Содержание к диссертации
Введение
Обзор литературы и постановка задачи исследования
1.1 Сведения о мостовых грейферных кранах 8
1.1.1 Особенности работы кранов в условиях цементного производства S
1.1.2 Требования, предъявляемые к быстроизнашивающимся деталям кранов 10
1.1.3 Виды разрушений и дефектов ходовых колес 11
1.2 Прогрессивные методы восстановления и упрочнения функциональных поверхностей деталей 17
1.2.1 Химико-термические методы восстановления и упрочнения поверхностей
1.2.2 Электрохимические методы нанесения покрытий 1
1.2.3 Газотермические и электротермические методы нанесения покрытий 20
1.3 Анализ динамики контактно-фрикционного разрушения ходовых колес 23
1.4 Типовая технология и оборудование для восстановления ходовых колес 29
1.5 Цель и задачи исследований 33
Теоретическое обоснование способа восстановления рабочих поверхностей ходовых колес
2.1 Проверка степени влияния технологических факторов наплавки на качество получаемой поверхности
2.2 Расчет точности и качества механической обработки ходового колеса 42
2.2.1 Суммарная погрешность установки и закрепления ходового колеса в станок для механической обработки 4^
2.2.2 Определение точности операций механической обработки 4^
2.2.3 Проверка качества механической обработки 46
2.3 Выводы по главе **6
Проведение экспериментов по определению степени влияния технологических режимов восстановления на качество получаемой поверхности 47
3.1 Исследование влияния степени легирования наплавочных материалов 47
3.2 Исследование влияния режимов термообработки до наплавки 56
3.3 Исследование влияния режимов термообработки после наплавки 58
3.4 Выводы по главе 64
Оптимизация технологических режимов восстановления функциональных поверхностей ходовых колес
4.1 Синтез наплавочных флюсов
4.2 Моделирование наплавочного процесса
4.3 Оптимизация параметров наплавки
4.4 Оптимизация режимов механической обработки
4.5 Выводы по главе 82
5 Разработка оборудования и технологии для восстановления и упрочнения ходовых колес
5.1 Автоматизация процесса наплавки 83
5.2 Модернизация оборудования для наплавки g4
5.2.1 Автоматическая наплавочная установка 4
5.2.2 Расчет основных элементов конструкции и узлов установки 92
5.3 Разработка электрической схемы
5.4 Разработка алгоритма управления 106
5.5 Инженерная методика восстановления работоспособности быстроизнашивающихся деталей кранов
5.6 Экономические показатели эффективности внедрения новой технологии и оборудования для восстановления работоспособности деталей кранов 11 *
5.7 Выводы по главе
Основные результаты и выводы
Библиографический список
- Требования, предъявляемые к быстроизнашивающимся деталям кранов
- Расчет точности и качества механической обработки ходового колеса
- Исследование влияния режимов термообработки до наплавки
- Оптимизация режимов механической обработки
Введение к работе
Актуальность проблемы. Эксплуатация мостовых кранов специального назначения предприятий сопровождается интенсивным комплексным износом (абразивный, коррозионно-механический, усталостный и адгезионный) их основных функциональных деталей -ходовых колес, тормозных шкивов, блоков полиспастов. Высокая степень износа данных деталей повышает риск преждевременного внезапного выхода из строя мостового крана, как объекта повышенной опасности.
Восстановление работоспособности быстроизнашивающихся деталей мостовых кранов является актуальной задачей для большинства предприятий, эксплуатирующих данные краны, ввиду экономической целесообразности. При этом повышение надежности восстанавливаемых деталей увеличением их износостойкости в этой задаче стоит на первом месте.
Среди множества известных методов восстановления и упрочнения поверхностей требуемые свойства обеспечиваются как нанесением защитного покрытия, так и преобразованием поверхностного слоя металла с помощью химических, физических, механических методов, диффузионного насыщения, химико-термической обработкой.
Быстроизнашивающиеся детали мостовых кранов отличаются высоким уровнем износа рабочих поверхностей, а в условиях цементного производства этот износ носит к тому же исключительный характер, и технология восстановления работоспособности деталей должна обладать определенной гибкостью и маневренностью для каждого частного случая ввиду многочисленных факторов, определяющих вид, интенсивность и градиент износа.
В настоящее время существуют попытки систематизировать и обобщить накопленный опыт в области ремонтных работ для решения вышеобозначенной задачи в промышленных условиях, но они носят отрывчатый характер и имеют незаконченный вид. Совершенной технологии восстановления работоспособности быстроизнашивающихся деталей, учитывающей влияние разносторонних факторов технологического процесса, получить не удалось.
Данная работа направлена на всестороннее исследование процесса износа деталей кранов; разработку оптимальной технологии износостойкой наплавки и механической обработки этих деталей с целью увеличения срока их службы и повышения надежности кранов; разработку автоматической наплавочной установки, обеспечивающей реализацию данной технологии.
Рабочая гипотеза. Получение требуемых механических свойств рабочих поверхностей деталей на основании расчета модели распределения температурных полей и структурно-фазовых превращений металла при наплавке под флюсом с последующей механической обработкой точением, оптимизированной на базе основных положений теории резания.
Цель работы. На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований разработать технологию восстановления рабочих поверхностей быстроизнашивающихся деталей мостовых кранов в стационарных условиях на территории эксплуатирующего мостовые краны предприятия и автоматическую установку для износостойкой наплавки, реализующую эту технологию и новую инженерную методику восстановления.
Научная новизна работы. Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлены аналитические и эмпирические зависимости, устанавливающие связь между режимами наплавки и количественными характеристиками качества наплавляемых слоев, на основании которых разработана технология восстановления рабочих поверхностей быстроизнашивающихся деталей; разработана новая инженерная методика восстановления быстроизнашивающихся деталей мостовых кранов; разработана автоматическая наплавочная установка, реализующая данную методику; определена эмпирическая зависимость величины твердости от технологических факторов процесса наплавки при восстановлении.
Объекты исследований. Процессы, протекающие при восстановлении деталей электродуговой наплавкой под флюсом и оказывающие влияние на соблюдение требований эксплуатации этих деталей; процессы формирования макро- и микрогеометрии рабочих поверхностей при обработке резанием; оборудование для восстановления.
4 АВТОР защищает:
-
Теоретические исследования в области технологий и методик восстановления работоспособности и геометрии рабочих поверхностей массивных быстроизнашивающихся деталей сложной формы;
-
Технологию восстановления, полученную в результате оптимизации зависимостей параметров от факторов процесса восстановления;
-
Конструкцию автоматической наплавочной установки, реализующую оптимизированную технологию восстановления;
-
Инженерную методику восстановления с обеспечением необходимого качества и точности восстановленной поверхности. Практическая ценность работы. Разработана технология и
инженерная методика восстановления работоспособности
быстроизнашивающихся деталей мостовых кранов и автоматическая наплавочная установка, реализующая данную технологию.
Внедрение результатов работы. Результаты работы апробированы и внедряются в опытно-промышленное производство на ЗАО «Белгородский цемент» и ОАО «Оскол-цемент».
Апробация работы. Результаты работы доложены и одобрены на международных конференциях в г. Белгород (2001, 2002, 2003 г.), на заседаниях научно-отраслевой лаборатории и кафедры «Технология машиностроения и робототехнические комплексы», работа имеет поддержку в виде гранта министерства образования РФ (приказ № 1479 от 8 апреля 2003 г.).
Публикации. По теме опубликовано 9 работ, получен приоритет на полезную модель от 20.02.2004 г.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения; пяти глав, выводов по работе, списка литературы, и 9 приложений, которые включают результаты теоретических исследований, программы оптимизации, схему управления и алгоритм рабочей программы автоматической наплавочной установки.
Общий объем диссертации 150 страниц, содержащих 84 рисунка и 6 таблиц.
Требования, предъявляемые к быстроизнашивающимся деталям кранов
Правилами устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов установлены предельные нормы износа быстроизнашивающихся деталей мостовых кранов, при достижении которых эксплуатация кранов запрещается. Дефекты, при наличии которых ходовые колеса кранов и тележек выбраковываются: 1. Трещины любых размеров. 2. Выработка поверхности реборды до 50 % от первоначальной толщины. 3. Выработка поверхности катания, уменьшающая первоначальный диаметр колеса на 2 %. 4. Разность диаметров колес, связанных между собой кинематически, более 0,5 %. Дефекты, при наличии которых выбраковываются шкивы тормозные: 1. Трещины и обломы, выходящие на рабочие и посадочные поверхности. 2. Износ рабочей поверхности обода более 25% от первоначальной толщины. Крановые блоки выбраковываются при износе ручья блока более 40% от первона чального радиуса ручья [52].
Перечень быстроизнашивающихся деталей мостовых кранов приведен в приложении 1. Наибольший интерес с точки зрения повышения износостойкости и долговечности вызывают ходовые колеса, т.к. они подвержены интенсивному изнашиванию и являются наиболее металлоемкими. Износ остальных быстроизнашивающихся деталей представляет собой частные случаи износа ходовых колес. Поэтому далее, при рассмотрении вопроса о технологии восстановления работоспособности деталей мостовых кранов и увеличению их износостойкости, будет проведено исследование относительно ходовых колес кранов, как наи более сложных объектов восстановления и упрочнения изношенных функциональных поверхностей из комплектующих мостовых кранов.
Результат эксплуатационного разрушения ходового колеса зависит от преобладания какого-либо из факторов изнашивания. В условиях работы грейферных кранов возможны следующие варианты: абразивный износ, коррозионно-механическое изнашивание, усталостный износ, адгезионное изнашивание.
Абразивный износ возникает при трении функциональных поверхностей деталей по поверхностям подкрановых колес под воздействием частиц клинкера, гипса, шлака и бетона, попадающих в место износа в виде частиц.
Коррозионно-механическое изнашивание протекает при трении материалов, вступающих в химическое взаимодействие с активной средой. Для стальных ходовых колес такой средой являются водяные пары, насыщающие окружающую среду.
Усталостный износ определяется циклическим деформированием микрообьемов материала деталей под воздействием высоких удельных нагрузок и вызывает возникновение трещин и отделение частиц материала.
Адгезионное изнашивание возникает вследствие действия межповерхностных сил, молекулярного сцепления на поверхности раздела. Такой износ возникает при трении скольжения, когда скорости относительного перемещения поверхностей малы, а удельные давления превышают предел текучести материала. При этом происходит пластическое деформирование, разрушение и удаление частиц с трущихся поверхностей.
Степень разрушающего воздействия каждого из приведенных факторов зависит от нагрузок, воздействующих на ходовое колесо. Сопротивление перекатыванию Wo колеса по рельсу (направляющей) при отсутствии проскальзывания рассчитывается по формуле 1.1 о= , (1-1) где к - коэффициент трения качения, м; F - радиальная нагрузка на колесо, Н; D - диаметр колеса, м. Для стального колеса и рельса ,-т IF-D где В - ширина рабочей поверхности рельса, м.
При проскальзывании колес относительно рельса к значению сопротивления, определяемому по формуле (1.1), следует добавлять значение сопротивления AWn В общем случае при отклонениях диаметров колес и при разных скоростях приводов (при раздельном приводе) AWn=F.L A —A.f, (1.3) DcP (Оер где F - радиальная нагрузка на колесо; Di, D2 - диаметры колес, сої, 2 - угловые скорости вращения колес; Dcp, юср - средние значения соответствующих величин; f — коэффициент трения скольжения, для пары сталь по стали f = 0,15 [54].
Степень износа колес в значительной мере зависит от правильности их установки. Непараллельность осей колес способствует интенсивному по ребордам и беговой дорожке износу. Интенсивность изнашивания крановых ходовых колес достигает до 15 мкм/ч [7]. Наиболее изнашиваемыми элементами ходовых колес являются поверхности качения и реборды, т.е. те поверхности, которые контактируют с рельсами.
Ниже приведены фотографии отдельных ходовых крановых колес с различными комбинациями видов износа. Съемка произведена на грейферных кранах технологического тракта производства ЗАО «Белгородский цемент». Изношенные участки на них отмечены засветленными областями.
Расчет точности и качества механической обработки ходового колеса
Окончательное качество восстановленной поверхности быстроизнашивающейся детали зависит в большей степени от завершающей операции - механической обработки и формировании функциональной поверхности согласно техническим требованиям.
В процессе обработки ходовых колес необходимо стремиться к уменьшению погрешностей путем поиска наиболее точного положения станка относительно обрабатываемого колеса. В связи с больпшми габаритными размерами обрабатываемой детали и станка для его обработки обеспечить необходимую погрешность обработки, возникающей в результате неточного базирования очень сложно. Это и является основной трудностью в процессе обработки ходового колеса. Выверку станка необходимо производить в двух плоскостях: продольной и поперечной относительно оси ролика.
Значение суммарной погрешности установки и закрепления рассчитываем исходя из погрешностей установки в горизонтальной и вертикальной плоскостях: A, = VAL+A . (2-17 где ДЕВ - погрешность установки и закрепления в вертикальной плоскости; ЛЕГ - погрешность установки и закрепления в горизонтальной плоскости. Согласно [2J ДЕВ = 50 мм; ЛЕГ = 30 мм. Следовательно, Д = 502+302 =58,3 мм. При восстановлении ходового колеса К2Р-400х90 ОСТ 24.090.77 необходимо обеспечить следующие размеры поверхностей: - диаметр беговой дорожки - 0 400 hi 1(.о,збо); - наружный диаметр реборд - 0 450 h 16(4,000); - ширина беговой дорожки - 90 НЇ б(+2 ); - ширина колеса — 140 hiб(.г оо) Проведем проверку обеспечения размера 0 400 Ы 1(.о,збо)мм при чистовом точении наружной поверхности ходового колеса мостового крана. Условием обработки без брака, согласно [2] является условие: та д, где Td 0,36 - допуск на выполняемый размер. Суммарная погрешность обработки определяется по формуле [2]: Д = Д2у +А2Н +А2Е +А2И +3-Д2Г + Дф, (2.18) где Ду - погрешность, связанная с деформациями. Для принятой схемы обработки Ду возникает из-за отжатий детали и резца с суппортом; Дн - погрешность настройки станка на размер; ДЕ - погрешность установки, состоит из погрешности базирования, погрешности приспособления и возможного его износа; Ди - погрешность обработки, связанная с размерным износом инструмента; Дт - погрешность, связанная с температурными отжатиями; Дф - погрешность, связанная с геометрическими неточностями станков. Рассчитаем составляющие формулы (2.18): Лу= , (2.19) где Ру - радиальная составляющая силы резания [22]: Ру =Ср -s0-6 -И3 ,, (2.20) где S = 0,5 мм/об - продольная подача; V = 110 м/мин скорость резания; t = 2,5 мм - глубина резания; Ср=243; Кр=1,199 - поправочные коэффициенты. Ру = 243 2,50 9 0,5е 6 1 Ю-0-3 -1,199 = 664,6 Н ,- =0 9 л -г0-6-ип-оз Гу ifJ і, Таким образом, Погрешность настройки: . 664,6 _ „ Ду = = 5,53 мкм. У 120 AH= -Aj+ , (2.21) где Кр = 1,2 и Ки =1 - коэффициенты, учитывающие отклонение закона распределения элементарных величин: погрешности регулирования Др и погрешности измерения Дизм - от нормального закона. При настройке станка по лимбу согласно [16] Ар = 15 мкм; для размеров 100... 500 мм при возможной точности обработки на станке в пределах ГГИ Дизм- 120 мкм. Следовательно, Аи = J(l,2 15f + i- = 62,5 мкм. Согласно п.п. 2.1.1 ДЕ = 0,65 мм. Погрешность обработки при износе инструмента [2]: Аи= "о, (2-22) 1000 где путь резания Df-D, ( Г 2_г 2\ JT VA+VA+—L L V _ LU (2.23) при подаче S = 0,5 мм/об, bi = 50 мм, Ъг = 90 мм, Di =450 мм, Th = 400 мм,: ж 4502-4002Л 50-450+90-400 + _Л = 434м 0,5 Таким образом, при UQ = 5 мкм/км [2], получаем: 434 Д -5 = 2,17 мкм и 1000 Дт - погрешность, связанная с температурными деформациями. Значение величины Лг определяем согласно [2,21] по формулам: AT=a-L-At (2.24) где а - коэффициент линейного расширения материала (для стали Х]=1,2-10 , для материала режущей части резца Т5К10 а2=1,05-10 5 С 1); L - исследуемый размер; Д1 - разница температур, возникающая в процессе обработки; Аі = -Я— (2.25) c-p-V где Q - количество тепла, принимаемое элементом, ккал; с - удельная теплоемкость: ct = 0,12 (для детали) сг= 0,126 ккал/(кг«С) (для резца); р - плотность материала: pi 7850 кг/м3 и рз = 8150 кг/м3; V - объем тела (детали или резца). Q = Q "? (2.26) где Q — теплота, выделяемая в процессе резания, ккал; г\ - коэффициент, учитывающий поглощение тепла данным элементом (гц - 0,0 5, г2 =0Д 0 = 1000-60-0,024 S-n где N - мощность, затрачиваемая в процессе обработки, кВт; Ь = 0,14 м - ширина ходового колеса; п = 70 об/мин - частота вращения детали; S = 0,5 мм/об - подача.
Исследование влияния режимов термообработки до наплавки
После экспериментов с заготовкой было наплавлено ходовое колесо крана (диаметр колеса 800 мм) проволокой Нп-30ХГС под слоем флюса АН-348. После наплавки 10-ти миллиметрового слоя и охлаждения в течении 30...36 часов произошло разрушение колеса. Разрушение шло от обода через диск в направлении ступицы. В месте разрыва было обнаружено большое количество дендритов величиной от нескольких миллиметров до 2...3 см (рис. 3.17), что указывало на отсутствие термообработки после отливки колеса.
Температура является одним из основных факторов, влияющих на механические характеристики сталей. В процессе наплавки деталей вследствие быстрого местного нагрева в них возникают внутренние напряжения. Они вызывают изменение геометрических размеров деталей и деформацию их отдельных частей, а в некоторых случаях - образование микро- и макротрещин в основном и наплавленном слоях. Для устранения внутренних напряжений в металле, для получения стали с определенной структурой и свойствами применяется термическая обработка (отжиг, нормализация, закалка и отпуск).
В лабораторных условиях были проведены эксперименты по термообработке материала разрушенного колеса. На рис. 3.18 (отжиг при t = 850 С, охлаждение с печью) видна крупнозернистая структура и дендритная ориентация зерен, HRC 13... 15; на рис. 3.19 показана структура после нормализации (t = 850 С, охлаждение - воздух), HRC 25...27 и на рис. 3.20 - структура отпуска (t = 600 С, охлаждение - воздух) после отжига и нормализации, HRC 22.
Таким образом, для обеспечения качественной наплавки, перед ней необходимо провести термообработку детали (отжиг и нормализация) для придания металлу устойчивой мелкозернистой структуры. Свариваемость сталей также предопределяет качество наплавки. Она определяется по углеродному эквиваленту:
Считается что при Сэ 0,4 свариваемость стали ухудшается и появляется склонность к образованию холодных трещин. Таким образом, перед наплавкой ходовых колес требуется дополнительный подогрев до температуры [57]:
Как было отмечено в п.п. 3.1, после процесса износостойкой наплавки необходимо производить термообработку. Для определения необходимого цикла термообработки проведем эксперименты с соответствующими образцами в каждом конкретном случае. За исходные примем образцы, полученные в результате наплавки углеродистой стали проволокой Св-08 под флюсом АНК-18 и проволокой Нп-ЗОХГС под флюсом АН-348, т.к. в этих случаях обеспечивается необходимая твердость.
На рис.3.21 и 3,22 показана микроструктура металла после наплавки проволокой Нп-ЗОХГС под флюсом АН-348 и нормализации (t = 850С, охлаждение - воздух). На рис. 3.21 микроструктура основного металла (внизу) перлитно-сорбитная. Твердость зоны основного металла HRC 22. В переходной зоне ЗТВ (вверху) ферритно-перлитная структура с преобладанием явно выраженного феррита (HRC 10... 14). На рис.3.22 в области ЗТВ (внизу) та же структура, а в зоне наплавленного металла (вверху) - ферритно-перлитная структура, далее структура переходит в сорбит. Твердость зоны наплавки HRC 35.
На рис. 3.23 и 3.24 показана микроструктура металла после наплавки проволокой Нп-ЗОХГС под флюсом АН-348 и высокого отпуска (t = 600С, охлаждение - воздух). На рис. 3.23 внизу видна микроструктура основного металла - сорбитообразный перлит с частичным выделением ферритной фазы (HRC 21...23) и структура переходной зоны (вверху) - феррит-но-перлитная структура с преобладанием феррита (HRC 12). На рис. 3.24 видна та же ЗТВ (внизу) и зона наплавленного металла (вверху), постепенно переходящая в устойчивое сор-битное состояние. Твердость металла зоны наплавки HRC 34...35.
На рис. 3.27 и 3.28 показана структура металла после наплавки проволокой Св-08 под флюсом АНК-18 и среднего отпуска (t = 400С, охлаждение - воздух). На рис, 3.27 показана микроструктура основного металла (внизу) и области ЗТВ (вверху). В сравнении с рис. 3.15 и 3.16 (наплавка без термообработки) здесь наблюдается рост зерна, однако снижения твердости не наблюдается (HRC 25). На рис. 3.28 видна та же зона ЗТВ (внизу) и зона наплавленного металла (вверху). Структура наплавленного металла после среднего отпуска несколько укрупнена, наблюдается начало распада структуры игольчатого феррита. Твердость металла наплавленного слоя HRC 32... 34.
На рис. 3.29 и 3.30 показана структура металла после наплавки проволокой Св-08 под флюсом АНК-18 и высокого отпуска (t = 600С, охлаждение - воздух). На рис 3.29 показана микроструктура основного металла (внизу) и металла ЗТВ (вверху). Структура основного металла представляет собой ферритно-сорбитную структуру, характерную сталям перлитного класса. Твердость HRC 22. В зоне ЗТВ наблюдается большое выделение феррита и твердость несколько снижается (HRC 20). На рис. 3.30 видна та же зона ЗТВ (внизу) и микроструктура наплавленного металла (вверху), приближающаяся к структуре феррита обычного вида (полиэдрического феррита). Игольчатый феррит почти исчезает. Твердость снижается до HRC 22.
Оптимизация режимов механической обработки
Согласно п.п. 3.1 требуемые свойства наплавленного металла получаются определенной степенью легирования различными элементами, переходящими в металл не только из наплавочной проволоки, но и из флюса. Основность флюса является его важной характеристикой и наряду с концентрационными условиями позволяет регулировать реакции взаимодействия между флюсом-шлаком и металлом на межфазной границе в зоне наплавки.
Критерием основности шлака на основе молекулярной теории строения его служит отношение компонентов, входящих в состав данного шлака [58]: іт B = -j? (4.1) А—і где m, q - количество кислых и основных оксидов в составе флюса-шлака; (RO)i - концентрация основного оксида в составе флюса-шлака (CaO, MgO, MnO, FeO); (R02)i - концентрация кислого оксида в составе флюса-шлака (SiOa, Т1О2, Z1O2). Более точная практическая формула определения основности следующая: 0,018-СаО + 0,015-A/gO + 0,006 -CaF2 + 0,014 (Na2Q+К2Q)+0,007-(MnO+FeO) 0,017 Si02 + 0,005 {А12Оъ + ТЮ2 + Zr02)
Флюсы считаются кислыми при В 1, основными при В 1 и нейтральными - при В = 1. Чем выше основность флюса, тем больше в нем свободных ионов кислорода. Активность флюса характеризуется степенью усвоения легирующих элементов, т.е. интенсивностью окисления наплавляемого металла. Суммарная химическая активность флюса определяется по формуле: ±{K02)i + B ±{RO)k А = -« И (4.3) 100-Я Переменные формулы (4.3), такие же как и в (4Л). В конкретизированном виде уравнение (4.3) имеет вид: (5/Ог)+0,5-(ГіО2)+0,4-(Л/гО3 + 2)+0,42-Дг-(А/ПО) Л - — (4.4)
Коэффициент химической активности характеризует окислительную способность флюсов. При использовании ограниченных токов и повышенных напряжений она будет выше, а на форсированных режимах - меньше. С ростом химической активности флюса увеличивается общее содержание кислорода в наплавленном металле.
Наиболее распространенными легирующими элементами при производстве низколегированных сталей явлзпотся Si, Mn, Сг, Мо. Увеличение концентрации Мп, Сг и Мо повышает твердость мартенситной фазы в металле, а также его износостойкость. Помимо этого, Si и Мп определяют полноту восстановительных процессов в наплавленном металле. Прирост элементов в металле определяется зависимостями [58]: где A siOi) и А к&о) относительные химические активности S1O2 и МпО во флюсе соответственно; [Бі]и и [Мп]и - исходные концентрации кремния и марганца в наплавленном металле; U - напряжение на дуге; I - сварочный ток; VCB - скорость сварки.
Анализ уравнений (4.5) и (4.6) показывает, что для уменьшения взаимодействия химически активного флюса с наплавляемым металлом необходимо использовать области режимов сварки с низкими значениями напряжения при больших значениях силы тока и скорости наплавки. Однако эти условия невыполнимы для большинства реальных ситуаций с учетом требований оптимальных значений режимов наплавки. Поэтому во всех случаях для уменьшения взаимодействия флюса с наплавляемым металлом более предпочтительным остается метод снижения химической активности флюса.
Для выполнения износостойкой и твердой наплавки используют как плавленые, так и керамические флюсы. Характерная особенность плавленых флюсов, предназначенных для выполнения износостойкой и твердой наплавки, - это их весьма низкая химическая активность по отношению к наплавленному металлу. Для этого используются флюсы с химической активностью Аф 0,1. Это диктуется условиями получения максимально высоких коэффициентов перехода легирующих элементов из проволоки в наплавляемый металл, в том числе элементов, обладающих высоким сродством к кислороду, таких, как хром, марганец, титан, алюминий и др. Коэффициенты перехода некоторых элементов из керамических флюсов в наплавленный металл приведены в таблице 4.1.
Исходя из вышеприведенного, при восстановлении работоспособности конкретной детали крана, необходимо учитывать свойства основного металла и обеспечить определенную концентрацию легирующих компонентов в наплавленном металле в первую очередь регулированием основности и химической активности флюса (при известной марке наплавочной проволоки), а также подбором режимов наплавки (ток, напряжение дуги, скорость наплавки).
Таким образом, в процессе разработки гибкой технологии износостойкой наплавки возникла необходимость создания методики синтеза флюса с заданными химическим составом, основностью и химической активностью из имеющихся промышленных флюсов и различных добавок.
Сущность методики заключается в подборе массовых долей исходных шлаков в смеси так, чтобы процентное содержание компонентов полученной смеси было наиболее близко к процентному содержанию компонентов в заданном флюсе. Дополнительными условиями синтеза флюса являются: минимизация количеств исходных шлаков и компонентов, получение минимальной себестоимости полученного флюса.
В связи с тем, что в конечном флюсе содержится до 20 контролируемых компонентов, для реализации методики синтеза применена аппроксимация заданной функции методом наименьших квадратов.
В теории квадратичного приближения за меру близости двух функций: приближаемой (аппроксимируемой) Дх) и приближающей (аппроксимирующей) ср(х) принимают величину а= Et/W-ffM] (4-7) 1-і если функция Дх) задана в m различных точках х; [50].
Задача аппроксимации состоит в том, чтобы при заданной функции Дх) выбрать из не-которого определенного класса функций некоторую Ф(Х), так чтобы величина 6 была наименьшей. Составим обобщенный многочлен:
