Введение к работе
Актуальность темы. Полосы из инструментальных сталей применяются для изготовления ленточных пил, ножей и многих других изделий. При изготовлении непрерывных ленточных пил большей частью используется контактная сварка оплавлением, которая позволяет получить надежно работающие сварные соединения. Наметилась тенденция к использованию особо тонких полос, более стойких при работе в условиях резкой знакопеременной нагрузки и обеспечивающих разрезание материалов с меньшей затратой энергии. Однако при толщинах полос 1мм и менее возникают затруднения, вызванные образованием в соединениях дефектов. Природа этих дефектов связана с особенностями протекания процесса оплавления, а также потерей устойчивости кромок при осадке. Нам предстояло выявить эти особенности и с учетом их создать лабораторный образец оборудования, на котором можно было бы проверить сделанные предположения и снизить вероятность образования дефектов.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с темами:
№1.77/3 "Разработка экономичных преобразователей энергии для
сварки, пайки и термообработки, оптимизация их характеристик по
технологическим параметрам" шифр темы 1.6.1.1.77.3 выполненной
по распоряжению бюро ОФТПМ НАН Украины; №1/7
"Исследование технологических и энергетических особенностей использования переменных токов широкого спектрального состава при контактной сварке, разработка автоматизированных генераторов таких токов и технологий ", шифр темы 1.6.1.1.7 выполненной по распоряжению бюро ОФПТМ НАН Украины (протокол №8 от 13.05.97.).
Цель работы - разработка новой технологии контактной стыковой сварки металлических полос толщиной 1 мм и менее, в частности режущего ленточного инструмента сечением 0,8X25,0 мм из сталей У8, У8А , а также термической обработки сварных соединений из этих сталей для получения экономичного деревообрабатывающего инструмента с высокими эксплуатационными свойствами.
Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие задачи:
исходя из критериев физического подобия протекающих при оплавлении процессов, изучены и проанализированы особенности непрерывного оплавления тонких полос, выявлены определяющие критерии;
установлены и обоснованы эффективные пути по борьбе с образованием дефектов в сварных соединениях, на их основе
2
разработана технология контактной стыковой сварки
оплавлением гибкого режущего инструмента;
разработано лабораторное оборудование, реализующее данную технологию сварки;
- на основании проведенных всесторонних исследований сварных соединений разработана технология их термической обработки.
Методы исследований. Исследования проводились с
применением физического моделирования изучаемых процессов,
математического моделирования лабораторного сварочного
оборудования, осциллографического и дилатометрического
наблюдений, измерения микротвердости, исследования шлифов сварных соединений, механических испытаний.
Научная новизна полученных результатов:
-
Установлен новый определяющий критерий физического подобия процесса оплавления тонких полос (1 мм и менее), связывающий частоту переменного тока f с линейным размером / (в данном случае с толщиной полосы). Из этого критерия вытекает соотношение /~ 1 / Р, из которого следует необходимое повышение частоты переменного тока при уменьшении толщины полосы. При устойчивом оплавлении это соотношение обеспечивает геометрическое подобие рельефа оплавляемых поверхностей, что является одним из главных условий получения соединений высокого качества.
-
Установлено, что известный критерий подобия пластических деформаций в данном случае не является определяющим. Быстрое обновление жидкого металла на оплавляемой поверхности (скорость оплавления Уопл ~ 1 /1 ) и благоприятный рельеф поверхностей (глубина кратеров ~ III) позволяют получать соединения без макродефектов при низких давлениях по сравнению с рекомендуемыми для полос большей толщины.
3. Разработана и исследована, с учетом особенностей
оплавления, математическая модель тиристорного инвертора,
позволяющая выбрать основные параметры его элементов (диодов,
тиристоров, коммутирующей емкости, коммутирующей
индуктивности и т.д.).
На защиту выносятся такие научные положения:
-
Соотношение, вытекающее из подобия тепловых процессов, которое связывает частоту переменного тока с линейным размером.
-
Возможность получения соединений при низких давлениях во время осадки.
3. Целесообразность использования преобразователей,
обеспечивающих получение прямоугольного выходного напряжения
повышенной частоты.
-
Математическая модель, которая позволяет выбрать основные параметры тиристорного инвертора, работающего в специфических условиях контактной сварки.
-
Новая технология контактной стыковой сварки оплавлением, отличающаяся использованием напряжения прямоугольной формы повышенной частоты, низким давлением при осадке, и режимом сварки, полученным с помощью определяющих критериев физического подобия.
Практическое значение полученных результатов состоит в том, что определены требования к новому оборудованию для сварки оплавлением тонких (1 мм и менее) полос из инструментальных сталей.
Реализация результатов работы.
Разработанная технология сварки формирующей ленты сечением 1X25 мм из низкоуглеродистой стали прошла опытно-промышленную проверку в Украинском научно-исследовательском институте авиационных технологий.
Проведена опытно-промышленная проверка новой технологии сварки и термической обработки ленточных пил сечением 0,8X25,0 мм из инструментальных сталей в Киевской коммерческой фирме "НАВКО".
Личный вклад соискателя. Автор произвел анализ процесса оплавления тонких пластин, пользуясь критериями физического подобия тепловых и электромагнитных процессов, протекающих при сварке. Результаты анализа проверены автором экспериментально. Обоснована возможность получения качественных сварных соединений тонких полос с использованием токов повышенной частоты. Учитывая особенности работы стыковых машин, выбрана схема преобразователя частоты.
Разработана методика расчета отдельных его частей. Собрана и налажена система преобразования электрической энергии, выполнена экспериментальная работа с целью оценки перспективности новой системы питания для контактной стыковой сварки оплавлением.
Разработана новая технология контактной стыковой сварки оплавлением гибкого режущего инструмента сечением 0,8X25,0 мм из инструментальных сталей У8, У8А, а также разработана технология их термической обработки.
Апробация результатов диссертации. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на
4 специализированном семинаре при Институте электросварки им.Е.О.Патона НАН Украины (Киев, 17.02.2000 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 статьи в научных журналах.
Структура работы. Диссертационная работа состоит из вступления, пяти разделов с выводами по каждому разделу, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа имеет 150 страниц, в том числе 100 машинописного текста, 43 рисунка, 10 таблиц, список использованной литературы с 114 наименованиями.