Модернизация разрывной машины 2167р-50 для исследования прочности сварных соединений

Поднебенная С.К.; Бурлака В.В.; Гулаков С.В.; Кисляк В.Г.

Серiя: TexHÏ4HÏ науки p-ISSN: 2225-6733; e-ISSN: 2519-271X

2018р.

Вип. 36

ЗВАРЮВАЛЬНЕ ВИРОБНИЦТВО

УДК 621.791.03, 621.314.2, 621.316.727 doi: 10.31498/2225-6733.36.2018.142532

МОДЕРН1ЗАЦ1Я РОЗРИВНОÏ МАШИНИ 2167Р-50 ДЛЯ ДОСЛ1ДЖЕННЯ М1ЦНОСТ1 ЗВАРНИХ З'еДНАНЬ

Метою роботи е модертзащя розривног машини 2167Р-50 та до^дження мщно-cmi зварних з 'еднань при контактному зварювант, що отриман в результатi зва-рювання на машит, що оснащена розробленим авторами пристроем стабтзацп тепловидтення. Розроблена принципова електрична схема блоку управлтня розри-вною машиною, створене спещальне програмне забезпечення, яке дозволяе експор-тувати отримат результати в MS Excel. За допомогою модертзованог розривног машини проведен до^дження зварних з 'еднань при роботi машини контактного зварювання iз розробленим пристроем стабтзацп тепловидтення. В результатi проведених до^джень встановлено, що при внесенн феромагнтних мас до зва-рювального кола вiдбуваеться зменшення мiцностi зварних з'еднань. Оснащення машин контактного зварювання розробленим пристроем стабтзацп тепловидi-лення дозволяе знизити вплив змти опору зварювального кола, що призводить до збтьшення мiцностi зварних з 'еднань у порiвняннi з роботою машини без означе-ного пристрою. Практична цттсть запропонованого пристрою полягае у тдви-щенн якостi зварних з 'еднань за рахунок зменшення впливу зовтштх збурень на процес зварювання.

Ключовi слова: контактне зварювання, розривна машина, зварювальне коло, ста-бтзащя тепловидтення.

Поднебенная С.К., Бурлака В.В., Гулаков С.В., Кисляк В.Г. Модернизация разрывной машины 2167Р-50 для исследования прочности сварных соединений. Целью работы является модернизация разрывной машины 2167Р-50 и исследование прочности сварных соединений при контактной сварке, полученные в результате сварки на машине, оснащенной разработанным устройством стабилизации тепловыделения. Разработана принципиальная электрическая схема блока управления разрывной машиной, создано специальное программное обеспечение, которое позволяет экспортировать полученные результаты в MS Excel. С помощью модернизированной разрывной машины проведены исследования сварных соединений при работе машины контактной сварки с разработанным устройством стабилизации тепловыделения. В результате проведенных исследований установлено, что при внесении ферромагнитных масс в сварочную цепь происходит уменьшение прочности сварных соединений. Оснащение машин контактной сварки разработанным устройством стабилизации тепловыделения позволяет снизить влияние изменения сопротивления сварочной цепи, что приводит к увеличению прочности сварных со-

1 канд. техн. наук, доцент, докторант, ДВНЗ «Приазовський державний техшчний ушверситет», м. Марiуnоль, podsvet@,smail. сот

2 канд. техн. наук, доцент, ДВНЗ «Приазовський державний техшчний ушверситет», м. Марiуполь, VladimirV.Burlaka@яmail. сот

3 д-р техн. наук, професор, ДВНЗ «Приазовський державний техшчний умверситет», м. Марiуполь, гШаЬэу s [email protected]

4 майстер виробничого навчання, ДВНЗ «Приазовський державний техшчний ушверситет», м. Марiуполь

2018р.

Серiя: Техшчш науки p-ISSN: 2225-6733; e-ISSN: 2519-271X

Вип. 36

единений по сравнению с работой машины без указанного устройства. Практическая ценность предлагаемого устройства заключается в повышении качества сварных соединений за счет уменьшения влияния внешних возмущений на процесс сварки.

Ключевые слова: контактная сварка, разрывная машина, сварочная цепь, стабилизация тепловыделения.

S.K. Podnebennaya, V.V. Burlaka, S.V. Gulakov, V.G. Kysliak. Upgrading of the 2167P-50 tensile machine for investigation of the strength of welded joints. The purpose of the work is to upgrade the 2167P-50 tensile machine and to investigate the strength of welded joints made by contact (resistance) welding, obtained by welding on a machine equipped with a developed heat energy stabilization device. The microcontroller based control unit for the tensile machine has been developed and built. The microcontroller software performs closed-loop speed control of the tensile machine DC drive built using half-controlled single phase bridge rectifier (two diodes + two thyristors), measurement of a tensile force using strain gauge, measurement of the clamp displacement using incremental optical encoder and transmitting the data to the PC via RS232 interface. Special PC software has been written that allows to export the results to MS Excel for further processing. With the help of an upgraded tensile machine, the welded joints made with a resistance welding machine with a developed heat stabilization device were tested. Heat stabilization device performs measurement of voltage and current of the primary winding of the welding transformer and, knowing the transformer parameters, calculates the active power dissipated in the contact (welding) area. This active power is then integrated giving the heat energy in the welding area, and compared against preset threshold value. When calculated energy exceeds threshold, the welding current is switched off -the welding cycle ends. As a result of the conducted investigations it was established that when ferromagnetic masses are put into the welding current loop, the strength of the welded joints decreases. The equipment of resistance welding machines with the developed heat stabilization device makes it possible to reduce the effect of changing the resistance of the welding circuit, which leads to an increase in the strength of welded joints compared to the operation of the machine without a specific device. The practical value of the proposed device is to improve the quality of welded joints by reducing the influence of external disturbances on the welding process.

Keywords: resistance welding machine, tensile machine, welding circuit, stabilization of heat energy.

Постановка проблеми. Стутнь впливу та Bipor^mcTb виникнення факторiв, що негативно впливають на процес контактного зварювання, вардаються та можуть по^зному впливати на якють зварювання в залежносп вщ режимiв, умов зварювання, стутню зносу обладнання та ш. [1]. При цьому показник якосп зварних з'еднань (мщнють, розмiри литого ядра) е функщею багатьох змшних f(qh ф2, ф3, ф4--- Фп), де ф1 = Qee - енерпя зварювання, ф2 = 1зв - зварювальний струм, ф3 = Uee - напруга на електродах, ф4 = Ree - отр дшянки «електрод-електрод», ф5 = F'зв -зусилля стиснення - параметри режима зварювання та величини, що характеризують збурюючi впливи [1]. Одночасний вплив кшькох збурюючих факторiв може змшювати показник якосп зварних з'еднань на величину

i таким чином, навггь при малих Дф. !х одночасний вплив може суттево попршити якють зварних з'еднань [1]. Тож проблема стабшзацп зварювальних процешв, вщ протшання яких залежить якють нероз'емних з'еднань при контактному точковому зварюванш, е актуальною та важливою.

Аналiз останшх дослщжень i публжацш. На сьогодшшнш день ведуться дослщження методiв тдвищення якосп зварних з'еднань, серед яких бшьшють полягае у розробщ систем управлшня з компенсащею вщхилень та коливань напруги, зi стабшзащею зварювального струму та енергп, що видшяеться у зварювальному контакт [1-8]. Ще одним вщомим способом

Af «ф Am + f Дот, + f Am +... + Дот

J Оф ' 1 Оф, ' 2 Оф ' 3 Офп ' Г.

n

(1)

управлшня контактним зварюванням е дилатометричний метод, що полягае у вимiрюваннi перемщення зварювальних електродiв при протiканнi через них задано! енерги [9].

Означеш методи мають як переваги, так i недолiки. Наприклад, при розробщ систем управлiння 3i стабшзащею зварювального струму усуваеться вплив коливань напруги живлення, але вплив змши опору вторинного кола повнютю компенсувати не вдаеться. Бшьшють систем потребують вимiрювання струму i напруги в зварювальному контактi [2, 3, 6], iншi системи, що вимiрюють параметри первинного кола, мають невелику точшсть [1, 4-6]. Основним недолшом дилатометричного методу е прецизшнють вимiрювань, що не завжди може бути застосовано в умовах промислового виробництва.

В [6, 7] авторами запропоновано споаб та розроблено пристрш стабшзаци тепловидiлення (ПСТ), що мае усувати вплив зовшшшх чинниюв, зокрема, змiни опору вторинного кола та коливань напруги мережу на яюсть зварювання. При цьому оцшка ефективностi розроблено! системи проводилася за рахунок вимiрювання первинного струму зварювального трансформатора та дiаметра зварних точок.

Одним з методiв визначення мехашчних властивостей, згiдно з ГОСТ 6996-66 «Сварные соединения. Методы определения механических свойств», е випробування металу рiзних дшянок зварного з'еднання на статичне (короткочасне) розтягування. Методика визначення розмiрiв зразюв, вимоги, що пред'являються до обладнання для випробувань, умови проведення випробувань i тдрахунок результатiв повинш вiдповiдати ГОСТ 1497-84 «Металлы. Методы испытаний на растяжение». При цьому машини для дослщження матерiалiв на розтягнення мають вщповщати ГОСТ 28840-90 «Машины для испытания материалов на растяжение, сжатие и изгиб. Общие технические требования».

Подальшi експерименти по оцшщ мщносп проводилися з використанням розривно! машини 2167Р-50, яка призначена для лабораторних випробуваннь пластмас, гуми, текстильних матерiалiв, чорних та кольорових металiв на розтягнення, стиск, вигин, малоциклову втому при нормальнш температурi [10]. При цьому вимiрювання навантаження на дослщжуваному зразку вщбуваеться за допомогою тензорезисторного силовимiрювача з чотирма силовимiрювальними датчиками. Конструкцiя та устрш машини дозволяють проводити дослiдження з отриманням абсолютних значень змiни лшшних розмiрiв та дiючих зусиль на дослщжуваний зразок. Основним недолiком ще! машини е неможливiсть обробки результата випробувань в режимi реального часу та складнють обробки результатiв експеримента.

Метою роботи е модершзащя розривно! машини 2167Р-50 та дослщження мiцностi зварних з'еднань при контактному зварюванш, що отриманi в результат зварювання на контактнiй машинi, що оснащена розробленим пристроем стабшзаци тепловидшення.

Виклад основного матерiалу. В ходi проведення модернiзацi! розривно! машини 2167Р-50 замшено штатний блок управлiння. Модершзований блок управлiння побудований на базi 8-розрядного мiкроконтролера ATMega48, розмiр вбудовано! flash-пам'ятi якого становить 48 кБ. Мiкроконтролер працюе з тактовою частотою 18432 кГц. Для оцифрування аналогових сигнатв з тензодатчиюв (R38 - R41), датчику струму та напруги використовуеться чотири канали 10-розрядного АЦП, який входить до складу мшроконтролера, з частотою дискретизаци 15 кГц. Для оргашзацп передачi даних на персональний комп'ютер по штерфейсу RS-232 використаний багатоканальний драйвер ST232B. Розроблена електрична принципова схема блоку управлшня розривно! машини наведена на рис. 1.

Зовшшнш вигляд блоку управлшня розривно! машини наведений на рис. 2.

Управлшня основними параметрами розривно! машини, отримання та обробка результата вимiрювань вщбуваеться за допомогою спецiалiзованого програмного забезпечення на персональному комп'ютер^ Отримаш даш експортуються для зручносп у програму MS Excel. Зовшшнш вигляд машини iз дослщним зразком наведений на рис. 3.

Дослщження якосп зварних з'еднань з урахуванням можливосп змши шдуктивносл вторинного кола, що зазвичай вщбуваеться в реальних умовах, iмiтуеться внесенням в проце^ зварювання феромагштно! маси (ФМ), що представляе собою вите розрiзне осердя з електротехшчно! стит, типу ПЛ 20х45, з двома дiелектричними промiжками, з геометричними розмiрами 20х6х45 мм (рис. 4, а). Дослщжувана ФМ вносилася у зварювальне коло машин МТ-810 (рис.4, б) та МТ2202 (рис. 4, в).

Рис. 1 - Електрична принципова схема блоку управлшня розривно'! машини

Рис. 2 - Загальний вигляд блоку Рис. 3 - Загальний вигляд

управлшня розривно'! машини розривно'! машини 2167Р-50

2167Р-50

Дослщження впливу ФМ, внесено!' до зварювального кола, на яюсть зварювання проводилось наступним чином. Зварювальний струм був встановлений таким, що дор1вн1юе 5 кА, час зварювання становив 1,12 с. Дослщжувалась робота МКЗ МТ-810 з регулятором струму РЦС-403, робота машини МТ2202 з вбудованою системою стабшзаци зварювального струму та робота машини МТ-810 з запропонованим ПСТ.

В першому випадку при внесенш до зварювального кола ФМ вщбувалося зменшення зварювального струму у пор1внянш з нормальним режимом зварювання на 20%. При цьому д1аметр зварного з'еднання зменшувався, 1 мщшсть з'еднання була значно меншою за нормальний режим (табл.). При внесенш ФМ у зварювальне коло машини МТ2202 вщбувалась стабшзащя зварювального струму на заданому р1вш, д1аметр точки практично не змшився. Проте м1цн1сть зварного з'еднання, у пор1внянш з нормальним режимом зварювання, зменшилася. При дослщженш роботи машини МТ-810, що оснащена ПСТ, було вщм1чено

зростання зварювального струму у порiвняннi з нормальним режимом роботи, i мщнють зварного з'еднання була збiльшена у порiвняннi з роботою МКЗ зi стандартним регулятором РЦС-403. Для кожного випадку було проведено по 10 дослав. Усереднеш результати зусиль розтягування та фотографп зварних точок тсля розриву наведенi у таблицi.

а) б) в)

Рис. 4 - Конструкщя ФМ (а), та зовншнш вигляд машини МТ-810 з ФМ у зварювальному колi (б) та машини МТ2202 з ФМ при зварювант (в)

Таблиця

Фото зварних точок тсля розриву та вщповщт зусилля розтягування_

Зусилля, кгс

МТ-810 МТ2202 МТ-810 + ПСТ

Нормальний режим fir* lV Vxfl^^H шш шяшмь Siitt'.'' -Л < .1 &&' ©

600±20 610±18 580±10

Внесення ФМ Л 1 «WI МШ^нВ^Н <•>

530±30 570±15 580±10

В результат дослщжень доведено, що мiцнiсть зварного з'еднання, отриманого при робо^ машини тд час внесення ФМ, зменшуеться, у порiвняннi iз нормальним режимом. Використання запропонованого ПСТ дозволяе зменшити вплив феромагштних мас на опiр зварювального кола, що тдтверджуеться збiльшеною мщтстю, а дозування енерги, що видшяеться у зварювальному контактi, дозволяе забезпечити бшьш ефективний режим зварювання.

Висновки

Проведена модернiзацiя розривно1 машини 2167Р-50, що дозволяе дослiджувати механiчнi характеристики зварних з'еднань зпдно iснуючих станлар™. Розроблене програмне забезпечення дозволяе iмпортувати отриманi результати до MS Excel, що значно покращуе

точшсть та зручнiсть подальшо! обробки отриманих результатiв.

Проведенi дослiдження нероз'емних з'еднань металу, що отриманi при робот МКЗ з роз-

робленим пристроем стабшзаци тепловидiлення, iз використанням модершзовано! розривно!

машини 2167Р-50. Доведена ефективнють використання ПСТ при внесеннi ФМ у зварювальне

коло.

Список використаних джерел:

1. Климов А.С. Контактная сварка. Вопросы управления и повышения стабильности качества / А.С. Климов. - М. : Физматлит. - 2011. - 216 с.

2. Поляков А.Ю. Система автоматического управления процессом контактной рельефной сварки / А.Ю. Поляков, С.М. Фурманов, Т.И. Бендик // Вестник Белорусско-Российского университета. - № 4 (41). - 2013. - С. 75-84.

3. Руденко П.М. Система автоматического управления и контроля процесса контактной точечной сварки КСУ КС 02 / П.М. Руденко, В.С. Гавриш // Автоматическая сварка. - 2007. -№ 11. - С. 43-45.

4. Климов В.С. Стабилизация тока контактной сварки в условиях износа электродов / В.С. Климов, А.С. Климов, А.К. Кудинов // Евразийский Союз Ученых (ЕСУ). Технические науки. - № 10 (19). - 2015. - С. 72-74.

5. Пат. 2424097 РФ, МПК B 23 K 11/24. Способ стабилизации тепловыделения при контактной точечной сварке / А.С. Климов, А.В. Комиренко, В.С. Климов, А.Н. Анциборов. -№ 2009141021/02; заявл. 05.11.09; опубл. 20.07.11, Бюл. № 20. - 6 с.

6. Поднебенная С.К. Автоматизированная система управления источником питания машины контактной сварки / С.К. Поднебенная, В.В. Бурлака, С.В. Гулаков // Вюник Приазовського державного техшчного ушверситету : Зб. наук. пр. / ДВНЗ «ПДТУ». - Марiуполь, 2016. -Вип. 33. - С. 131-141. - (Серiя : Техшчш науки).

7. Пат. 115735 Укра!на, МПК B 23 K 11/24. Споаб стабшзаци тепловидшення при контактному зварюванш / С.К. Поднебенна, В.В. Бурлака, С.В.Гулаков. - № a201610332; заявл. 10.10.16; опубл. 11.12.17, Бюл. № 23. - 6 с.

8. Current and force control in micro resistance welding machines. Review and development / O. Bondarenko, Iu. Bondarenko, P. Safronov, V. Sydorets // 8th IEEE International Conference on Compatibility and Power Electronics (CPE). - Ljubljana, 2013. - Рр. 298-303. - Mode of access: D0I:10.1109/CPE.2013.6601173.

9. Застосування дилатометричного ефекту для автоматизацп контактного зварювання / О.Ф. Бондаренко, А.Г. Дубко, В.М. Сидорець, Ю.В. Бондаренко // Технолопя i конструю-вання в електроннш апаратург - 2017. - № 6. - С. 14-21.

10. Бурлака В.В. Модернизация оборудования для испытания сварных соединений на примере разрывной машины 2167Р-50 / В.В. Бурлака, В.Г. Кисляк // Университетская наука-2017 : Междунар. науч.-техн. конф. : сб. тр. - Мариуполь : ГВУЗ «ПГТУ», 2017. - Т. 2. - С. 137-138.

References:

1. Klimov A.S. Kontaktnaya svarka. Voprosy upravleniya i povysheniya stabil'nosti kachestva [Resistance welding. Management issues and improve quality stability]. Moscow, Fizmatlit Publ., 2011. 216 р. (Rus.)

2. Polyakov A.Y., Furmanov S.M., Bendik T.I. Sistema avtomaticheskogo upravleniia protsessom kontaktnoi rel'efnoi svarki [The automatic control system of the contact projection welding process]. Vestnik Belorussko-Rossiiskogo universiteta - Bulletin of Belarusian-Russian University, 2013, vol. 4, no. 41, pp. 75-84. (Rus.)

3. Rudenko P.M., Gavrish V.S. Sistema avtomaticheskogo upravleniia i kontrolia protsessa kontaktnoi tochechnoi svarki KSU KS 02 [The automatic control system of the resistance spot welding process KSU KS 02]. Avtomaticheskaia svarka - Automatic welding, 2007, vol. 11, pp. 43-45. (Rus.)

4. Klimov V.S., Klimov A.S., Kudinov, A.A. Stabilizatsiia toka kontaktnoi svarki v usloviiakh izno-sa elektrodov [Stabilization of current of resistance welding in electrodes wearing conditions].

Evraziiskii Soiuz Uchenykh (ESU). Tekhnicheskie nauki - Eurasian Union of Scientists (ESU). Technical science, 2015, vol. 10, no. 19, pp. 72-74. (Rus.)

5. Klimov A.S., Komirenko A.V., Klimov V.S., Antsiborov A.N. Sposob stabilizatsii teplovydeleniia pri kontaktnoi tochechnoi svarke [The method of heat stabilizing at resistance spot welding]. Patent RU, no. 2424097, 2011. (Rus.)

6. Podnebennaya S.K., Burlaka V.V., Gulakov S.V. Avtomatizirovannaia sistema upravleniia istochnikom pitaniia mashiny kontaktnoi svarki [Automatic Control System of Power Supply for Resistance Welding Machine]. Vestnik Priazovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo univer-siteta. Seriia: Tekhnicheskie nauki - Reporter of the Priazovskyi State Technical University. Section: Technical sciences, 2016, vol. 33, pp. 131-141. (Rus.)

7. Podnebennaya S.K., Burlaka V.V., Gulakov S.V. Sposib stabilizatsii teplovidilennia pri kontaktnomu zvariuvanni [Method of stabilization of heat emission in resistance welding]. Patent UA, no. 115735, 2017. (Ukr.)

8. Bondarenko O., Bondarenko Iu., Safronov P., Sydorets V. Current and force control in micro resistance welding machines. Review and development. Proceedings of 8th IEEE International Conference on Compatibility and Power Electronics (CPE), Slovenia, Ljubljana, 2013, pp. 298-303. doi:10.1109/CPE.2013.6601173.

9. Bondarenko O.F, Dubko A.H., Sydorets V.M., Bondarenko Iu.V. Zastosuvannia dilatometrich-nogo efektu dlia avtomatizatsi! kontaktnogo zvariuvannia [Applying of dilatometric effect for resistance welding automation]. Tekhnologiya i konstruirovanie v elektronnoi apparature - Technology and design in electronic equipment, 2017, vol. 6, pp. 14-21. (Ukr.)

10. Burlaka V.V., Kisliak V.G. Modernizatsiia oborudovaniia dlia ispytaniia svarnykh soedinenii na primere razryvnoi mashiny 2167R-50. Anotatsii dopovidei Mizhn. nauk.-tekhn. konf. "Universitet-skaya nauka-2017" [Modernization of equipment for testing welded joints using the example of the breaking machine 2167Р-50. Abstracts of Int. Sci.-Tech. Conf. "University science-2017"]. Mariupol', 2017, vol. 2, pp. 137-138. (Rus.)

Рецензент: В.1. Щетшша

д-р техн. наук, проф., ДВНЗ «ПДТУ»

Стаття надшшла 19.02.2018

УДК 669.045:669.046.581.2 doi: 10.31498/2225-6733.36.2018.142533

ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ДВУХСЛОЙНОЙ СТАЛИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СУДОВЫХ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ

В статье представлены основные подходы к выбору двухслойных материалов, применяемых для производства судовых вспомогательных механизмов. В современном широком спектре конструкционных материалов, комбинированные сварные конструкции из двухслойных сталей могут различаться между собой по характеру распределения в них материалов легирования, соответствию свариваемых сталей условиям работы и областям применения. Особую группу судовых комбинированных конструкций составляют двухслойные конструкции, в которых из легированных сталей изготовляются не отдельные детали, а лишь их поверхностные слои, непосредственно примыкающие к агрессивной среде или к источнику интенсивного износа. Такие конструкции широко применяются в судостроении, а также при изготовлении судовых энергетических установок.

Ключевые слова: двухслойная сталь, легирующие элементы, коррозионная стойкость, прочность, сварной шов, судовые механизмы, энергетические установки.

канд. техн. наук, доцент, ГВУЗ «Азовский морской институт», г. Мариуполь, ivankovalenko165@gmail. com

Upgrading of the 2167P-50 tensile machine for investigation of the strength of welded joints

Текст научной работы на тему «Модернизация разрывной машины 2167р-50 для исследования прочности сварных соединений»