на стабилно протичане на процесите на наваряване

3.3.2 Определяне параметрите на шева в зависимост от режима на наваряване в границите на стабилно протичане на процесите на наваряване

Експлоатационните свойства на наварения метал, както и съпротивлението му срещу пукнатинообразуване зависят до голяма степен от химическия състав на електродния материал, от неговата форма и размерите му, от правилно избрания метод на легиране, от съотношението на легиращите елементи, така и от геометричните размери и форма на шева. В зависимост от дълбочината на провара се определя съотношението между основния и добавъчния метал, а също и нормалното протичане на металургичните и химични процеси в наваръчната вана, които оказват съществено влияние, както върху физико механичните свойства на наварения метал, така и срещу съпротивлението му относно образуването на кристализационни пукнатини.

Г
еометрията на шева се характеризира с дълбочината на провара в основния метал h, височината на усилване а, широчината на шева b, площта на наваряване Fн и площта на провара Fпр (фиг. 3.58).
За определяне влиянието на режима на наваряване в границите на стабилно протичане на процеса върху геометричните параметри на шева при наваряване под слой от флюс и в защитна газова среда с и без вибрации на електродния тел са проведени опити върху пробни тела от Ст 45, като е използван тел СВ0,8Г2С с диаметър Ф = 1.6 mm.

Скоростта на подаването на електродния материал е в диапазона на стабилно протичане на процеса на наваряване, като параметрите на наваръчния шев са определени при граничните режими на наваряване.

За защитна среда е използван въглероден диоксид с разход Q_CO2 = 15 l/min и флюс „ВЛ-78”. За токоизточник е използван постояннотоков преобразувател ИЗА–Г500. Опитите са проведени при големина на напрежението на наваряване U_H = 20V и 22V съответно при СО₂ наваряване с и без вибрации на тела и U_H = 28V при наваряване под слой от флюс Излаз на електрода l_T = 15 mm. Скоростта на наваряване и при трите метода е V_Н = 1,0 m/min.

Определянето на геометричните параметри на шева е извършено след шлифоване и полиране на наварените образци (фиг. 3.59). За определяне на коефициента на размесване на основния с добавъчния материал бяха измерени площите на дълбочината на провара и площта на шева посредством компенсационен полярен планиметър „REISS”.

Ф
иг. 3.59. Снимки на микрошлифове, мащаб 4:1

Коефициента на размесване на метала, коефициента на формата на провара и коефициента на формата на шева са определени по следните зависимости:

където φ е коефициента на формата на шева, b – ширината на шева, а – височината на шева.

където ψ е коефициента на формата на провара, b – ширината на шева, h – дълбочината на провара.

където γ е коефициента на размесване на основния с добавъчния материал, Fпр – площта на провара в mm², Fн – площта на наваряване, в mm².

Резултатите от проведеното изследване за геометричните размери на шева при наваряване под слой от флюс и в защитна газова среда с и без вибрации на електродния тел са посочени в табл. 3.15.

Площта на наваряване е определена по експериментален и теоретичен път въз основа на разработената от нас методика, която е приведена по-долу.

За определяне на съответствието между експериментално получените резултати за площта на наваръчния шев с теоретичната са проведени съответните теоретични изчисления. За теоретичното определяне на площта на шева се изхожда от това, че количеството наварен метал в тегловни единици е равен на количеството електроден материал. Времето за нанасяне на наваръчен шев с определена дължина трябва да бъде равно на времето за подаване на електродния материал, осигуряващ необходимото количество материал за съответния шев. При тези условия може да се запише:

, (3.53)

където: t_Н e времето за наваряване; L_Ш - дължината на наварения шев; V_Н - скоростта на наваряване.

От поставеното по-горе условие (t_Н = t_Т) следва, че:

, (3.54)

където: t_Т e времето за подаване на електродния тел; L_Т - дължината на електродния тел; V_Т - скоростта на подаване на електродния тел.

От условието G_Ш = G_Т следва, че:

, (3.55)

където: G_изн е количеството на електродния тел; d_T - диаметъра на електродният тел; L_Т – дължина на електродният тел, необходима за наваряване на износената повърхнина; γ – специфично тегло на наварявания метал.

Количеството наварен метал се определя по зависимостта:

(3.56)

От условието G_Ш = G_Т следва, че:

След преобразуване на уравнение (3.52) за теоретичната площ на шева F_Н(Т) получаваме:

Резултатите за теоретично определената площ на шева са показани в табл. 3.33.

От резултатите се вижда, че височината на усилване при наваряване под слой от флюс е много по малка от наваряването в защитна газова среда. Това се дължи на спецификата на процеса на наваряване и по-точно на налягането, което флюса оказва на разтопения метал. Трябва да отбележим също, широчината на шева при наваряване под слой от флюс е по голяма и прехода спрямо основният метал е много по-плавен в сравнение с останалите два метода. Това се отразява благоприятно, както по отношение на гладкостта на наварения метал, така също и по отношение разходите свързани с механичната обработка и създаване на по-благоприятни условия свързани с металургичните процеси протичащи в наваръчната вана.

На фиг. 3.60 - 3.62 са показани сравнителни графики получени по зависимости (3.50 – 3.52) коефициентите на размесване на метала, на формата на провара и на формата на шева при наваряване под слой от флюс и в защитна газова среда с и без вибрации на електродния тел.



Фиг. 3.60. Гранични стойности на коефициента на формата на шева



Фиг. 3.61. Гранични стойности на коефициента на формата на провара



Фиг. 3.62. Гранични стойности на коефициента на размесване на основния с добавъчния материал
От графиките (фиг. 3.60 и 3.61) се вижда, че най-голям коефициент на формата на шева имаме при наваряване под слой от флюс, а най-малък е при наваряване в защитна газова среда без вибрации на електродния тел. За коефициента на формата на провара тази тенденция се запазва. От гледна точка на сформирането на шева и на неговите параметри по отношение съпротивлението на наварения метал спрямо получаването на кристализационни пукнатини най-добри резултати се получават при наваряването под слой от флюс. Това се дължи на факта, че широчината на шева при този метод е най голяма, а дълбочината на провара е най –малка спрямо останалите методи. Една такава форма на шева осигурява по-добри условия на кристализация на разтопения метал в наваръчната вана и по голяма хомогенност по отношение на механичните свойства на наварения метал, което би се отразило и по-благоприятно относно трайностните показатели на възстановените детайли.