CC BY
21
уда 621.793
Кассов В. Д.
МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НАПЛАВКИ ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКОЙ
При наплавке малого числа ело«® для расчета содержания элемента Ме" в и-ом слое наплавки необходимо знать его концентрацию в основном Меа и наплавленном Ме„ металле и доли участия основного металла в металле второго и последующих валиков <pi и доли участия металла предыдущего валика в последующем 8Ш.
Так, концентрацию элемента в и-ом слое наплавки можно определить по формуле
/1/:
Приняв форму сечения усиления наплавленного валика в виде параболы, а форму сечения проплавлення основного металла в виде полуэллипса (рисунок 1), в работе 111 установлено, что долю участия основного металла в металле второго и последующих валиков можно найти по формуле
arcsina + ал/l- а2
-:-. (2)
4/ о , п/
/3 Р+ /2 ,
а долю участия металла предыдущего валика в последующем - по формуле
%+}?, )-Угагшп- Х/гa^Jl-a2 8= ------(3)
Я/ А. 1/ О
/4 + /3 Р
где а - относительный шаг наплавки; /9 - коэффициент усиления, представляющий собой отношение высоты усиления шва к глубине проплавления.
Однако, принятая форма сечения усиления наплавленного валика (в виде параболы) характерна при наплавке самозащитной порошковой проволокой на токах до 250 А. При наплавке порошковой проволокой на больших токах форма сечения усиления валика более точно описывается полуэллипсом. В работе /2/ сделана попытка определить
величины щ и д для такого случая. Однако при выводе зависимости для 6 допущены некоторые упрощения, что при расчете состава металла приводит к значительным погрешностям.
Нами найдены точные зависимости для определения величин щ и <5в случае формы сечения наплавленного валика в виде полуэллипса. Действительно, в этом случае уравнение эллипса с полуосями Ъ/2 и А; имеет вид
х2 Уг
УгГ7*
Откуда находим
Ш2-** (4)
ъ
Тогда площадь сечения наплавленного валика
ьп ыг '_
рк = 2\усЬс=^ ¡^У-х2^^
о " о ,
= ^ [Ь2/2 ■ агсэт(2хЛз) +х/2 ■ ~ ] / 0 2 = ^ ЬЪ
Аналогично находим площадь сечения проплавления основного металла я, .
Итак, площадь сечения слоя
^ = ^ + = ~(к1+И2). (5)
Найдем площадь криволинейного треугольника АМВ. Имеем ыг 2д
Рлш=2 \ -Г =
Я/2 и
= [Ь2/8 • агсят(2х/Ь) +х/2 • ~ х* ]/ =
яЬ.Ь иъ Ь.Н I-г
Ц- агсвт(ЩЬ). ~у V1 - (Н/Ь) .
Аналогично находим площадь криволинейного треугольника АКВ.
Ь/2 __
ни
Тогда площадь криволинейного четырехугольника РАШК составляет
яЬ Ь Н _____
РЛМвк=(-£ - 2 агс*т(Н/Ь)-—- (Н/Ь)2 (6)
\
Обозначая относительный шаг наплавки Н/Ь через а, получим
ль ь н г—7
ГАШК —-— атолла-— \1 — (Х
3 =
яЬ/4
= 1-(агсмп а+ал!\~ а2 ). (?)
Долю участия основного металла в металле второго и последующих валиков найдем по формуле
Рпр ' РАКВ 2
(р1 =-:-=-(агсзта+аыХ-а2 ). , (8)
Р п(1+Р)
Найдем условия, при которых отходы наплавленного металла после чистовой проточки тела вращения, будут минимальными, т.е. площадь сечения усиления валика после чистовой проточки должна быть максимальной.
Из уравнения (4) найдем длину отрезка МС. Имеем
(9)
Тогда площадь усиления валика после проточки будет равна
Ры^ошс^ И,Ьал1\ - а2 . ' (10)
Найдем минимум площади Рм. Для этого, найдем производную функции (10) по а и приравняем ее нулю. Получим
г-5- 1-2 а2
VI — а
Тогда 1-2о?=0. Откуда получим а=^[0,5 & 0,7. Итак, для получения минимальных отходов наплавленного металла после чистовой проточки тела вращения наплавку следует производить с относительным шагом а=0,7. При оптимальном значении а толщина наплавленного слоя после проточки будет равна 0,7/г;.
Найдем площадь отходов сечения усиления наплавленного валика после чистовой проточки. Имеем (см. рисунок 1)
Я/2 д, Я/2 - .-;-
ро-2 / о>- I фьЛ>2 -х2 - Шу - (нАУ
о ° о
= 0,5И1Ь(а^та-а-у!\ -а2 ), (11)
Как установлено в работе /ЗУ, высоту наплавленного слоя тела вращения можно найти из соотношения
2 V а УцВрнъ
В - диаметр наплавленной детали, мм; ан - коэффициент наплавки, г/А-ч; 1с - сварочный ток, А; Уд - скорость наплавки, мм/ч; рн - плотность металла наплавки, г/мм3; Ь - ширина валика, мм. >
Коэффициент у определяет долю оставшегося металла после проточки. При сечении усиления наплавленного валика в форме параболы, коэффициенту равен /3/:
i-" з
Найдем у в нашем случае. Имеем
FM . 2а4\-аг
г- - ,-(14)
FM + F0 arcsina + avl-a2
Для выбора оптимальных режимов наплавки самозащитной порошковой проволокой, обеспечивающих получение заданных характеристик и химического состава наплавленного слоя при условии минимального припуска на механическую обработку, были построены уравнения регрессии, связывающие режимы наплавки с технологическими параметрами процесса.
В итоге получено:
- зависимость сварочного тока 1С, (А) от диаметра детали D (мм):
1с. = 140 +0,7D; (15)
- зависимость коэффициента наплавки ан (г/А-ч) и напряжения дуги U¿ (В) от сварочного тока:
ан = 6,6+5,85-10%,-0,65-la4 1с,2; (16)
Ud= 11,0 + 0,0551С.; (17)
- зависимость ширины наплавляемого валика b (мм) и коэффициента /3 от сварочного тока /Св и скорости наплавки VH (м/ч):
Ь = 12,5 + 0,0251с- 0,10 VH; (18)
¡5 = 0,665 + 0,005051с, + 0,0267 VH - 0,000043 lc,-Vn. . (19)
Выполнив преобразования, аналогичные проведенным в работе /3/, получим квадратное уравнение для определения скорости наплавки:
0.10.2H-a(12,5+0,025IcJVH+ya¡iIc¿>=0, (20) где a=103api¡e(D+e).
Используя полученные зависимости, можно определить оптимальные режимы наплавки тел вращения и состав сердечника порошковой проволоки.
Исходные данные для расчета: hH - общая высота наплавки после механической обработки; п - максимальное число слоев наплавки; D - диаметр наплавляемой детали; Vmim Vmax - минимальная и максимальная допустимая скорость наплавки; Ме" - содержание легирующего элемента в и-ом слое; Ме0 - содержание легирующего элемента в основном металле.
Алгоритм расчета:
1. Определяется сварочный ток 1С. по формуле' (15). При этом, если полученное значение 1Се выходит за пределы 170...400А, то сварочный ток принимается равным предельному значению. -
2. Расчитываются коэффициент наплавки ан по формуле (16) и напряжение дуги Ud - по формуле (17).
3. Число слоев наплавки я полагается равным 1.
4. Определяется высота наплавленного слоя e=h¡/n.
5. Задается относительный шаг наплавки а равным максимальному значению 0,7.
6. Рассчитывается скорость наплавки VH путем решения уравнения (20).
7. Если полученное значение скорости наплавки VH находится в допустимых пределах [Утп, Vmax], то рассчитываются основные параметры процесса наплавки: b - по ^формуле (18); H=ab; р - по формуле (19); <p¡ - по формуле (2) или (8); б - по формуле (3) или
/
8. Если полученное значение Ун не входит в допустимый интервал, то уменьшается относительный шаг наплавки а и расчет повторяется с этапа 6.
9. Если при уменьшении а до минимального значения 0,5 скорость Ун не входит в интервал [У^ У^], то увеличивается число слоев наплавки и, и расчет повторяется с этапа 4. ; '
10. Рассчитывается состав сердечника порошковой проволоки. Для этого:
- определяется химический состав наплавленного металла без примеси основного. Исходя из формулы (1), имеем:
Мея=-1 . (21)
- исходя из известных зависимостей /4,5,6/ химического состава наплавленного металла Мен от композиции газошлакообразующей и легирующей частей порошковой проволоки
Мен =/(Ме,Сгш,Ко,СОг), где Ме,СГШ, СОг - содержание легирующих элементов, газошлакообразующих компонентов и углекислого газа в проволоке при полном разложении карбонатов, %; К0 - основность исходного шлака, рассчитанная по формуле работы /4/, определяется содержание легирующих элементов Ме в проволоке и содержание ферросплавов и газошлакообразующих в шихте сердечника порошковой проволоки по методике работы ¡61.
Данный алгоритм реализован на ПЭВМ в виде паскаль-программы.
Перечень ссылок
1. Карпенко В.М., Кассов В.Д., Бшык Г.Б. Расчет состава металла, наплавленного самозащитной порошковой проволокой вибродуговым способом // Сб. научн. статей. Вып. 2. - Краматорск: ДГМА, 1994. - С. 162-169.
2. Карпенко В.М., Бшык Г.Б., Лившиц М.Г. Расчет состава металла, наплавленного самозащитной порошковой проволокой // Сварочное производство. - 1983. - N 6. -С. 24-25.
3. Лившиц М.Г., Кассов В.Д., Бшык Г.Б. Оптимизация технологических параметров процесса наплавки тел вращения малого диаметра // Сборник научных статей. Вып. 3 -Краматорск: ДГМА, 1996. - С.384-395.
4. Влияние газопшакообразующих компонентов самозащитной порошковой проволоки на переход легирующих элементов в наплавленный металл /Г.Б.Бшык, В. М. Карпенко, Ю. Д. Дорофеев, В. Т. Журба //Автоматическая сварка. - 1980. -Ы 8. - С. 80-82.
5. Карпенко В.М., Бшык Г.Б. Расчет состава самозащитной порошковой проволоки для наплавки // Сварочное производство. - 1982. - N 2. - С. 31-32.
6. Кассов ВД. Расчет на ЭВМ состава самозащитной порошковой проволоки для вибродуговой наплавки // Сварочное производство. - 1990. - N 4. - С. 35-36.
