Министерството на образованието, младежта и науката

Анализът на резултатите от проведеното изследване показва, че при наваряване под слой от флюс изменението на микротвърдостта в границите на наварения метал варира много по-малко в сравнение с микротвърдостта при наваряване в защитна газова среда, което намира пряко отражение при определяне на трайностните показатели на възстановените повърхнини в зависимост от доминиращият вид износване на който са подложени. Зоната на термично влияние при наваряване под слой от флюс е по-голяма от тази при наваряване в защитна газова среда, което се обеснява с факта, че при наваряване под слой от флюс ефективната мощност на дъгата е по-голяма.

3.3.4 Определяне на износоустойчивостта на наваръчните покрития при възстановяване на износени детайли от земеделската и автотракторната техника

За провеждане на сравнителен анализ между процесите наваряване в защитна газова среда с и без вибрации на електродния тел и под слой от флюс, по отношение на техните трайностни показатели в условията на абразивно износване са проведени опити върху образци от Ст 45 с едни и същи размери при долна и горна граница на стабилно протичане на наваръчния процес, като е използван електроден тел СВ0,8Г2С с Ø = 1.6 mm. За защитна среда е използван въглероден диоксид с разход Q_CO2 = 15 l/min и флюс „ВЛ-1”. За токоизточник е използван постояннотоков преобразувател ИЗА–Г500. Опитите са проведени при постоянна големина на напрежението на наваряване U_H = 20V и U_H = 22V при СО₂ наваряване с и без вибрации и U_H = 28 V при наваряване под слой от флюс. Изместване от зенита на детайла 2,0 mm а излаза на електрода е l_T = 15 mm.

Показателите за износоустойчивост на наварения метал се оценяват по интензивността на износване спрямо еталон, изработен от Ст45. Пробните тела за изпитване на износоустойчивост са изработени с диаметър на захващаната част 10,0 mm и диаметър на работната повърхнина 5,0 mm (фиг.3.68).


Фиг. 3.68. Общ вид на пробно тяло за изпитване на износоустойчивост. 1 – захващаща част; 2 - наварен метал

Опитите са проведени на машина за изпитване на абразивно износване „APGi” (фиг. 3.69 б), посредством платнена абразивна шкурка № 120, при натоварване от 5 N (специфично натоварване 25,5 N/cm2) и 10 N (специфично натоварване 51,0 N/cm²). Натоварването е избрано съобарзно диапазона на изменение на специфичните натоварвания на детайлите от земеделската и автотракторната техника, работещи в условията на абразивно износване.

Пробното тяло (2) се притиска от тежест (1) към абразивната шкурка (3) със сила 5 N (10 N). Абразивната шкурка е поставена върху цилиндър (4), чиято периферна скорост е 0,30 m/s. По време на изпитването образецът се премества със стъпка S = 5 mm/об., като повърхнината подложена на износване контактува винаги с нови абразивни зърна. Последните деформират и разрушават повърхностния слой така интензивно, че за изминатия път от 21,75 m се постига измеримо изменение на масата на образеца.

Показателите за износоустойчивост на наварения метал се оценяват по интензивността на износване. За сравнителна оценка се приема относителната износоустойчивост, която е определена като отношение между износоустойчивостта на наварения метал спрямо износоустойчивостта на еталонния образец изработен от Ст 45.

Отчитане масата на образеца преди и след изпитването е извършено на аналитична везна с точност 10^-5 g.

Разликата в масата на образеца отнесена към изминатия път определя интензивността на износване, а реципрочната стойност определя износоустойчивостта.

(3.59)

където: G₁ е масата на образеца преди изпитване; G₂ - масата на образеца след изпитване.

Интензивността на износването определяме по зависимостта:

(3.60)

където: S e изминатия път на образеца за съответния опит.

Износоустойчивостта представлява реципрочната стойност на интензивността на износването, където:

(3.61)

Относителната износоустойчивост на изпитваните образци е определена по зависимостта:

Резултатите от проведеното изследване са показани в табл. 3.36 и 3.37.

От получените резултати, при изпитване на наваръчните покрития се вижда, че износоустойчивостта варира в границитe от 375 до 435 m/g при натоварване от 5 N и от 273 до 301 m/g при натоварване от 10 N, в зависимост от метода на наваряване. Този показател се намират във функционална връзка не само от химическия състав на легиращите елементи, но така също и от режима на наваряване.

Относителната износоустойчивост, а така също и износоустойчивостта зависят освен от горепосочените фактори, така също и от специфичното натоварване. Основно влияние оказва химическия състав на легиращите елементи, който до голяма степен предопределя и структурата на наварения метал. Поради тези причини при наваряване под слой от флюс се наблюдава най-голяма износоустоичивост, дължаща се на легиращите елементи в флюса. По-голямата износоустойчивост при наваряване в среда от СО2 без вибрации на електродния тел, сравнена с тази при наваряване с вибрации се дължи на различния коефициент на размесване на основния с добавъчния материал.
3.4. Определяне на относителната себестойност на възстановените детайли

Както беше установено в раздел 3.2.4 себестойността при възстановяването на износените детайли, зависи от голям брой фактори, като с прилагането на различни методи на наваряване, може да се постигне различна износоустойчивост. При едни и същи стойности на себестойността или на износоустойчивостта, ефективността от използването на определен метод или електоден материал с определен химически състав, форма и размери се оценява с относителната себестойност, въз основа на отншението на себестойността на възстановените детайли към тяхната трайност.

При осигуряване на една и съща трайност чрез различните методи, ефективността на наваряване зависи от себестойността на наваряване. Осигуряването на по-висока трайност, с което се намалява относителната себестойност, е свързано с повишаване износоустойчивостта на наварения слой. Внасяне допълнително на легиращи елементи в наварения метал, води до увеличаване твърдостта и износоустойчивостта му.

Необходимо е да се определи степента на ефективност по отношение на относителната себестойност на процеса на наваряване използвайки различни методи за възстановяване на износени детайли от земеделската и автотракторната техника. Тази ефективност се определя въз основа на сравнителен анализ на получените резултати за съответните разновидности, като за рационален вариант се приема онзи от тях, който има минимална стойност.

Въз основа на резултатите получени в раздели 3.2.4 и 3.3.3 са определени относителните себестойности за съответните методи в границите на стабилно протичане на процесите (фиг. 3.72).



Фиг. 3.72. Изменение на относителната себестойност в зависимост от скоростта на подаване на електродния материал при наваряване под слой от флюс и в защитна газова среда с и без вибрации на електродния тел.
От показаната графика се вижда, че относителната себестойност при наваряване под слой от флюс е по-ниска от тази на останалите два метода. Това се дължи на увеличените в по-голяма степен трайностните показатели на наварения метал при използване наваряване под слой от флюс в сравнение с другите два метода на наваряване. С внасянето на въглерод от легиращите елементи съдържащи се във флюса се увеличава съдържанието на карбиди в наварения шев. Това води до увеличаване на твърдостта на наварения шев, а от там респективно и на износоустойчивостта на метала.

ГЛАВА 4

ОПРЕДЕЛЯНЕ НА ОБОБЩЕН КРИТЕРИЙ ЗА ИЗБОР НА РАЦИОНАЛЕН МЕТОД ЗА ВЪЗСТАНОВЯВАНЕ
От анализа на различните методи и критерии за определяне рационалния метод за възстановяване се вижда, че те имат редица недостатъци изразяващи се в непълнота по отношение на една комплексна оценка, която да обобщава влиянието на по-голяма част от управляемите фактори върху изходните параметри.

Като по-общ критерий в това отношение може да се посочи метода на тегловните функции, който дава определена възможност за едно по-пълно определяне на влиянието на по-голям брой фактори върху един обобщен параметър, изразяващ се с определяне критерия на ефективност. Този критерий дава възможност да се отчита, както положителното, така и отрицателното влияние на отделните фактори върху количествената оценка на този обобщаващ показател.

Трябва да се отбележи, че този метод има определени недостатъци, свързани с определянето на общата сумарна оценка в балове, количественото определяне на коефициента на значимост на оценъчния параметър, което в повечето случаи може да бъде твърде субективно, а също така по отношение определянето на теглото на показателите за съответните методи.

Ето защо се предлага определянето на критерий за рационален избор на метод на наваряване с отчитане и на трайностните показатели, който интегрално да отразява влиянието на входните параметри върху един изходен параметър. Този критерий ще се изразява с определянето на един обобщен показател на относително несъвършенство (W) по отношение на трудовите разходи за един детайл, използване на производствените площи и относителната себестойност.

С определянето на W се елиминират такива коефициенти като: коефициент на сцепление; поправъчен коефициент, отчитащ фактическата работоспособност на възстановените детайли в експлоатационни условия и други коефициенти, които имат почти еднакви стойности в рамките на един възстановителен метод.

Обобщеният показател на относително несъвършенство е функция на трудовите разходи за един детайл, показателя на ефективност на труда, показателя на използване на производствените площи, относителната себестойност на един килограм наварен метал и количество възстановени детайли за единица време:

където: Q са трудовите разходи за един детайл; V - показателя за ефективност на труда; S - коефициента на използване на производствените площи; С_отн - относителната себестойност на килограм наварен метал; N - количеството възстановени детайли за единица време.

За да се определи ефективността на даден вариант е необходимо да се определят отделните съставляващи в горепосочената функция. Резултатите за параметрите характеризиращи показателя за относително несъвършенство в зависимост от метода на наваряване и скоростта на подаване на електродния тел са показани в табл. 2.1 приложение № 2.
4.1. Определяне количеството възстановени детайли за единица време

За да бъдат определени трудовите разходи за един детайл е необходимо първо да бъде определено количеството възстановени детайли за единица време. За детайли с едни и същи структурни характеристики това количество зависи единствено от производителността на процеса и се изразява със зависимостта:

където: Р е производителността на съответния метод; G_изн - количество метал, отнето в процеса на износване (δ = 2 mm).

На фиг. 4.1 са представени графично получените стойности за количеството възстановени детайли за единица време (при радиално изноасване δ = 2 mm) на база данните за производителността при различните методи на наваряване и стабилно протичане на процеса.


Фиг. 4.1. Изменение на количеството възстановени детайли в зависимост от скоростта на подаване на електродния материал при наваряване под слой от флюс и в защитна газова среда с и без вибрации на електродния тел.
Вижда се, че при една и съща скорост на подаване на електродния материал при различните методи на наваряване количеството възстановени детайли е различно, дължащо се на различната производителност на методите.
4.2. Определяне трудовите разходи за възстановяване на един детайл

Трудовите разходи за възстановяване на един детайл зависят от производителността на процеса за съответния вариант и от големината на износването, т.е. от количеството възстановени детайли за единица време:

Графично резултатите за големината на трудовите разходи за възстановяване на един детайл в зависимост от скоростта на подаване на електродния материал за различните методи на наваряване е представена на фиг. 4.2.

На фиг. 4.3 е представена графично зависимостта на показателя на ефективност на труда в зависимост от скоростта на подаване на електродния материал за различните методи на наваряване.

С определянето на този коефициент се цели определянето на ефективността от използването на производственото оборудване и производствените площи при различните методи на наваряване, и изразява зависимостта на сумарната производствена площ към показателя на ефективност на труда:

където S_Σ е сумарната производствена площ.

Предвид характера на технологичното и оборудване и това, че при различните методи на наваряване промените са незначителни, то последните могат да се приемат като еднакви за различните варианти. Така коефициентът на използване на производствените площи ще зависи само от показателя на ефективност на труда.

Графично резултатите са показани на фиг. 4.4.

За определяне на показателя на относително несъвършенство трябва първо да се определят нивата на значимост по отношение на трудовите разходи за възстановяване на един детайл, относителната себестойност и производствените площи.

За определяне нивата на значимост по отношение на трите показателя се използват зависимостите:

(4.6)

където W_Q, W_C и W_S са нивата на значимост по отношение на трудовите разходи, относителната себестойност и производствените площи; Q_min, C_min, и S_min - минималните стойности на трудовите разходи, относителната себестойност и коефициента на използване на производствените площи.

Графично резултатите за определените нива на значимост по отношение на трудовите разходи W_Q, относителната себестойност W_C и производствените площи W_S са показани на фиг. 4.5, 4.6 и 4.7.


Фиг. 4.5. Изменение на нивото на значимост по отношение на трудовите разходи в зависимост от скоростта на подаване на електродния материал при наваряване под слой от флюс и в защитна газова среда с и без вибрации на електродния тел


Фиг. 4.6. Изменение на нивото на значимост по отношение на производствените площи в зависимост от скоростта на подаване на електродния материал при наваряване под слой от флюс и в защитна газова среда с и без вибрации на електродния тел


Фиг. 4.7. Изменение на нивото на значимост по отношение на относителната себестойност в зависимост от скоростта на подаване на електродния материал при наваряване под слой от флюс и в защитна газова среда с и без вибрации на електродния тел
По така получените нива на значимост се определя показателят на относително несъвършенство по отношение на различните методи на наваряване. Последният се определя като произведение на нивата на значимост по отношение на трудовите разходи W_Q, относителната себестойност W_C и производствените площи W_S:

(4.7)

В даденият случай най-ефективен е този метод, който има минимална стойност на показателят на относително несъвършенство W. Резултатите са представени на фиг. 4.8.