Введение к работе
Актуальность работы. В авиационной и автомобильной промышленности широко используются детали из алюминиевых сплавов, выполненные методами литья. Все отливки можно подразделить на корпусные герметичные детали сложной формы переменной жесткости, массивные отливки плоской формы и малогабаритные отливки различной конфигурации. Для изготовления отливок применяются сплавы систем Al-Si, Al-Mg, Al-Si-Mg и Al-Cu-Mn.
Практический опыт показывает, что при изготовлении отливок возникают дефекты в деталях в виде литейных трещин, литейной рыхлоты, окисления границ зерен и включений оксидных пленок. В зависимости от формы и конфигурации отливки процент дефектных деталей может изменяться от 10 до 28%.
Малогабаритные отливки, содержащие дефекты, как правило, направляют на повторный переплав. Отливки сложной формы и плоские массивные отливки подвергаются ремонту с применением ручной аргонодуговои сварки.
Процесс ремонта отливки включает операции зачистки поверхности вдоль трещины, засверловки концов трещины, выборки дефектного участка с последующей заваркой разделки с заполнением присадочным металлом.
Применяется также вариант ремонта с полным удалением дефектного участка отливки с последующей варкой в отливку специальной вставки.
При ремонте отливок с применением методов сварки плавлением и, в частности, ручной аргонодуговои сварки, в сварных соединениях возникают новые дефекты в виде пор, а также трещин по металлу шва и зоне сплавления. При этом распределение дефектов сварных соединений существенно зависит от типа и конфигурации отливки, а также от марки сплава.
В связи с этим актуальной является разработка технологических мер по предотвращению повторного возникновения дефектов в сварных соединениях при ремонте отливок.
Цель и задачи работы. Цель работы - повышение качества ремонта отливок из алюминиевых сплавов за счет предотвращения повторного возникновения дефектов в сварных соединениях на ремонтируемом участке отливки.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Установить причины образования дефектов в виде пор и трещин в сварных соединениях при ремонте отливок методами сварки;
Определить влияние размеров и жесткости ввариваемой вставки на распределение напряжений и вероятность возникновения трещин в ремонтируемой отливке;
Оценить эффективность применения метода сварки трением с перемешиванием для ремонта отливок плоской формы;
Исследовать влияние параметров сварки трением с перемешиванием (СТП) на структуру и свойства сварных соединений литейных алюминиевых сплавов;
Сформулировать технологические рекомендации по ремонту отливок из алюминиевых сплавов.
Методы исследований. В работе для определения причин возникновения дефектов при ремонте отливок методами сварки, а также при анализе и интерпретации полученных результатов использовались экспериментальные методы исследований. Для подтверждения достоверности полученных результатов применялись методы разрушающего и неразрушающего контроля, металлографического анализа, статистические методы обработки результатов экспериментов.
Научная новизна.
1. На основе результатов исследования газовыделения при нагреве
литейных алюминиевых сплавов показано, что образование крупной
пористости в швах при ремонте отливок определяется выделением на стадии
нагрева газов типа СО и СХНУ в интервале температур, ниже температуры
ликвидуса сплава;
Установлено, что формирование мелкой равномерно распределенной пористости происходит в последние моменты кристаллизации металла шва, и оно связано с изменением растворимости водорода при переходе сплава из жидкой фазы в твердую;
Установлено, что для снижения напряжений в сварных соединениях ремонтируемой отливки корпусных деталей методом варки вставки целесообразно саму вставку изготавливать из деформируемого алюминиевого сплава с достаточно высокой пластичностью. Наилучшим комплексом свойств обладают сочетания сплавов ВАЛ 16 + АМг2 и АЛ9 + В1341;
4. Предложен механизм измельчения структуры металла шва при
сварке трением с перемешиванием по сравнению с исходным металлом
отливки, который основывается на действии деформаций сдвига при течении
пластифицированного металла в коленообразном канале между твердой
кромкой и инструментом.
Обоснованность и достоверность научных положений и выводов обеспечивается применением современных методов исследований, непротиворечивостью полученных результатов уже известным результатам, практикой использования технологии ремонта отливок, разработанной на основе научных положений и выводов, полученных в данной работе.
Практическая ценность и реализация работы. Практическая ценность результатов работы заключается в том, что разработанная технология ремонта отливок из алюминиевых сплавов существенно повышает качество выполняемого ремонта и сокращает затраты на его
выполнение. Результаты исследований позволили разработать и внедрить технологию ремонта литых корпусов автоматических коробок передач автомобилей фирмы «Audi». Технологический процесс ремонта плоских массивных отливок с применением сварки трением с перемешиванием дал положительные результаты при его опробовании в производственных условиях на ряде машиностроительных предприятий.
Разработанная в диссертации технология ремонта отливок из алюминиевых сплавов применяется на ряде автосервисных предприятий, а также в рамках соглашения передана на предприятия фирмы «Audi» для устранения дефектов в отливках картеров автоматических коробок передач.
На защиту выносятся:
1. Результаты экспериментальных исследований процессов
образования пор при сварке плавлением литейных алюминиевых сплавов.
Результаты измерения остаточных напряжений в ремонтируемой отливке в зависимости от жесткости ввариваемой вставки и вариант снижения остаточных напряжений в ремонтируемой отливке за счет вварки вставки из пластичного деформируемого алюминиевого сплава.
Предложенный механизм измельчения структуры металла шва при сварке трением с перемешиванием, основанный на проявлении деформаций сдвига при течении пластифицированного металла в коленообразном канале между твердой кромкой и инструментом.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на:
1. III Всероссийской научно-практической конференции «Развитие
инновационного потенциала отечественных предприятий и формирование
направлений его стратегического развития». Пенза, ноябрь 2005.;
2. Всероссийской научно-технической конференции «Новые
материалы, прогрессивные технологические процессы и управление
качеством в заготовительном производстве». Рыбинск, 20-21 сентября 2007.;
3. Международной конференции «Молодые учёные -промышленности, науке, технологиям и профессиональному образованию: проблемы и новые решения». Москва, МГИУ, 19-23 ноября 2007г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 2 статьи в журналах входящих в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, 6 докладов и 1 патент на изобретение.
Структура и объём работы. Диссертация изложена на 164 страницах, содержит 83 рисунка, 19 таблиц и состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 100 наименований.
