IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Наиболее актуальной проблемой современной сварочной индустрии является низкая квалификация специалистов сварочного производства. В связи с этим, появляется необходимость комплексного и компетентного обучения будущих кадров в данной области.

Для лучшего понимания студентом сути проблемы, повышения его профессиональных навыков ему предлагается самостоятельно внедрить разработанный им же технологический процесс в производство, другими словами, попробовать себя в роли технолога, используя наглядный пример уже разработанного изделия по технологии предприятия, студент, анализируя, находит недостатки данной технологии и устраняет их.

Была рассмотрена методика написания магистерской диссертации на актуальную для сварочного производства тему: Разработка технологии, для сварки узла авиационного двигателя – кожуха газосборника и исследование влияния технологических режимов сварки на структуру металла при импульсно-дуговой сварке».

Процесс импульсно-дуговой сварки продолжает оставаться одним из самых перспективных сварочных процессов. Причина тому - большое количество преимуществ по сравнению со сваркой на постоянном токе. Среди них: качественное формирование сварного шва, увеличение проплавления основного металла, возможность сварки в любых пространственных положениях, возможность осуществления различных типов переноса электродного металла. Подбор и оптимизация параметров сварочного процесса, связанных с параметрами импульсов (амплитуда, частота, скорость нарастания тока) дает дополнительные возможности управления сварочным процессом и получение качественных изделий.

Цель методики: выработка у студентов умения технически грамотно и экономически эффективно разрабатывать усовершенствованные варианты технологического процесса сварочного производства. Уметь работать самостоятельно и в команде, повышать уровень технического развития. Выработать навыки описания методики проведения эксперимента, способность проводить анализ полученных экспериментальных данных и сравнивать их с теоретическими.

Задачи методики: определение перечня возможных способов сварки изделия и выбор проектных вариантов сварки, экономическое сравнение вариантов технологического процесса, оформление технологической документации лучшего проектного варианта. Постановка эксперимента для определения технологических режимов сварки.

Магистерская диссертация имеет следующую структуру:

- введение;

- описание изделия и требований к нему, оценка свариваемости материала изделия;

- описание технологии изготовления изделия, принятой как вариант базовой технологии;

- определение перечня возможных способов сварки изделия и выбор проектных вариантов сварки;

- определение затрат средств по базовому и проектным вариантам и выбор экономически более эффективного варианта;

- описание технологии лучшего проектного варианта;

-исследование влияния режимов сварки на формирование структуры шва;

- заключение.

Для лучшего понимания приведено подробное описание каждого пункта.

Введение

Введение должно содержать задачи проектирования с привязкой их к изделию, а также возможные направления решения этих задач. Такими направлениями могут быть:

- исключение трудоемких ручных операций или сокращение их трудоемкости путем перехода на автоматические способы получения неразъемных соединений кожуха газосборника, например, автоматическая аргонодуговая сварка;

- оптимизация производственных затрат путем многовариантной проработки технологического процесса и экономического сравнения вариантов.

Описание изделия и требований к нему, оценка свариваемости материала изделия

Описание изделия должно содержать перечень его составных частей со ссылками на чертеж изделия и его эскиз, представляемый в пояснительной записке. Приводится описание кожуха газосборника, указываются условия эксплуатации данного изделия [1].

Для установленной группы материалов с учетом требований к механическим свойствам определяется класс материала изделия: для газосборника – это нержавеющий металл аустенитного класса -12Х18Н10Т.

Под свариваемостью понимается свойство металла или сочетания металлов к образованию при данной конструкции и технологии бездефектных соединений, удовлетворяющих эксплуатационным требованиям. Кожух сваривается удовлетворительно, применимы к нему почти все известные способы сварки, но предпочтительны – аргонодуговая и плазменная.

Описание технологии изготовления изделия, принятой как вариант базовой технологии.

Основной целью разработки технологического процесса является назначение таких способов и последовательности изготовления изделия, которые явились бы наиболее рациональными. Это подразумевает правильное и полное использование технических возможностей оборудования и оснастки, работу на наиболее выгодных режимах при минимальных затратах времени, рабочей силы, вспомогательных материалах и др.

Исходными данными для проектирования технологического процесса является чертеж изделия и программой его выпуска. В данном курсовом проекте выполняется разработка единичного технологического процесса для условий серийного или крупносерийного производства.

Технология изготовления кожуха, предусмотренная предприятием, представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 Маршрут изготовления изделия по базовому варианту

Описание перечня возможных способов сварки изделия и выбор проектных вариантов сварки

Сталь 12Х18Н10Т относится к сталям аустенитного класса

Конструкции, изготовленные из сталей аустенитного класса, можно сварить различными методами сварки, такими как:

- электродуговая сварка;

- электроннолучевая сварка;

-неплавящимся электродом в среде защитных газов;

- импульсно дуговая сварка;

-плазменная сварка

С учетом технологических особенностей сварки высоколегированных сталей рассмотрим несколько наиболее предпочтительных способов получения неразъемного соединения:

- неплавящимся электродом в среде защитных газов;

- импульсно-дуговая сварка;

Выбор наиболее рационального способа получения неразъемного соединения производится после экономического сравнения вариантов разрабатываемого технологического процесса.

Определение затрат средств по базовому и проектным вариантам и выбор экономичного проектного варианта

Экономическое сравнение вариантов технологического процесса наиболее целесообразно выполнять на этапе предварительной разработки проекта. В этом случае до начала этапа окончательной проработки, где производится детальная и достаточно трудоемкая разработка проектируемого производства, имеется возможность исключить экономически убыточные предложения и выбрать наиболее эффективный из рассматриваемых вариантов.

Описание технологии лучшего проектного варианта.

Для самого экономичного варианта приводится последовательность операций маршрутной технологии с пояснением работ, выполняемых на слесарных, сборочно-сварочных, сварочных, контрольных операций с указанием выполняемых в операции переходов, применяемые виды и марки основного и вспомогательного оборудования, технологическую оснастку и инструмент, используемые сварочные и вспомогательные материалы.

Технологический процесс изготовления изделия по проектному варианту, представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 Маршрут изготовления изделия по проектному варианту

Исследование влияния режимов сварки на формирование структуры шва.

Импульсный режим сварки позволяет осуществлять регулируемое тепловложение в зону сварного соединения, управлять формированием структуры металла шва и зоны термического влияния (ЗТВ).

Целью исследования является исследование влияния технологических режимов на формирование структуры шва при импульсной сварке.

Особенностью сварки импульсной дугой являются температурные колебания в металле свариваемого изделия, связанные с периодическим действием амплитудного значения тока, и динамическое силовое воздействие давления со стороны изменяющейся формы дуги.

В результате механического воздействия импульсов тока на сварочную ванну в ней возникают волны, которые распространяются от активного пятна дуги к периферии ванны. При возникновении волн в движущемся жидком металле сохраняется направленная теплопередача из зоны перегрева к межфазной границе. Вероятно, появление волн вызывает пульсирующий характер движения металла к межфазной границе, который может при оптимальных параметрах импульсов тока приводить к оплавлению уже затвердевшего металла шва.

Определяющую роль играет частота наложения импульсов тока. Необоснованный выбор частоты приводит к образованию не только протяжённых областей скоплений неметаллических включений, но и к повышению вероятности образования микротрещин. Поэтому необходимо в первую очередь учитывать периодичность процесса кристаллизации, позволяющую научно обосновать рациональный диапазон частот при их выборе и применении.

Проводились исследования влияния импульсного режима сварки (по сравнению со стационарным) образцов сварных соединений из стали 12Х1МФ на структуру, прочностную однородность [2]. Размер зерна в облицовочном слое и ЗТВ уменьшается в 1,5…2 раза по сравнению со стационарным режимом.

Исходная структура стали феррито – перлитная, размер зерна 10 мкм. При стационарном режиме сварки в облицовочном слое образуется структура перегретой стали. На границах бывших аустенитных зерен при охлаждении выделяются крупные зерна доэвтектоидного феррита. Оставшийся аустенит распадается на троосто - сорбитную смесь.

При импульсных режимах сварки структура гораздо более дисперсная что связано с особенностями импульсного режима обработки при котором тепловое воздействие сочетается с ударным. Происходит многократное перемешивание расплава с разбиением ветвей дендритов и образованием множества новых центров кристаллизации. Структура корневого и промежуточного слоев после затвердевания подвергается повторному нагреву при наложении последующих слоев и дополнительно изменяется. В результате нагрева протекает нормализация и происходит измельчение структуры. При импульсном режиме вторичный нагрев происходит в непосредственной близости к температуре полиморфного превращения. Это сильно измельчает структуру.

Выводы:

При сварке импульсной дугой стали 12Х1МФ установлен эффект существенного измельчения структуры металла шва и зоны термического влияния за счет интенсивного перемешивания сварочной ванны при импульсном режиме воздействия дуги, управления процессом плавления и кристаллизации металла шва и зоны термического влияния.

Сварные соединения, полученные с использованием импульсно – дуговой сварки имеют ультрадисперсную структуру и по качеству, однородности, дисперсности структуры.

Данное исследование проводилось при низкочастотной пульсации тока импульса в диапазоне 10 ÷ 100 Гц. Дальнейшие исследования в области высокочастотных импульсов будут продолжены на базе кафедры ОиТСП УГАТУ.

Заключение

В выпускной квалификационной работе были рассмотрены конструкция и условия эксплуатации кожуха газосборника, осуществлен анализ конструкции изделия на технологичность (обоснование выбора материала изделия, оценка свариваемости материала и анализ способов получения неразъемного соединения). Разработана усовершенствованная технология сварки изделия. Проведено исследования влияния режимов сварки на структуру шва.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бычков В.М. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Производство сварных конструкций». – Уфа.: УГАТУ, 2015. – 21с.

2. Ю. Н. Сараев, И. М. Полетика, А. В. Козлов, Е. Г. Хомченко Формирование структуры и свойств сварных соединений в условиях регулируемого тепловложения при импульсно – дуговой сварке // Физическая мезомеханика – 2005 - №8 –С. 137- 140.

Код для цитирования: Скопировать