CC BY
38
щие свойства модифицированных покрытий (варианты Б-1, Б-2, Б-3).
Специалисты отрасли уверены, что новая продукция будет пользоваться повышенным спросом у потребителей благодаря своим уникальным водо-и маслоотталкивающим свойствам.
Список литературы
1. Соединения фтора: Синтез и применение / Пер. с япон; под ред. Н. Исикавы. — М.: Мир, 1990. — 407 с.
2. Пат. 2045544 РФ. Амиды и эфиры перфторполиок-саалкиленсульфо- или перфторполиоксаалкиленкарбоновых кислот и способ их получения / Н.А. Рябинин, А.Н. Ряби-
нин. — № 94004093/05; заявл. 04.02.1994; опубл. 10.10.1995. Бюл. № 28.
3. Пат. 2046127 РФ. Способ получения полиперфтор-пропиленоксида / Н.А. Рябинин, Г.З. Сергеева [и др.]. — № 93057895/04; заявл. 29.12.1993; опубл. 20.10.1995. Бюл. № 29.
4. Пат. 2280653 РФ. Способ получения алкидных смол / С.М. Гайдар, С.П. Круковский, А.А. Ярош [и др.]. — № 2005115560/04; заявл. 24.05.2005; опубл. 27.07.2006. Бюл. № 21.
5. Пат. 2280662 РФ. Способ получения лакокрасочных покрытий / С.М. Гайдар, С.П. Круковский, А.А. Ярош [и др.]. — № 2005115559/04; заявл. 24.05.2005; опубл. 27.07.2006. Бюл. № 21.
УДК 621.791.927.6
В.В. Булычев, канд. техн. наук, доцент
ГОУ ВПО «Московский государственный техническуц университет имени Н.Э. Баумана» (Калужский филиал) Р.А. Латыпов, канд. техн. наук, доцент
ГОУ ВПО «Московский государственный вечерний металлургический институт»
ИССЛЕДОВАНИЕ СКОЛЬЖЕНИЯ ПРОВОЛОКИ ПО ПОДЛОЖКЕ ПРИ ЕЕ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОЙ ПРИВАРКЕ
Процесс электроконтактной приварки (ЭКП) проволоки позволяет восстанавливать и упрочнять рабочие поверхности широкой номенклатуры деталей машин. Одним из основных показателей качества полученного ЭКП металлопокрытия является прочность его соединения с поверхностью детали. В связи с этим повышение стабильности прочностных свойств приваренного слоя является важной практической задачей.
Процесс ЭКП — частный случай реализации сварки давлением. Образование соединения проволоки с поверхностью детали происходит в общем случае без расплавления металлов. Локальное плавление соединяемых объемов на контактном сопротивлении в принципе возможно, но образующиеся объемы расплавленного металла выдавливаются при осадке проволоки из зоны контакта на периферию и не влияют на общие закономерности формирования соединения.
Большинство исследователей сходятся во мнении, что роль пластической деформации при сварке давлением заключается в генерировании различного рода дефектов кристаллической решетки (дислокаций, вакансий и т. д.), обладающих повышенной энергией и являющихся активными центрами образования очагов схватывания [1, 2].
В работе [1] приведены зависимости, связывающие рост прочности соединения с частотой выхода на поверхность активных центров, возникающих по дислокационному механизму:
— = эХО), сИ
где хс — прочность соединения в относительных единицах; ? — время; э — площадь активного центра; Х(?) — частота образования активных центров.
После принятия ряда допущений получена зависимость
где б — осадка проволоки.
Известно, что пластическая деформация осаживаемой проволоки неравномерна. Максимальная интенсивность пластического течения имеет место в поверхностных слоях зоны контакта. Причинами этого являются локализация пластического деформирования в вершинах микровыступов шероховатостей поверхности, а также снижение напряжения деформирования металла из-за возникновения в поверхностных слоях касательных напряжений т вследствие растекания проволоки по поверхности подложки.
Появление в зоне контакта касательных напряжений резко интенсифицирует процесс схватывания металлов [3, 4]. Еще в большей мере схватывание облегчается при относительном скольжении контактирующих поверхностей [5, 6]. В связи с этим физическим параметром, определяющим условия сварки, правильнее считать не осадку, а степень растекания металла в плоскости соединения [3].
Достижение т величины силы трения/^ приводит к относительному скольжению соединяемых поверхностей и дальнейшему повышению прочности образующегося сварного соединения. Так, увеличение осевой деформации еос привариваемой проволоки до 0,6 за счет притормаживания роликового электрода позволило почти в 3 раза повысить прочность соединения проволоки из стали 30ХГСА с деталью из стали 40Х [7]. Однако так как при любом значении осевой деформации т = /,р, то напряжения деформирования и степень пластической деформации проволоки должны быть постоянны. Соответственно, должна быть неизменной плотность активных центров, а следовательно, и прочность соединения проволоки с поверхностью детали, что противоречит экспериментам. Имеющее место значительное повышение прочности соединения при скольжении также трудно обосновать только более благоприятными условиями удаления окисных и гидроокис-ных пленок из зоны контакта.
Причину повышения прочности соединения следует искать в изменении свойств поверхностных слоев металла при сухом трении в контакте [5, 6], которое имеет место при скольжении деформируемой проволоки. Так, еще в 1933 г. А.В. Степановым было высказано предположение, что под действием давления и повышения температуры из-за трения узкий поверхностный слой переходит в энергетическое состояние, аналогичное расплавленному [8]. Причиной этого является резкое повышение плотности вакансий в кристаллической решетке (атом-вакансионное состояние) соединяемых металлов из-за аннигиляции клубков дислокаций. Таким образом, для повышения эффективности процесса ЭКП целесообразно исследовать особенности скольжения деформируемой проволоки при ее приварке.
При осадке проволоки ее скольжение по поверхности детали осуществляется как в поперечном, так и в осевом направлении. Суммарное перемещение 5пр проволоки 1 относительно поверхности 2 в произвольной точке А будет состоять из осевой 5 и поперечной 5 составляющих (рис. 1):
Особенности пластического течения осаживаемой проволоки в поперечном направлении 5п исследовали на цилиндрических свинцовых моделях диаметром Ам = 14 мм. На торцы моделей наносили координатную сетку. Модели деформировали между двумя параллельными плитами (рис. 2).
Осадку моделей є рассчитывали по зависимости
е = -
А„ - к
А
высота осаженной модели.
При каждом значении осадки величину поперечного скольжения рассчитывали по выражению
5п = 0,5Ь - АЛ (1)
где Ь — ширина контакта между моделью и плитой; Ак — длина дуги недеформированной модели, образующей контакт шириной Ьк.
Множитель 0,5 в правой части выражения (1) учитывает разнонаправленное растекание проволоки относительно оси АВ (рис. 2б).
Длина дуги
А =
2п
А.
8Пр ->/8Ос +8п
А,
где а — угол, образующий дугу Ьк; N. — количество ячеек координатной сетки, образующих на деформированной модели контакт шириной Ьк; Нс — размер ячейки координатной сетки недеформированной модели.
Осмотр деформированных моделей показал, что в диапазоне изменения осадки б = 0,4...0,7 ширина контакта формируется из дуги длиной ь\ = 0,3лА.
При б < 0,4.. .0,5 контакт формируется преимущественно за счет осадки образца без его растекания по поверхности опорной плиты. Осадка б ~ 0,4 соответствует равенству Ь к ~ Ьк, что свидетельствует об отсутствии скольжения металла модели по поверхности опорной плиты (т </тр). При дальнейшем
Рис. 2. Сечение деформированной свинцовой модели при £ = 0 (а) и £ = 0,4 (б)
деформировании образца увеличение контакта Ьк происходит преимущественно за счет растекания поверхности образца длиной Ь к. Учитывая вышеизложенное, величину поперечного скольжения деформированной проволоки при є > 0,4 рассчитывали по зависимости
6,6,6 пр’ п’ 01
5п = 0,5(ьк - 0,3п^пр).
(2)
При допущении, что радиус г кромок и высота Н деформированного сечения связаны зависимостью г ~ 0,5Н, получим
ь -
к _ Н 4 ,
ГЧ* V»
где Л — площадь сечения осаженной проволоки.
(3)
Изменение площади сечения осаживаемой проволоки вызвано ее осевой деформацией
Ьв Ьпр
р =------------—
сос ь ’
Ьпр
где Ьв — длина приваренной проволоки; Ьп привариваемой проволоки.
Тогда
Л * = 0,25я^п2р
(4)
длина
1 (5)
1 + £ос
Подставляя (4) и (5) в (3), а также учитывая, что Н = ^пр(1 - є), (6)
получим
^пр і1 -є)
К =■
4
(1 -е)-2 (1 + е ос )-1 -1]. (7)
Подставляя (7) в (2), получим 8 п = ^пр (0,125 [(1 - е)"1 (1 + е оС Г1 + е] - 0,275).
Осевое скольжение 5оС при приварке единичной площадки составит
5ос = еосОТ,
т = лпОд(/и + ^
где т — длина единичной площадки приваренного металла; п — частота вращения детали; Б — диаметр детали; Ьи, Ь — продолжительность импульса и паузы тока приварки.
Расчеты показали, что при любой фиксированной осадке е увеличение еос приводит к значительному росту проскальзывания проволоки 5пр по поверхности детали. При еос > 0,2...0,3 рост 5пр становится практически линейным. Так, при е = 0,6 и т = 2 мм увеличение еос с 0,3 до 0,6 приводит к повышению 5пр с 0,67 до 1,2 мм (рис. 3).
С уменьшением осадки роль осевого деформирования в интенсификации скольжения прива-
Осевая деформация
Рис. 3. Влияние осевой деформации £ос на проскальзывание проволоки при £ = 0,6
риваемого металла повышается. На практике повысить осевую деформацию привариваемой проволоки можно за счет притормаживания роликового электрода [7].
Определение осевой деформации єос в процессе приварки можно легко осуществить, подсчитав число оборотов детали N и роликового электрода Ыэл:
1 - кЛ / \ (И + (п ( °эп N ЭЛ 1
V у ОО 1 Яд N)
где кс — коэффициент, учитывающий частичное проскальзывание электрода во время паузы и определенный опытным путем, кс ~ 0,75.0,8; Пэл — диаметр электрода.
Таким образом, совместный учет осадки и осевой деформации проволоки позволяет наиболее полно охарактеризовать условия ее растекания по поверхности детали, а их контроль в процессе ЭКП — повысить стабильность качества восстановленных и упрочненных деталей.
Список литературы
1. Каракозов, Э.С. Соединение металлов в твердой фазе / Э.С. Каракозов. — М.: Металлургия, 1976. — 264 с.
2. Каракозов, Э.С. Состояние и перспективы восстановления деталей электроконтактной приваркой материалов / Э.С. Каракозов, Р.А. Латыпов, Б.А. Молчанов. — М.: Ин-формагротех, 1991. — 84 с.
3. Гельман, А.С. Основы сварки давлением / А.С. Гельман. — М.: Машиностроение, 1970. — 312 с.
4. Красулин, Ю.Л. Микросварка давлением / Ю.Л. Кра-сулин, Г.В. Назаров. — М.: Металлургия, 1976. — 160 с.
5. Гаркунов, Д.Н. Триботехника / Д.Н. Гаркунов. — М.: Машиностроение, 1985. — 424 с.
6. Семенов, А.И. Трение и адгезионное взаимодействие тугоплавких материалов при высоких температурах / А.И. Семенов. — М.: Наука, 1972. — 160 с.
7. Булычев, В.В. Электроконтактная наварка проволокой с торможением роликового электрода / В.В. Булычев, В.В. Зезю-ля // Сварочное производство. — 2009. — № 11. — С. 8-12.
8. Крагельский, И.В. Развитие науки о трении / И.В. Крагельский, В.С. Щедров. — М.: Изд-во Академии наук СССР, 1956. — 236 с.
Р =
ос
