Введение к работе
Актуальность проблемы. В соответствии с нормативными документами МПС разрешается восстанавливать изношенные детали подвижного состава (ПС) различными способами сварки-наплавки: ручной дуговой, автоматической под флюсом, в среде защитных газов, плазменной и др. Однако при восстановлении изношенных поверхностей наиболее ответственных деталей: резьбовой части оси колесной пары, гребней железнодорожных колес, колесных центров - разрешается использовать только сварку-наплавку под флюсом. Этот способ является наиболее эффективными и экономически выгодными. При этом стабильность процесса, защита сварочной ванны от доступа окружающей среды и качество получаемого металла во многом зависит от технологических свойств используемого флюса.
В последние годы, в связи с массовым применением автоматической на-1 плавки под флюсом при восстановлении изношенных гребней колес (ПС) - до 140 тыс. колесных пар в год, резко возросло потребление железнодорожными предприятиями (вагонными и локомотивными депо, ремонтными заводами МПС) сварочных флюсов (до 2000 тонн в год).
Технологическая прочность наплавляемых деталей зависит от свойств флюсов в твердом и жидком состояниях. Технологические свойства флюсов в условиях реального производства можно повышать, используя разные режимы термической обработки (ТО) флюсов. Однако в различных нормативных документах приводят разные режимы ТО, и по данным ряда работ назначение их имеет противоречивый характер. Поэтому требуется проведение дополнительных исследований по обоснованию и выбору режимов ТО флюсов на основе изучения их свойств методами термического анализа.
Кроме того, при рассмотрении свойств флюсов-шлаков в жидком состоянии большое внимание уделяется их вязкости, и, в частности, такому параметру, как темп падения вязкости или "длина" флюса, так как от этого зависит формирование шва и качество получаемого соединения. В настоящее время оценку флюсов по этому параметру проводят лишь качественно, что приводит к необходимости получения зависимости вязкости от температуры и на ее основе определения численных значений параметров вязкости, в том числе и Sm.
В связи с выше изложенным работа по обоснованию технологии термической обработки флюсов на основе моделирования термических процессов при их прокалке и экспериментальные исследования технологических свойств флюсов, а также по определению темпа падения вязкости в зависимости от температуры является актуальной.
Цепь работы: Повышение стабильности технологического процесса сварки-наплавки и улучшение качества получаемого металла за счет изменения структурного состава флюса при его ТО. Для флюсов в жидком состоянии установление функциональной зависимости между изменением температуры и вязкости.
Методы исследования. Теоретические исследования проводились путем моделирования кинетики прогрева флюсов в лотках методом конечных элементов (МКЭ) при использовании программного комплекса "ТЕМП" и графического пакета "KOMPAS". Для определения численных значений по "длине" флюсов была обоснована и получена функциональная зависимость, расчет проводили на базе программного пакета "MATHCAD".
Расчетные методы включали в себя: метод конечных элементов, теорию подобия и моделирования, метод корреляционного и регрессионного анализа.
Экспериментальные методы состояли в определении температурно-чувствительных свойств флюсов методами термического анализа, проводимого на дериватографе Q-1500D, определении растворимости флюсов, в регистрации термических циклов (ТЦ) температуры печи и флюса при прокалке и металлографических исследованиях структуры наплавки и околошовной зоны.
Научная новизна работы.
-
Установлено, что распределение температур по объему флюса отличается неравномерностью, которая из-за низкой теплопроводности флюса увеличивается по мере увеличения температуры печи, высоты засыпки флюса в лотке и уменьшении времени выдержки в печи.
-
Показано, что режим термической обработки флюса должен назначаться в зависимости от характеристических температур (максимальной температуры нагрева флюса-ТфЛ и минимально допустимая температура флюса перед сваркой -наплавкой ответственных деталей-Тос), получаемых по данным термического анализа (дифференциально-термического и термогравиметрического). Установлены численные значения этих температур для следующих флюсов: для АН-348А Тфл=280±10С, ^=95+1000; для ОСЦ-45 Тфл=240±10С, ТОС=90±10С; для АН-47 Тфп=290+10С ТОС=95±10С; для АН-43 Тфл=250±10С Тоо=80±10С.
-
Получена функциональная зависимость, описывающая изменение вязкости флюса от температуры, что позволило определить значения параметров зависимости и установить численные значения "длины" флюсов (8Ш), на основе которых приняты значения границ групп "длины" флюсов.
Практическая ценность работы.
На основе разработанной методики и проведенных экспериментальных исследований установлено, что термические циклы печи и флюса существенно отличаются друг от друга, причем для уменьшения неравномерности прогрева
флюса его загрузку необходимо осуществлять в предварительно разогретую печь и соблюдать высоту засыпки 60+10 мм.
Проведенные исследования позволили обоснованно подойти к назначению параметров и режимов термической обработки, обеспечивающих получение флюсов с наиболее благоприятной структурой и свойствами, а также получить более стабильную геометрию шва, благоприятную структуру наплавленного металла и общее снижение расхода флюса.
Полученная зависимость по изменению вязкости от температуры может быть использована для выбора флюсов при назначении техпроцессов сварки-наплавки различных деталей, а также повышения точности расчетов параметров геометрии сварного шва по известным математическим моделям.
Это позволило разработать рекомендации "Контроль качества и ТО флюсов" и усовершенствовать технологический процесс двухдуговой наплавки колесных пар, внедренный в ВЧД-1 Горьковской железной дороги.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на научно-практической конференции "Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте". (Москва, МИИТ, 1998 г.); на заседании научно-исследовательского совета ОНИЦ "Перспективные технологии" (МИИТ, 1999 г.).
Разделы диссертационной работы ежегодно (1996-1999 г.г.) обсуждались на научно-технических совещаниях отделения Сварки ВНИИЖТ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, в том числе положительное решение о выдаче патента на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературных источников и приложения. Изложена на 150 страницах машинописного текста, содержит рисунков, таблиц и наименований литературных источников.
Похожие диссертации на Повышение технологических свойств сварочных флюсов, используемых при ремонте деталей подвижного состава
