Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона
ДУБКО
Андрій Григорович
УДК 621.791.762
ТЕХНОЛОГІЯ КОНТАКТНОГО СТИКОВОГО
ЗВАРЮВАННЯ ОПЛАВЛЕННЯМ ТОНКИХ
МЕТАЛЕВИХ СМУГ
05.03.06
Зварювання і споріднені технології
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Київ - 2000
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Інституті електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України.
Науковий керівник: доктор технічних наук, академік НАН України
Лебедєв Володимир Костянтинович
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України, завідуючий відділом
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, старший науковий співробітник
Письменний Олександр Семенович
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України, завідуючий відділом
кандидат технічних наук, доцент
Болотов Генадій Павлович
Чернігівський державний технологічний університет, доцент кафедри
“Зварювальне виробництво”
Провідна установа: Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут “, м. Київ
Захист дисертації відбудеться "27" 06 2000р. о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.182.01 при Інституті електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України, 03150, м. Київ - 150, вул. Боженка, 11.
З диссертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України, 03150, м. Київ - 150, вул. Боженка, 11.
Автореферат розісланий "22" 05 2000 року.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради
доктор технічних наук Л. С. Киреєв
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Смуги з інструментальних сталей використовуються для виготовлення стрічкових пилок, ножів та багатьох інших виробів. При виготовленні неперервних стрічкових пилок найбільше використовується контактне зварювання оплавленням, яке дозволяє одержати надійно працюючі зварні з'єднання. Позначилась тенденція до використання особливо тонких смуг, більш стійких при роботі в умовах різкого знакозмінного навантаження, які забезпечують розрізання матеріалів з меншими витратами енергії. Проте при товщині смуг 1мм і менше виникають ускладнення, які спричинені утворенням в з'єднаннях дефектів. Природа цих дефектів пов'язана з особливостями протікання процесу оплавлення а також втратою стійкості крайок при осаджуванні. Ми мали виявити ці особливості і, з урахуванням їх, створити лабораторний зразок обладнання, на якому можливо було б перевірити зроблені припущення та знизити можливість виникнення дефектів.
Дисертаційна робота виконана у відповідності з темами: №1.77/3 "Розробка економічних перетворювачів енергії для зварювання, пайки та термообробки, оптимізація їх характеристик по технологічних параметрах" шифр теми 1.6.1.1.77.3 виконаної за розпорядженням бюро ВФТПН НАН України; № 1/7 " Дослідження технологічних та енергетичних особливостей використання змінних струмів широкого спектрального складу при контактному зварюванні, розробка автоматизованих генераторів таких струмів і технологій", шифр теми 1.6.1.1.7 виконаної за розпорядженням бюро ВФПТМ НАН України ( протокол №8 від 13.05.97.).
Мета роботи: розробити нову технологію контактного стикового зварювання металевих смуг товщиною 1 мм і менше, а саме ріжучого неперервного стрічкового інструменту перерізом 0,8Х25,0 мм з сталей У8, У8А , а також термічної обробки зварних з'єднань з цих сталей для одержання економічного деревообробного інструменту з високими експлуатаційними властивостями.
Для досягнення цієї мети були поставлені і вирішені такі задачі:
- виходячи з критеріїв фізичної подібності процесів, які проходять при оплавленні, вивчені та проаналізовані особливості неперервного оплавлення тонких смуг, виявлені визначаючі критерії;
- установлені та обгрунтовані ефективні шляхи по боротьбі з утворенням дефектів в зварних з'єднаннях, на їх основі розроблена технологія контактного стикового зварювання оплавленням гнучкого ріжучого інструменту;
- розроблено лабораторне обладнання, яке реалізує дану технологію зварювання;
- на основі проведених всебічних досліджень зварних з'єднань розроблена технологія їх термічної обробки.
Методи досліджень. Дослідження проводились із застосуванням фізичного моделювання процесів, які вивчались, математичного моделювання лабораторного зварювального обладнання, осцилографічного та дилатометричного спостережень, досліджень шліфів зварних з’єднань, вимірювання мікроміцності, механічних випробувань.
Наукова новизна отриманих результатів:
1. Встановлено новий визначаючий критерій фізичної подібності процесу оплавлення тонких смуг (1 мм і менше), який зв’язує частоту змінного струму f з лінійним розміром l ( в даному випадку з товщиною смуги). З цього критерію витікає співвідношення f ~ 1 / l2, з якого виходить необхідним підвищення частоти змінного струму при зменшенні товщини смуги. При стійкому оплавленні це співвідношення забезпечує геометричну подібність рельєфу оплавлених поверхонь, що є однією з головних умов отримання з’єднань високої якості.
2. Встановлено, що відомий критерій подібності пластичних деформацій в даному випадку не є визначаючим. Швидке відновлення рідкого металу на поверхнях, що оплавляються, (швидкість оплавлення vопл.~ 1 / l ) та сприятливий рельєф поверхонь (глибина кратерів ~ 1 / l ) дозволяють отримати з’єднання без макродефектів при низьких тисках в порівнянні з рекомендованими для смуг більшої товщини.
3. Розроблена та досліджена з урахуванням особливостей оплавлення математична модель тиристорного інвертора, яка дозволяє вибрати основні параметри його елементів (діодів , тиристорів, комутаційної ємності, комутаційної індуктивності та інш.).
На захист виносяться такі наукові положення:
1. Співвідношення, що випливає з подібності теплових процесів та зв'язує частоту змінного стуму з лінійним розміром.
2. Можливість отримання з’єднань при низьких тисках під час осаджування.
3. Доцільність використання перетворювачів, які забезпечують одержання вихідної напруги підвищеної частоти прямокутної форми.
4. Математична модель, яка дозволяє вибрати основні параметри тиристорного інвертора, який працює в специфічних умовах контактного зварювання.
5. Нова технологія контактного стикового зварювання оплавленням, яка відрізняється тим, що використовує напругу підвищеної частоти прямокутної форми, низьким тиском при осаджуванні, та режимом зварювання, отриманим за допомогою визначаючих критеріїв фізичної подібності.
Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що визначені вимоги до нового обладнання для зварювання оплавленням тонких смуг (1 мм і менше) з інструментальних сталей.
Реалізація результатів роботи.
Розроблена технологія зварювання формуючої стрічки перерізом 1Х25 мм із низьковуглецевих сталей пройшла промислово-дослідну перевірку в Українському науково-дослідному інституті авіаційних технологій.
Проведена промислово-дослідна перевірка нових технологій зварювання і термічної обробки стрічкових пилок перерізом 0,8Х25,0 мм з інструментальних сталей на комерційній фірмі "НАВКО" м.Київ.
Особистий внесок автора. Автор зробив аналіз процесу оплавлення тонких смуг, користуючись критеріями фізичної подібності теплових та електромагнітних процесів, що протікають при зварюванні. Результати аналізу перевірені автором експериментально. Обгрунтована можливість отримання якісних зварних з'єднань тонких смуг з використанням струмів підвищеної частоти. Враховуючи особливості роботи стикозварювальних машин, вибрана схема перетворювача частоти.
Розроблена методика розрахунків окремих його частин. Зібрана та налагоджена система перетворення електричної енергії, виконана експериментальна робота з метою оцінки перспективності нової системи живлення для контактного стикового зварювання оплавленням.
Розроблена нова технологія контактного стикового зварювання оплавленням гнучкого ріжучого інструменту перерізом 0,8Х25,0 мм з інструментальних сталей У8, У8А, а також розроблена їх технологія термічної обробки.
Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дисертаційної роботи доповідались на спеціалізованому семінарі при Інституті електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України (м. Київ, 17.02.2000р.).
Публікації. По темі дисертації опубліковано 3 статті в наукових журналах.
Струкрура роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, п'яти розділів з висновками по кожному розділу, загальних висновків, списку використаної літератури та додатків. Робота містить 150 сторінок, у тому числі 100 сторінок машинописного тексту, 10 таблиць, 43 рисунка, бібліографію з 114 найменувань.
Зміст роботи
У вступі показана актуальність теми досліджень, сформульована мета роботи. В цьому ж розділі приведений короткий зміст роботи та основні положення, які виносяться на захист.
В першому розділі представлений огляд літератури по темі дисертаційної роботи, проаналізовані умови отримання зварних з'єднань тонких смуг при різних видах зварювання. Показано, що для цієї цілі найбільш перспективним є контактне стикове зварювання оплавленням.
При зварюванні оплавленням смуг товщиною 1 мм і менше нерідко виникають труднощі з двох основних причин. Перша причина пов'язана з відносно високим ступенем вірогідності утворення наскрізних дефектів, що утворюються в результаті того, що на поверхнях, які оплавляються, утворюються глибокі кратери, які навіть при високих тисках повністю не закриваються. Друга причина полягає в тому, що при високих тисках, необхідних для закриття кратерів, порушується стійкість крайок (“вилетів”), які виступають за межі електродів, що призводить до їх зміщення один відносно іншого - утворюються дефекти у вигляді “напуску”
На основі аналізу літературних джерел сформульовані задачі досліджень.
В другому розділі для виявлення шляхів подолання вказаних труднощів автором були проаналізовані критерії фізичної подібності процесів, що відбуваються при оплавлені. Вважається, що визначаючими є:
критерій подібності пластичних деформацій Барбара-Кика -
П = k . p;
критерії подібності електричних ланцюгів -
П'1 = R к.з / R к та П''1 = x к.з / R к ;
критерії подібності теплових процесів -
П3 = at / l2, П4 = U2 / rlQ - Фурье,
П5 = v опл l / a - Пекле.
Вище були прийняті такі позначення: k - коефіцієнт, що залежить від властивостей матеріалу; p - тиск; Rк - опір зварювального контакту в процесі зварювання; xк.з, Rк.з- реактивний та активний опори короткого замикання зварювального ланцюга; r - питомий опір; t - час; a - коефіцієнт температуропровідності; l - характерний лінійний розмір (в даному випадку рівний товщині смуги); U2 - напруга, прикладена до зварювального ланцюга; l - питома теплопровідність; Q - температура; vопл - швидкість оплавлення.
Для ряду геометрично подібних виробів з одного і того ж матеріалу з приведених критеріїв випливають наступні пропорційні співвідношення:
p = const, Zк.з ~ 1 / l , xк.з ~ 1 / l, Rк.з ~ 1 / l, t ~ l2, U2 = const, vопл ~ 1 / l.
З цих співвідношень випливає, що струм i ~ l, щільність струму j ~ 1 / l.
При зварюванні тонких смуг важливо попередити надмірне збільшення елементарних контактів, після яких залишаються глибокі кратери. Найбільш великі елементарні контакти утворюються, якщо їх зародження відноситься до того часу, коли напруга змінного струму ще невелика. При цьому внаслідок безперервного зустрічного руху заготовок, які оплавляються, створюються умови для збільшення поверхонь їх стикання. Очевидно, чим вище швидкість зростання напруги, тим інтенсивніше виділення енергії в контакті і менше вірогідність утворення великих контактів. При постійному діючому значенні напруги швидкість наростання залежить від частоти змінного струму. З безрозмірного часу протікання змінного струму wt (де w - кутова швидкість) і критерія Фурьє П3 витікає ще один критерій
П6 = wl2/a.П3.
З нього витікає пропорційне співвідношення
f ~ 1 / l2.
Можна припустити, що при зварюванні тонких смуг критерій П6 є визначаючим, але для цього потрібна експериментальна перевірка.
Далі були отримані критерії стійкості крайок при осаджувані
П7= Fm. h2 / E.I,
де Fm - сила осаджування; h - виліт; E - модуль пружності; I - момент інерції.
При одному й тому ж матеріалі, заданому тиску p і геометричній подібності поперечних розрізів смуг стійкість забезпечується при умові незмінності співвідношення - d / h, де d - товщина смуги.
При малих товщинах та високих тисках таке співвідношення важко витримати. Навіть досить незначні зміщення крайок призводять до недопустимого ”напуску”. Тому потрібно шукати шляхи зниження тиску.
Далі були розглянуті умови руйнування елементарних контактів-перетинок з позиції фізичного моделювання.
На рис. 1. показано, що в центральній частині перетинки (по якій йде руйнування) тиск, створений поверхневим натягом, р п.н < 0, тобто в цій області існує розрідження. Електромагнітні сили створюють в рідкому металі тиск р е.м > 0.
Був отриманий ще один критерій, який визначає характер руйнування перетинок під дією електромагнітних сил та поверхневого натягу
П8 = р е.м / р п.н ~ m0 j2 l3 / s,
(m0- магнітна стала ; s - коефіцієнт поверхневого натягу). Звідси випливає пропорційний зв’язок між щільністю струму j та лінійним розміром l.
j ~ l-3/2
Як видно, приведене співвідношення і співвідношення між щільністю струму та лінійним розміром, отримане з умови теплової подібності ( j ~ 1 / l ), різні. Критерії несумісні. Внаслідок цього, розглянуті процеси при точному виконанні всіх критеріїв подібності, що випливають з теплових процесів, не можна вважати в повному розумінні подібними. Вони різні в частині, що стосується механізмів руйнування перетинок. Дані відношення можуть вказувати на тенденції зміни характеру руйнування в залежності від лінійного розміру. На рис. 2. наведені залежності j від l.
Із співставлення пропорційних зв'язків між щільністю струму та лінійним розміром випливає, що при великих лінійних розмірах вплив електромагнітних сил на руйнування перетинок повинен бути більшим, ніж вплив перегріву, а при малих лінійних розмірах навпаки, головне значення повинен отримати перегрів. Ця обставина небажана, тому що вона сприяє поглибленню кратерів. У зв'язку з цим доцільно використовувати перетворювачі, які забезпечують отримання напруги підвищеної частоти прямокутної форми.
У третьому розділі розглянуті особливості роботи перетворювачів частоти, в специфічних умовах зварювання оплавленням. До перетворювача для зварювання оплавленням висовуються наступні вимоги:
- перетворювач повинен працювати на активно-індуктивне навантаження;
- перетворювач повинен бути працездатним при різкій зміні опору зварювального контакту Rк між зварюваними деталями та мати найменший внутрішній опір.
Нами був обраний тиристорний перетворювач частоти -(інвертор). Проведено аналіз його роботи. Для кожного з етапів роботи інвертора в межах одного напівперіоду змінного струму складені схеми заміщення, основні рівняння для струмів та напруги, визначені початкові умови для кожного етапу. Спільне рішення рівнянь, що описують процеси в межах періоду, проведено нами чисельним методом на персональному комп’ютері. Вихідні рівняння подані в безрозмірній формі. Миттєві та діючі значення напруг віднесені до напруги живлення інвертора U. Час віднесено до періоду змінного струму підвищеної частоти T. Миттєві та діючі значення струмів віднесені до величини U.T / 4Ld +L. Де Ld - індуктивність в ланцюзі постійного струму; L - індуктивність навантаження, приведена до первинної обмотки.
Зовнішні характеристики зварювальної машини з інвертором показані на рис. 3. для різних співвідношень Ld/L. На цих же рисунках подані залежності діючого значення струму id, який протікає через індуктивність Ld. Оскільки зовнішні вольтамперні характеристики близькі до лінійних залежностей, були обчислені середні значення опору короткого замикання машини з інвертором Z в залежності від співвідношення Ld/L . Як видно з рис. 4, опір Z падає по мірі зростання співвідношення Ld/L. Ось чому здавалось би належить обирати індуктивність Ld досить великою.
Але зовнішня вольтамперна характеристика зумовлює властивості машини в статиці. Нас цікавить не тільки статика, але й динаміка, яка зумовлює реакцію машини на виникнення контакту.
Чим вище швидкість зростання струму, тим швидше повинен нагріватися та руйнуватися елементарний контакт. В цьому відношенні індуктивність Ld грає негативну роль тому, що початкова швидкість зміни струму тим менша, чим більша Ld. Тому індуктивність Ld необхідно обирати найменшою, щоб знизити вірогідність утворення великих контактів. Оскільки неможливо розраховувати на повне виключення вірогідності утворення відносно великих контактів, доцільно обирати індуктивність Ld по можливості меншою, але такою, щоб струм короткого замикання в статиці був досить великим. Цій умові задовольняє значення Ld/L = 0,5...1. В експериментальній установці обрали Ld/L = 0,86, при цьому середнє значення опору, приведеного до вторинного контуру, складає близько 1400 мкОм.
На основі розрахунків обрані параметри інвертора. Зібрана лабораторна установка необхідна, для проведення дослідів (рис. 5.).
В четвертому розділі за допомогою лабораторної установки виконані експерименти, які підтверджують можливість фізичного моделювання стійкості процесу оплавлення тонких смуг на режимах, що визначені за допомогою критеріїв фізичної подібності теплових та електричних процесів.
На рис. 6. показані осцилограми вторинної напруги та струму під час стійкого оплавлення.
Зменшення товщини стрічок при одночасному підвищенні частоти приводить до приблизно пропорційного зменшення розмірів елементарних контактів та, відповідно, іскрових проміжків.
Були проведені спеціальні експерименти при товщині смуг 0,8 мм (частота 330 Гц) та 2 мм (частота 50 Гц). Співвідношення товщин 0,8 / 2 = 0,4 і відповідно співвідношення частот 330 / 50 = 1 / (0,4)2. На рис. 7. показані профілограми досліджуваних зразків.
Середнє арифметичне значення величини зазору складає для частоти 50 Гц ( ширина смуги 30 мм, товщина 2 мм) y ср.50 = 0,419 мм при дисперсії x = 0,319 мм, а при 330Гц (ширина смуги 10,0 мм, товщина 0,8 мм) y cp.330 = 0,117 мм при дисперсії x = 0,0615 мм.
Відношення середніх значень іскрових проміжків 0,117 / 0,419 = 0,28 трохи менше відношення товщин, що, напевно, викликано використанням для зварювання більш тонкого зразка напруги прямокутної форми, що сприяє отриманню більш рівномірного рельєфу оплавлення поверхонь. Що стосується дисперсій, то їх відношення 0,0615 / 0,319 = 0,19 близьке до відношення середніх значень іскрових проміжків.
З цього експерименту видно, що приблизна фізична подібність поширюється також на іскровий проміжок між зразками, які оплавляються. Потрібно урахувати також, що зменшення товщини смуги створює більш сприятливі умови для затримання плівки розплавленого металу на поверхнях, які оплавляються, та в безпосередній близькості до них, що повинно сприяти утворенню з'єднань високої якості.
При зменшенні відносної нерівності оплавлених крайок (зменшення глибини кратерів) та інтенсифікації процесу оплавлення (підвищення швидкості оплавлення) виникають умови, при яких подібність пластичних деформацій стає необов’язковою для утворення з’єднань, вільних від оксидних включень. Утворення з’єднань можливе при більш низьких тисках, ніж при зварюванні більш товстих смуг, якщо звичайно режим зварювання вибирається згідно з визначаючими критеріями фізичної подібності.
Смуги товщиною від 0,4 до 0,8 мм зварюються без дефектів при тиску 8...10 МПа. Наведений вище критерій подібності П у зв’язку з цим не можна вважати визначаючим. Завдяки низькому тиску ( на порядок) зводиться до мінімуму утворення дефектів типу “напуск”.
При випробовуванні на число перегинів основного металу та зварного з'єднання зі знятим підсиленням з низьковуглецевої сталі перерізом 0,4Х22,0 мм середня кількість перегинів складає для основного металу 83, а для зварного з'єднання - 78. При цьому для основного металу кількість перегинів знаходиться в діапазоні 78 - 90, а для зварного з’єднання - 73-85.
Теж саме можна сказати і про з'єднання з високовуглецевої сталі, але після термічної обробки.
В п'ятому розділі досліджені зварні з'єднання гнучкого ріжучого інструменту після зварювання та розроблена технологія їх термообробки.
Відомо, що при швидкому нагріванні аустенітне зерно утворюється меншого розміру, ніж при повільному. У зв'язку з цим нагрівання при зварюванні тонких смуг з інструментальних сталей, проведене з великою швидкістю згідно з критеріями фізичної подібності, супроводжується формуванням в зоні з'єднання дрібнозернистої структури з дрібногольчатим мартенситом. В такій структурі мартенситу мікротріщини не спостерігаються.
Виходячи з відомого режиму зварювання, по критеріях подібності був перерахований режим зварювання смуг перерізом 0,8Х25,0 мм. Цей перерахунок носить лише орієнтовний характер, так як фізичні властивості низьковуглецевої сталі помітно відрізняються від властивостей вуглецевої інструментальної сталі. У зв'язку з цим підібраний нами режим (табл. 1.) був перевірений на великих партіях контрольних зразків, які піддавались наступним механічним випробуванням.
Запис термічного циклу зварювання, аналіз термокінетичної діаграми розпаду аустеніту в сталі У8, дилатометричні дослідження зони з'єднання, заміри твердості запевняють в тому, що при зварюванні гнучкого ріжучого інструменту з сталі У8, У8А в зоні сплавлення утворюється тетрагональний мартенсит. Як і очікувалось, зварні з'єднання крихкі та при спробі їх випробувань на загин зразу лопаються.
Таблиця 2. Оптимальний режим зварювання
|
Параметр |
Значення |
|
Установча довжина, мм |
2 Х 3 |
|
Напруга х.х, В |
5,5 |
|
Припуск на оплавлення, мм |
2,8 |
|
Тривалість оплавлення, с |
0,8 |
|
Припуск на осаджування, мм |
1 |
|
Середня швидкість опл, мм/c |
3,5 |
|
Тиск, МПа |
8 - 10 |
У з'язку з цим після зварювання необхідна була їх наступна термообробка безпосередньо в затискачах зварювальної машини, як варіант найбільш простої та доступної обробки в умовах контактного стикового зварювання.
В ході робіт було встановлено, що термообробка, яка включала в себе нагрівання ділянки зварного з'єднання безпосередньо в затискачах зварювальної машини при одноразовому та багаторазовому імпульсному нагріванні, не підвищує в достатній мірі пластичність зони зварювання.
Високі механічні властивості, в тому числі пластичні, сталей У8, У8А забезпечує структура дрібнозернистого сорбіту. Вона може бути отримана за допомогою спеціальної термічної обробки ( ізотермічний відпал) тобто операцією, в якій сорбіт утворюється безпосередньо із аустеніту минаючи мартенситну область.
Раціонально обраний час та температура при ізотермічному відпалі дозволили сформувати дрібнозернисту структуру після термообробки.
Отримані значення числа перегинів зварних з'єднань з сталі У8А перерізом 0,8Х25,0 мм після термообробки близькі до відповідних показників основного металу. Середня кількість їх для основного металу складає 8,5, а для зварного з'єднання - 8,2. При цьому для основного металу кількість перегинів знаходиться в діапазоні 8 - 9, а для зварного з’єднання - 7,5 - 9.
Висновки
1. Для з'єднання тонких (1 мм і менше) смуг з вуглецевих сталей, в тому числі інтрументальних, найбільш перспективним слід вважати контактне стикове зварювання оплавленням. Найбільш поширені дефекти з'єднань таких смуг, що отримані на розповсюджених машинах, викликані відхиленням режимів зварювання від умов, які забезпечують фізичну подібність протікаючих при оплавленні процесів.
2. Співвідношення, яке витікає з подібності теплових процесів і зв'язує частоту змінного струму з лінійним розміром, при зварюванні тонких смуг стає визначаючим.
3. При виборі режиму зварювання у відповідності з критеріями подібності теплових процесів критерій подібності пластичних деформацій стає невизначаючим. Можливе отримання з'єднань без дефектів при тисках, на порядок більш низьких у порівнянні з рекомендованими для деталей товщиною в декілька міліметрів.
4. Машини для стикового зварювання тонких смуг доцільно оснащувати перетворювачами частоти - інверторами, які забезпечують отримання вихідної напруги підвищеної частоти прямокутної форми.
5. З урахуванням особливостей роботи для зварювальної машини обраний тип інвертора. Проведено аналіз його роботи за допомогою математичної моделі. Чисельне рішення рівнянь, що входять в модель, дозволило обгрунтовано підійти до вибору параметрів елементів, які входять в інвертор.
6. Розроблений, створений та налагоджений лабораторний макет стикової машини для зварювання та термообробки тонких смуг, на якому проведені основні дослідження.
7. Розроблена технологія контактного стикового зварювання оплавленням гнучкого ріжучого інструменту перерізом 0,8Х25,0 мм з сталей типу У8, У8А , яка включае в себе зварювання та термообробку зварних з’єднань прохідним струмом в затискачах зварювальної машини.
Основний зміст дисертації опубліковано в наступних роботах:
1. Дубко А.Г. Применение инверторов в качестве источников питания для стыковой сварки оплавлением // Автомат. сварка. - 1996. - № 11. - С.49 - 50.
2. Лебедев В.К., Дубко А.Г. Совершенствование процесса сварки оплавлением тонких полос // Автомат. сварка. -1998. - № 11. - С.48 - 50.
3. Лебедев В.К., Дубко А.Г. Особенности процесса оплавления при стыковой сварке тонких полос током повышенной частоты // Автомат. сварка. - 1999. - №4. - С.9 - 12.
АНОТАЦІЯ
Дубко А.Г. Технологія контактного стикового зварювання оплавленням тонких металевих смуг. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.06 - Зварювання та споріднені технології. - Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України, Київ, 2000.
В роботі проведено теоретичні та експериментальні дослідження особливостей контактного стикового зварювання оплавленням тонких металевих смуг та розроблено технологічні основи їх зварювання з використанням напруги підвищеної частоти прямокутної форми. Найдені визначаючі критерії фізичної подібності процесу оплавлення тонких (1 мм і менше) металевих смуг. Розроблена нова технологія стикового зварювання оплавленням гнучкого ріжучого інструменту та технология термообробки зварних з’ єднань.
Ключові слова: контактне стикове зварювання оплавленням, критерії фізичної подібності, тонкі металеві смуги, напруга підвищеної частоти прямокутної форми.
ABSTRACT
Dubko A.G. Technology of flash-butt welding of thin metal strips. - Manuscript.
The dissertation for the scientific degree of Candidate of Technical Sciences on speciality 05.03.06 - Welding and Related Technologies. - The E.O.Paton Electric Welding Institute of National Academy of Sciences of Ukraine, Kiev, 2000.
The theoretical and experimental research of peculiarities of flash-butt welding of thin metal strips were carried out and the technological bases of their welding with a use of voltage of an increased frequency of a rectangular shape are developed. The determination criteria of physical similarity of the flashing process of thin (1 mm and less) metal strips are considered. The new technology of flash-butt welding of flexible cutting instruments and the technology of heat treatment of welded joints are developed.
Key Words: flash-butt welding, criteria of physical similarity, thin metal strips, voltage of an increased frequency of a rectangular shape.
АННОТАЦИЯ
Дубко А.Г. Технология контактной стыковой сварки оплавлением тонких металлических полос. - Рукопись.
Диссертация на соискание степени кандидата технических наук по специальности 05.03.06 - Сварка и родственные технологии. - Институт электросварки им. Е.О.Патона НАН Украины, Киев, 2000.
В работе проведены теоретические и экспериментальные исследования особенностей контактной стыковой сварки оплавлением тонких металлических полос и разработаны технологические основы их сварки с использованием напряжения повышенной частоты прямоугольной формы. Установлен новый определяющий критерий физического подобия процесса оплавления тонких полос (1 мм и менее), связывающий частоту переменного тока f с линейным размером l (в данном случае с толщиной полосы). Из этого критерия вытекает соотношение f ~ 1 / l2, из которого следует необходимое повышение частоты переменного тока при уменьшении толщины полосы. При устойчивом оплавлении это соотношение обеспечивает геометрическое подобие рельефа оплавляемых поверхностей, что является одним из главных условий получения соединений высокого качества. Определено, что известный критерий подобия пластических деформаций в данном случае не является определяющим. Быстрое обновление жидкого металла на оплавляемых поверхностях и благоприятный рельеф поверхностей позволяют получать соединения без макродефектов при низких давлениях по сравнению с рекомендуемыми для полос большей толщины. Машины для стыковой сварки тонких полос целесообразно оснащать преобразователями частоты - инверторами, обеспечивающими получение выходного напряжения повышенной частоты прямоугольной формы. С учетом особенностей работы для сварочной машины выбран тип инвертора. Произведен анализ его работы с помощью математической модели. Численное решение уравнений, входящих в модель, позволило обоснованно подойти к выбору параметров входящих в инвертор элементов. Разработан, собран и налажен лабораторный макет стыковой машины для сварки и термообработки полос, на котором проведены основные исследования. Исследованы сварные соединения гибкого режущего инструмента из сталей У8, У8А после сварки и разработана технология их термообработки.
Ключевые слова: контактная стыковая сварка оплавлением, критерии физического подобия, тонкие металлические полосы, напряжение повышенной частоты прямоугольной формы.