Техника наплавки алюминия бронзы на сталь
РАЗРАБОТКА ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ НАПЛАВКИ АЛЮМИНИЕВОЙ БРОНЗЫ НА СТАЛЬ КОМБИНИРОВАННЫМ АРГОНОДУГОВЫМ СПОСОБОМ
Орлик Геннадий Владимирович
Современная отечественная энергетика развивается в соответствии с долгосрочной Энергетической программой строительства мощных ТЭС, ТЭЦ и АЭС. В то же время Энергетическая программа предусматривает экономию энергоресурсов во всех сферах их использования. Высокоэффективным способом экономии использования топлива является комбинирование выработки теплоты и электрической энергии.
Высокий технический уровень паровых турбин по экономичности и надёжности, маневренность, а также хорошая приспосабливаемость к различным тепловым схемам и потребителям механической энергии, при широких диапазонах изменения параметров пара, значительно расширили диапазон применения паровых турбин малой мощности. Повышение качества и увеличение эксплуатационной надёжности систем автоматического регулирования частоты вращения и давления пара в отборах поставило ряд задач по увеличению антифрикционных свойств пар и узлов трения.
Основные проблемы получения высококачественного бронзового покрытия на низкоуглеродистой стали связаны с образованием в процессе нанесения антифрикционного слоя ряда характерных дефектов и, в первую очередь, трещин на границе сплавления «бронза-сталь». Указанные дефекты существенно снижают работоспособность антифрикционного слоя.
Известные способы нанесения антифрикционных покрытий не во всех случаях обеспечивают требуемое качество наплавляемого слоя и зоны сплавления, что ограничивает срок эксплуатации необслуживаемых энергетических установок. В связи с этим приобретают большое значение работы, направленные на изучение комбинированных способов нанесения покрытий с целью повышения качества наносимого антифрикционного слоя.
Целью работы является повышение качества наплавленного слоя путём использования комбинированного аргонодугового способа наплавки.
Методы исследования. Основные задачи работы решались на основе сочетания теоретических и эксперимЪнтальных методов исследования. Теоретические расчёты базировались на аппарате теории теплопроводности и классической теории электромагнетизма.
Теоретические расчёты тепловых полей в случае наплавки наружной поверхности полого цилиндра проводились на основе аналитической модели, учитывающей ограниченность наплавляемого изделия по длине. При оценке вероятности порообразования в наплавленном слое рассматривался баланс сил, действующих на движущуюся пору в вязком металле. Для определения оптимальных температурных условий работы неплавящегося вольфрамового электрода использована модель, основанная на конечно-разностной аппроксимации стационарного нелинейного уравнения теплопроводности. Численное решение осуществлялось по явной разностной схеме методом сквозного счёта на установление.
Экспериментальный метод исследования состоял в записи термических циклов точек наплавляемого цилиндра с помощью специального измерительного комплекса. Комплекс позволяет осуществлять одновременный опрос десяти хромель-алюмелевых термопар с частотой 40 Гц. Остаточные напряжения в наплавленном слое определяли методом голографической интерферометрии на измерительном комплексе «ЛИМОН ТВ». Для экспериментального определения потока магнитной индукции использовался комбинированный прибор Ш1- 8, с зондом «С». Измерения геометрии профиля наплавленного слоя выполнялись на профилографе-профилометре модели 201.
Для определения внутренних и наружных дефектов в наплавленном металле и зоне сплавления применяли методы капиллярной и ультразвуковой дефектоскопии. Структуру наплавленного слоя исследовали с помощью оптической металлографии.
При исследовании геометрии наплавленного слоя использовался аппарат математической статистики.
Научная новизна работы. Проведённый анализ показал, что болыиинст - • во способов наплавки не обеспечивают возможность получения антифрикцион
ных свойств бронзового покрытия за один проход. Альтернативой традиционным является комбинированный двухдуговой способам наплавки, позволяющим гибко регулировать величину тепловложения как в основной металл, так и в присадочную проволоку.
Установлено, что электромагнитное взаимодействие основной и вспомогательной дуг, оказывает существенное влияние на качество технологического процесса комбинированной наплавки. Экспериментальные исследования показали, что при увеличении тока в присадочной проволоке (ток вспомогательной ^ дуги) от 60 до 150 А, приводит к отклонению оси дуги неплавящегося электро
да (основная дуга) на угол от 15 до 40 градусов. Полученные данные по взаимному влиянию магнитных полей могут быть использованы для исследования двухдуговых способов сварки и наплавки.
Проведённые опыты показали, что снижение степени сосредоточенности дуги, за счёт использования в качестве неплавящегося электрода (катода) цилиндрического плоскозаточенного вольфрамового прутка, приводит к повышению технологических характеристик наплавленного слоя.
Практическая ценность работы. Применение комбинированного аргоно - ^ дугового способа наплавки алюминиевой бронзы на низкоуглеродистую сталь
позволяет гибко регулировать тепловложения в основной металл и присадочную проволоку, что повышает качество антифрикционного слоя.
Разработаны практические рекомендации и технология по использованию процесса комбинированной аргонодуговой наплавки.
Реализация результатов работы. Разработанная технология и оборудование прошли опытно-промышленное апробирование и внедрение на ОАО «Калужский турбинный завод» с экономическим эффектом 168 тыс. рублей за
2001 г.
«
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на научном семинаре кафедры М2-КФ «Технологии сварки» КФ МГТУ им. Н. Э. Баумана; на научном семинаре МТ-7 «Технологии и оборудование сварочного производства» МГТУ им. Н. Э. Баумана в 2001г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из_введе - ния, четырёх глав, списка литературы и приложения. Изложена на 150 страницах машинописного текста, содержит 60 рисунков, 17 таблиц и 105 наименований литературных источников и приложения.
