Министерството на образованието, младежта и науката
Изследване влиянието на основните фактори върху интензивността на загряване на детайлите в процеса на тяхното възстановяване
Изтегляне 2.48 Mb.
|
- Навигация на страницата:
- Показател δ - радиално износване, mm
- Наваряване без вибрации на телa tн.min, min
- Наваряване с вибрации на телa tн.min, min
- Наваряване под слой от флюс tн.min, min
- 3.2 Избор на рационален метод за възстановяване на детайлите от условието за минимална себестойност
3.1.3 Изследване влиянието на основните фактори върху интензивността на загряване на детайлите в процеса на тяхното възстановяване Известно е, че при механизираните възстановителни процеси е възможно не само целенасочено управление на основните фактори с цел оптимизиране на изходните параметри, но е необходимо тяхното регулиране в продължение на целия процес. За конкретно избран материал протичането на основните процеси свързани с разтопяване на основния и добавъчния метал, кристализация на метала, структурни, обемни и пластически изменения на наварения и основния метал, топлинните влияния върху повърхнините не подлежащи на възстановяване и др. се определят основно от топлинното въздействие на дъгата. Регулирането на топлинните процеси при наваряване в оптимални граници по време на протичане на процеса има голямо значение не само за производителността на процеса, но и за качеството на наваряване. Много често подлежащите на възстановяване детайли са изработени от материали силно чувствителни към топлинното въздействие, поради което въпросите свързани с избора и регулирането на параметрите свързани с температурния режим в процеса на наваряване са от съществено значение при избора не само на метода и на технологията на наваряване, но и от правилно подбраната схема на движение на топлинният източник. Правилно избраната технология от гледна точка на топлинното въздействие при наваряване позволява до голяма степен да се въздейства върху структурните изменения, механическите и физическите свойства на наварения метал и зоната около него, както и да се осигурят по-ниски остатъчни деформации и благоприятно разпределение на остатъчните напрежения. В повечето случаи при наваряване на детайлите топлопроводността на метала се явява основен физически процес характеризиращ разпространението на топлината в обектите подложени на наваряване. Изключение в това отношение е малкия обем течен метал в границите на наваръчната вана, където съществена роля в преноса на топлината играе конвекцията. В редица литературни источници е посочено [24, 25, 26, 79], че при нагряване на основния метал при неподвижна дъга температурното поле представлява концентрични окръжностти (изотерми) с общ център (фиг 3.15а), а при подвижна дъга каквато е при наваряване окръжностите се преобразуват в елипси (фиг. 3.15б). Необходимо е да отбележим, че процесът на разпространение на топлината в метала зависи от много фактори: методът на наваряване, ефективната топлинна мощност на дъгата, характерът и посоката на нейното преместване, размера и формата на детайла и др.
С увеличаване на мощността на дъгата се увеличава и областта от метала нагрята до определена температура (фиг. 3.16б). 
Фиг. 3.16. Изотерми при наваряване под слой от флюс: а) ток 200 А, б) ток 400 А. Разполагайки с количествените характеристики на источника на топлина - ефективната мощност и скоростта на нейното разпространение по повърхнината на изделието, дава възможност за определяне процеса на разпространение на топлината, като се използват определени схеми от теорията на топлопроводността. Въз основа на тези резултати е възможно определянето на оптимален режим на наваряване за съответният метод на възстановяване, който ни осигурява определена структура и механически свойства в зоната на термично влияние. Ето защо при наваряване на детайли по винтова линия е необходимо да се вземат предвид редеца специфични условия свързани с метода и режима на наваряване, произтичащи от условието за ограничаване съдържанието на мартензит при нанасянето на първият наваръчен шев и отсъствие на нарастване зърната на аустенита при наваряване на последният шев. От посоченото по-горе се вижда, че сред големият брой различни проблеми свързани с температурното поле при наваряване на детайли по винтова линия, следва на първо място да се обърне внимание на въпросите свързани с режима нанаваряване, изхождайки от различните технологични или конструктивни ограничения. Тези ограничения се изразяват в: 1. От условието за добро сформиране на навареният метал е необходимо да се вземе предвид кривината на цилиндричната повърхнина с цел избягване стичане на метала от наваръчната вана; 2. При наваряване по винтова линия е необходимо да се вземе предвид топлопоглъщата способност на детайла и да се синхронизира ъгловата скорост на детайла с отделимостта на шлаковата кора при наваряване под слой от флюс; 3. Необходимо е да се осигури благоприятна структура в зоната на наваряване и избягване на нежелателно термично въздействие върху повърхнините не подлежащи на възстановяване. За удоволетворяването на тези изисквания трябва да се подхожда диференцирано съобразно структурните характеристики на детайлите и специфичните особености на прилаганите методи, отговарящи в една или друга степен на по-горе формулираните условия. Ето защо и предмет на настоящите изследвания в този раздел е да се установи влиянието на режимите на наваряване в границите на стабилно протичане на процесите за различните методи върху интензивността на загряване на детайлите с определени структурни характеристики при различни схеми на движение на топлинният источник. Въз основа на получените резултати е възможно провеждането на сравнителен анализ за термичното им въздействие върху детайлите и да бъде предложена рационална схема за наваряване, която в най-пълна степен да удоволетворява горе посочените изисквания. За решаването на така формулираните задачи са проведени опити в лабораторни условия върху цилиндрични пробни тела от Ст 45 (фиг. 3.17а), с дължина L = 200 mm и диаметър Ø = 80 mm и Ø = 160 mm. Наваряването е извършено под слой от флюс и в среда от СО2 с и без вибрации на електродният тел въз основа на резултатите получени в т. 3.1.1 за границите на стабилно протичане на процеса. И Измерването на температурата е извършено в две контролни точки (т. А и т. Б), съгласно схемите показани на фиг. 3.18а и 3.18б. Разстоянието от началото на пробното тяло до първият шев e l1=50 mm. Първата точка в която се измерва изменението на температурата на повърхността на цилиндър се намира на разстояние l2 + l3 = 60+40=100 mm от началото на покритието, а втората на 60 mm. И 3.18.Схема на контролните точки на измерване на температурата и посоката на движение на топлинния източник: а) контролната точка е на разстояние 100 mm от началото на покритието – т. А, топлинния източник се движи по посока на точката в която се контролира изменението на температурата –I; б); контролната точка е на разстояние 60 mm от началото на покритието – т. Б, топлинния източник се движи по посока обратна от контролираната точка – II. Температурата е отчитана от момента на възбуждане на дъгата, до момента в който същата престане да нараства. Скоростта на изменение на температурата е определена по зависимостта:  (3.10)
Паралелно с отчитане на температурата от екрана на инфрачервения термометър, данните са записани (през 2 сек.) и обработени с помощта на подходящ софтуер (фиг 3.19). Графичните зависимости на изменението на температурата и скоростта на нагряване в зависимост от времето на наваряване са показани на фиг. 5.1 – 5.47 в приложение № 5. Както беше отбелязано в началото нагряването на метала при наваряването се определя от ефективната топлинна мощност на дъгата и разпределението на отделяната топлина по повърхността и обема на детайла. С отдалечаване от централната зона на активното петно на дъгата интензивността на топлинният поток намалява, което се отразява по-благоприятно на отдалечените от него точки.
Известно е, че разпространението на топлината в основният метал става за сметка на неговата топлопроводност. В началния момент на наваряване постъпването на топлината в метала от дъгата превишава неговото топло отвеждане от мястото на нагряване. При това температурата на метала в точката, намираща се на определено разстояние от дъгата непрекъснато се повишава. Такова състояние на метала при наваряването се разглежда като неустановен топлинен режим. След определено време настъпва равновесие между количеството топлина постъпващо от източника и топлината, която се отвежда в изделието. При това температурата на метала в контролираните точки, намиращи се на определено разстояние от дъгата остава неизменна. При наваряването на детайли по винтова линия е характерно, че нагряването се извършва от движещ се източник на топлина с определени скорост и топлинна мощност. В табл. 3.4 и 3.5 са показани уравненията описващи кривите на изменение на температурате и скоростта на загряване.
Процеса на разпространение на топлината в наварявания детайл е свързан с редица специфични особености и зависи от голям брой фактори, като: ефективната мощност на дъгата, скоростта на движение на топлинния източник, размера и формата на детайлите подлежащи на възстановяване топлофизическите им характеристики, броят на нанесените наваръчни шевове, посоката на движение на топлинния източник и др. Изменението на тези фактори в различна степен влияе на температурата на загряване в различните зони. Най-голямо количество топлина се внася при наваряването под слой от флюс, а най-малко при вибродъговото, с което се обяснява и различният диапазон на приложимост за съответните методи по отношение на по-малките диаметри. Съществено значение върху температурата на загряване в контролираните точки оказва посоката на движение на топлинният източник Получените резултати показват, че при едни и същи условия на наваряване, но при различни схеми на движение на топлинният източник, температурата на загряване в контролираните точки съществено се различава (фиг. 3.27, 3.28, 3.29 и 3.30). Така например при отдалечаване на топлинният източник от контролната точка, температурата на загряване при наваряване под слой от флюс е с 2,7 пъти по-ниска при горна граница на стабилно протичане на процеса и с 2,40 - при долна граница. Подобни резултати се получават и при останалите методи. Тези резултати показват, че изборът на посоката на движение на топлинния източник има съществено значение относно регулиране температурата на загряване на онези части от детайла, които не подлежат на възстановяване. Колкото е по-ниска температурата на загряване на повърхнините с остатъчен ресурс, в толкова по-голяма степен той ще бъде съхранен, поради по малките структурни промени. Характерно също така е, че изменението на температурата във функция от времето при движещ се топлинен източник по посока на контролираната точка при всички схеми се описва с експоненциална зависимост, а при обратна посока тези закономерности се описват с квадратно уравнение. Разликата при различните схеми се изразява в съответните коефициенти на уравненията (табл. 3.4). Според [18, 36] при многослойното наваряване изменението на температурата при нанасянето на всеки следващ шев кривата на изменение на температурата се наслагва върху съответната крива от предходния слой. Следователно структурата и свойствата на навареният метал се променят с различна интензивност. Нанасянето на всеки следващ шев предизвиква допълнително нагряване на метала (фиг. 3.24). А Фиг. 3.24. Изменение на температурата при нанасянето на всеки следващ шев. Според [36] при загряване на термообработените стомани до 80 ºС не протичат никакви превръщания (фиг 3.25). Ф  иг. 3.25. Превръщания при стоманите в зависимост от температурата на загряване В интервала от 80 до 170ºС протича така нареченото първо превръщане, което се характеризира с изменение на мартензита от тетрагонален в кубичен. В резултат на първото превръщане се получава така нареченият отвърнат мартензит, който е хетерогенна смес на преситеният алфа разтвор и на още не обособилите се частици на три железния карбид. Интерфейса на софтуера за измерване на температурата на загряване на детайли с Ø = 80 и 160 mm е показан на фиг. 1.1 – 1.4 в приложение № 1. Н 
Фиг. 3.26. Хистограма на разпределение на температурата на загряване на детайл с Ø = 80 mm наварен по схема „А”, посоки „I” и „II” 
Фиг. 3.27. Хистограма на разпределение на температурата на загряване на детайл с Ø = 160 mm наварен по схема „А”, посоки „I” и „II” 
Фиг. 3.28. Хистограма на разпределение на температурата на загряване на детайл с Ø = 80 mm наварен по схема „Б”, посоки „I” и „II” 
Фиг. 3.29. Хистограма на разпределение на температурата на загряване на детайл с Ø = 160 mm наварен по схема „Б”, посоки „I” и „II” При нагряване в интервала от 200ºС до 300ºС протича така нареченото второ превръщане. В този интервал остатъчният аустенит се превръща в отвърнат мартензит. С увеличаване на температурата над 300ºС до 400ºС протича третото превръщане, което завършва с разпадането на твърдият разтвор и стоманата се състои от ферит и цементит. Резултати за температурата на загряване на детайли с Ø = 80 и 160 mm са показани в табл. 3.1 – 3.2 в приложение № 3. В табл. 3.6 са посочени времето за наваряване и специфичната топлина в зависимост от радиалното износване.
От казаното по-горе и от получените резултати в лабораторни условия се вижда, че в процеса на възстановяване на износените детайли от земеделската и автотракторната техника е възможно целенасочено управление на определени въздействия свързани основно с термичното влияние на електродъговите процеси върху степента на загряване на повърхнините не подлежащи на възстановяване и съхраняване на техният остатъчен ресурс. Това може да бъде постигнато, както с посоката на движение на топлинния източник, така също и с изборът на подходяща ефективна мощност на дъгата при рационално съчетание на електричните и кинематични параметри, което е и предмет на следващите изследвания. 3.2 Избор на рационален метод за възстановяване на детайлите от условието за минимална себестойност Каталог: files -> dissertation files -> Рецептура на лекарствените форми рецептурни бланки и тяхната валидност files -> Прогностични възможности на тестовете, използвани за подбор на млади футболисти files -> Правила за реда за ползване, стопаниване и управление на стадион "христо ботев" благоевград глава първа общи положения dissertation -> Министерство на образованието, младежта и науката dissertation -> Изследване процеса на сработване и износване с модификатори на триене Изтегляне 2.48 Mb. Сподели с приятели:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
а фиг. 3.26 - 3.29 са показани хистограми на разпределението на температурата на загряване на детайли с Ø = 80 и 160 mm, наварени по схеми „А” и „Б”, посоки „I” и „II” (фиг. 3.18).