Содержание к диссертации
Введение
Глава I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ 10
1.1. Объект исследования, требования к его сварным соединениям, технология изготовления 10
1.2. Методика оценки качества сварных соединений 14
1.3. Анализ существующих технологических процессов и выбор базового способа сварки упругих чувствительных элементов с арматурой 20
1.4. Анализ рекомендаций по рельефной сварке 26
1.5. Цель и задачи исследования 39
Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ СПЛАВА 36НХТЮ И ЕГО СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ 41
2.1. Характер структурных превращений в сплаве 36НХТЮ при термической обработке и его свойства 43
2.2. Влияние скорости нагрева и охлаждения при закалке на свойства сплава ЗбНХТЮ 51
2.2.1. Влияние скорости нагрева под закалку на свойства сплава ЗбНХТЮ 53
2.2*2. Свойства сплава ЗбНХТЮ, закаливаемого на
воздухе 60
2.3. Влияние пластической деформации на свойства сплава ЗбНХТЮ 63
2.4. Исследование свойств сварных соединений из сплава ЗбНХТЮ 68
Выводы по главе 2 86
Глава 3. ИССЩОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И ТЕШЖРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ ПРИ КОНТАКТНОЙ РЕЛШНОЙ СВАРКЕ ДЕТАЛЕЙ РЕЗКО РАЗЛИЧНОЙ ТОЛЩИНЫ 88
3.1. Выбор метода исследования электрических и температурных полей при рельефной сварке 89
3.2. Обоснование и выбор схемы осадки рельефа и модели формирования соединения к расчету электрического и температурного поля 91
3.3. Исследование электрических полей при рельефной сварке 96
3.3.1. Методика расчета электрических полей 96
3.3.2. Влияние геометрических размеров рельефа на характер электрического поля в свариваемых деталях 102
3.4. Методика расчета температурных полей при рельефной сварке 115
3.5. Исследование особенностей температурных полей при рельефной сварке деталей резко различной толщины 124
3.6. Влияние неплоскостности контактирования рельефа с деталью на поле электрического
тока в свариваемых деталях 135
Выводы по главе З 141
Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЩОВАНИЕ ПРОЦЕССА КОНДЕНСАТОРНОЙ РЕЛЬЕФНОЙ СВАРКИ ПО КОНТУРУ УЗЛОВ УПРУГИХ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 144
4.1. Выбор технологической оснастки и метода изготовления рельефа для рельефной сварки по контуру узлов упругих чувствительных элементов 144
- Объект исследования, требования к его сварным соединениям, технология изготовления
- Характер структурных превращений в сплаве 36НХТЮ при термической обработке и его свойства
- Выбор метода исследования электрических и температурных полей при рельефной сварке
- Выбор технологической оснастки и метода изготовления рельефа для рельефной сварки по контуру узлов упругих чувствительных элементов
Объект исследования, требования к его сварным соединениям, технология изготовления
Важнейшими показателями научно-технического прогресса являются значительная интенсификация технологических процессов и повышение производительности машин и агрегатов, а также тесно связанное с ними развитие механических средств и техники управления, контроля, регистрации. Современные автоматизированные системы управления требуют большого количества и разнообразия средств измерения. Измерения обеспечивают объективный контроль за технологическими процессами, надежность работы оборудования и экономичность производства.
В металлургическом и химическом производстве, энергетике и других отраслях промышленности нашли широкое применение такие устройства контроля, регистрации и управления как манометры, дифференциальные манометры, преобразователи давления измерительные с силовой компенсацией, мембранные разделители. Датчиками указанных устройств являются упругие чувствительные элементы.
Конструктивное выполнение упругих чувствительных элементов определяется их назначением, условиями эксплуатации, а также технологичностью изготовления деталей и соединений, входящих в узел элемента. Из большого разнообразия упругих чувствительных элементов наиболее широкое распространение при производстве манометров, дифференциальных манометров, преобразователей давления измерительных с силовой компенсацией и мембранных разделителей нашли мембранные и сильфонные чувствительные элементы (рис. I.I).
Узел мембранного чувствительного элемента (рис. I.I) состоит, как правило, из двух мембран, образующих мембранную коробку, которая с помощью арматуры крепится к корпусной детали. Узел еильфонного чувствительного элемента состоит из цельнотянутого или сварного сильфона, который также с помощью арматуры соединяется с корпусом прибора.
Отличительной особенностью мембранных и сильфонных чувствительных элементов является то, что несмотря на измерение высоких давлений (до 63x10 Па) механические напряжения, возникающие в чувствительном элементе, незначительны и, как правило, не превышают предела упругости материала, из которого они изготовлены. Толщина мембраны или сильфона при этом составляет (0,7...8)хЮ-4 м.
Как видно из рис. 1.2 успешная работа дифференциального манометра возможна лишь при надежной изоляции одной камеры от другой. Функцию изолятора в данном случае выполняет узел упругого чувствительного элемента. Возникновение несплошности в чувствительном элементе приведет к искажению результатов измерения и в конечном счете вызовет разрушение узла чувствительного элемента. Поэтому высокая герметичность всех сварных соединений узла чувствительного элемента является необходимым условием его успешной работы.
Характер структурных превращений в сплаве 36НХТЮ при термической обработке и его свойства
При проведении предварительных экспериментов (раздел 1.4) было установлено, что прочность сварных соединений из сплава ЗбНХТЮ, выполненных конденсаторной рельефной сваркой в твердом состоянии, после старения резко падает. В то же время прочность сварных соединений, в которых литое ядро расположено в стыке соединяемых элементов, и после старения осталась достаточно высокой.
Поскольку формирование соединения с литым ядром при рельефной сварке деталей резко различной толщины является скорее исключением, чем правилом С20Ц, необходимо выяснить причину снижения прочностных характеристик соединения в твердом состоянии с тем, чтобы наметить пути получения высококачественного соединения узлов упругих чувствительных элементов.
Вероятно, изменение свойств сварного соединения после старения связано со структурными превращениями, происходящими при старении как в основном металле, так и в зоне сварки.
При изучении микрошлифов сварных соединений, выполненных сваркой с расплавлением (рис. 2.1а) и сваркой в твердом состоянии (рис. 2.16), установлено, что микроструктура соединения, выполненного в твердом состоянии, отличается от микроструктуры соединения с расплавлением, во-первых, большей степенью структурной неоднородности, во-вторых, значительной деформацией хзерен приконтактно-го слоя и, в-третьих, наличием физической границы между соединяемыми элементами, а следовательно, и присутствием в зоне соединения дефектов в виде окисных пленок.
Выбор метода исследования электрических и температурных полей при рельефной сварке
В настоящее время широкое распространение получили расчетные методы изучения температурных полей при контактной сварке с использованием ЭЦВМ В,6,9,13,32,49,53,59,60,91,101,102,II5J. В качестве поля внутренних источников тепла при расчете температурных полей используется поле плотности тока в свариваемых деталях. Поэтому, прежде чем принять метод расчета температурных полей, необходимо выбрать методику расчета электрических полей при контактной рельефной сварке.
Изучению электрических полей в свариваемых деталях при контактной сварке посвящены многие работы как советских С6,9,12,26, 31,44,48,49,58,67,72,88,89,91,93Н, так и зарубежных авторов СШ, 113,lid. Вместе с тем сведения об исследовании электрических полей при контактной рельефной сварке в литературе ограничены. Однако можно предположить, что основные положения методики расчета электрических полей при точечной сварке будут справедливы и для рельефной, так как характер распределения тока в обоих случаях имеет одну и ту же природу.
В работе DO проведен подробный анализ существующих методов исследования электрических полей, возникающих при контактной сварке, и сделан вывод о целесообразности использования эксперимент тально-расчетного метода выявления плотности тока при контактной точечной сварке деталей резко различной толщины. Этот метод был принят в данной работе для выявления плотности тока при рельефной сварке. Сущность его состоит в следующем. В увеличенном масштабе изготавливают плоскую модель соединения, которая представляет собой осевое сечение электродов и свариваемых деталей. Материа лом модели может служить электропроводная бумага или металлическая фольга. Авторами 9,493 показана предпочтительность использования модели из металлической фольги. При изготовлении металли ческой модели электропроводность ее различных участков выполня ется пропорциональной электропроводности соответствующих участков реальных образцов. При измерении через модель пропускают постоян ный ток и с помощью щупа определяют значение потенциалов в точках модели. Плотность тока в любой точке модели определяется с помощью закона Ома в дифференциальной форме Jt = Ez/p (где Ez vEx+Ey - напряженность электрического поля в точке с координатами X и у ; О - удельное электросопротивление мате риала модели). Напряженность электрического поля вычисляется на ЭЦВМ с помощью формул численного дифференцирования Лагранжа. Полученные таким образом плотности тока используются в качестве непрерывно действующих источников теплоты в дифференциальном уравнении теплопроводности, с помощью которого производится расчет температурных полей.
Выбор технологической оснастки и метода изготовления рельефа для рельефной сварки по контуру узлов упругих чувствительных элементов
Сборочно-сварочные приспособления наряду с конструкцией соединяемых деталей, а также условиями и параметрами режима сварки, оказывают существенное влияние на качество соединения при рельефной сварке C20J. Для получения высокого и равномерного по периметру шва качества соединения технологическая оснастка, используемая при рельефной сварке по контуру, должна обеспечивать:
1) подвод тока к свариваемым деталям с минимальным числом переходных с опротивлений;
2) надежную и стабильную передачу усилия от привода давления сварочной машины к соединяемым деталям;
3) центрирование свариваемых деталей друг относительно друга с требуемой точностью;
4) контактирование соединяемых деталей с неплоскостностью не выше допускаемой.
Первые три требования могут быть реализованы за счет рационального конструирования оснастки. Разработанная конструкция оснастки для сварки узлов упругих чувствительных элементов представлена на рис. 4.1. Оснастка представляет собой обойму I с посадочным местом под арматуру, в которую по скользящей посадке входит стакан 2. Обойма является корпусом всего приспособления и одновременно служит для подвода тока к арматуре. Обойма изготавливалась из термомеханически обработанной бронзы БрНБТ. В стакане 2, также по скользящей посадке, перемещается электрод 4, рабочая часть которого выполнена из сплава меди с вольфрамом. С целью изоляции электрода от обоймы в стакан запрессована втулка 3 из электроизоляционного материала. Центровка мембраны относительно арматуры происходит по внутреннему диаметру обоймы.
Для ограничения величины неплоскостности контактирования деталей в оснастке приведенной конструкции необходимо обеспечить требуемую неперпендикулярность рабочей поверхности электрода 4 по отношению к посадочной поверхности отверстия под арматуру в стакане I. Одновременно необходимо ограничить неперпендикулярность поверхности рельефа относительно посадочной поверхности на арматуре. Таким образом, суммарная неперпендикулярность при контактировании деталей состоит из неперпендикулярности элементов оснастки и неперпендикулярности поверхностей арматуры.
