СНИЖЕНИЕ ДЕФЕКТОВ В СВАРНЫХ ШВАХ ПРИ ОБДИРОЧНОМ ШЛИФОВАНИИ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

СМ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ

СНИЖЕНИЕ ДЕФЕКТОВ В СВАРНЫХ ШВАХ ПРИ ОБДИРОЧНОМ ШЛИФОВАНИИ

А.Н. КОРОТКОВу профессор, доктор техн. наук, ГУ КузГТУ Д.М. ДУБИНКИН, начальник КБ ОПТ ОАО «Кемеровохиммаш», г. Кемерово

Обдирочные шлифовальные круги на бакелитовой связке нашли широкое применение на операциях обработки сварных швов в заготовках (типа карт, днищ, обечаек и др.) при изготовлении сложных и ответственных сварных конструкций.

К сварному шву предъявляется ряд требований, число и содержание которых предопределяется условиями последующей работы детали, узла или механизма с наличием сварных швов. Наряду с обычными требованиями по внешнему оформлению и шероховатости сварного шва к нему могут предъявляться специальные требования по герметичности, прочности и сопротивлению усталости. Последнее особенно характерно для химического машиностроения, где изготавливаются котлы, сосуды для проведения химических реакций, цистерны и другие изделия, требующие высокой безопасности эксплуатации.

Образованию трещин в сварных швах в процессе эксплуатации сварных конструкций могут способствовать зародышевые дефекты, возникшие при изготовлении изделия на заводе или при сварке в условиях монтажа.

Меры предупреждения повреждений - это уменьшение внешних нагрузок, изменение конструкции аппаратов, а также снижение концентрации напряжений при зачистке сварных швов обдирочными кругами путем создания плавных переходов в местах соединения. Последнее является наиболее приемлемым способом предупреждения возникновения трещин. Шлифование обеспечивает также возможность обработки труднодоступных мест и снимает необходимость применения последующих операций. Однако процесс обдирочного шлифования (как, впрочем, и других видов шлифования), как известно, сопровождается большим выделением тепла [1]. Значительная часть этого тепла уходит в обрабатываемую деталь, что непосредственно сказывается на качестве обрабатываемой поверхности. Шлифуемая поверхность под действием высокой температуры приобретает цвета побежалости, шлифовочные прижоги, трещины и происходит её поверхностная закалка.

Для уменьшения или устранения этих недостатков на кафедре металлорежущих станков и инструментов КузГТУ проведены испытания по изучению влияния формы шлифовальных зёрен на эксплуатационные возможности обдирочных кругов.

Для исследований была изготовлена партия обдирочных шлифовальных кругов с контролируемой формой зёрен: ПП150425'132 13А80 [Кф] 35 37 БУ. Здесь параметр [Кф] - это коэффициент формы зёрен, количественно отражающий разновидность той или иной формы зёрен в изготовленном инструменте в виде отношения диаметров описанных и вписанных окружностей в проекции кон_ура рассматриваемых зёрен. Круги содержали различную форму зёрен: изометрическую {Кф « 1,28) произвольную [Кф « 1,81); игольчатую (/Сф«2,3).

Исследование качества обработанных поверхностей обдирочными кругами проводилось на опытных образцах из стали 09Г2С ГОСТ 19281 -89 (сваренной сварочной

проволокой Св-ЮНМА под слоем флюса ОСЦ-45). Для исследования влияния формы зёрен на микротвердость и макроструктуру обработанных поверхностей выбирались наиболее неблагоприятные шлифованные участки сварного шва. Шлифование заготовок проводилось на следующих режимах резания: VKF=45 м/сек; Рнаг=55 Н; S=3,6 м/мин.

Температура резания при шлифовании опытными обдирочными кругами измерялась при помощи искусственной термопары [2], микротвердость исследовалась на приборе ПМТ-3. а макроструктура - на микроскопе МИМ-6 [3].

На рис. 1 приведен график зависимости температуры поверхности шлифуемых заготовок (7°С) обдирочными кругами от коэффициента формы зерна {Кф), из которого видно, что форма зёрен в кругах существенно влияет на температуру резания. В частности разница в температуре резания кругами с разной формой зёрен может достигать порядка 55 °С.

т°с

300 250 200 150 100 50 0

1,28 1,81 2,3 /Сф

Рис. 1. Влияние формы зёрен (Кф) на температуру резания

В результате математической обработки экспериментальных данных [2] получена частная эмпирическая формула температуры резания (Т °С):

Т- 1,392V^P^K^ST076,'С (1)

Формула позволяет прогнозировать величину температуры резания в зависимости от формы зёрен в круге и режимов обработки.

По резугьтатам измерения микротвёрдости построен график изменения её величины в поверхностных слоях (рис. 2) опытных образцов. Из графика видно, что при обработке обдирочными кругами:

- с изометрической формой зёрен (К « 1,28) происходит снижение микротвёрдости с 2190 МПа до 480 МПа с глубины 0,15 мм до поверхности образца;

- с произвольной формой зёрен (Кф~ 1,81) происходит небольшое снижение микротвёрдости (1590 МПа - 1450 МПа) с глубины 0,15 мм до поверхности образца;

24 №4(37)2007

КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

- с игольчатой формой зёрен (/Сф~2,3) не наблюдается изменений микротвёрдости в поверхностном слое опытных образцов.

"Ц. МПа

/ т

---1 -ч / I-

1 -

г-/- • • —1 1 \ \L 1

/ N \

/ 4 Кф »1,28 Ч Кф «1,81

-

—1 - — -

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0,25 0.30 0,35 0,40 0,45 л, мм

Рис. 2. Распределение микротвэрдости в поверхностных слоях образцов из стали 09Г2С ГОСТ 19281-89

В результате изучения макроструктуры в поверхностных слоях образцов установлено, что при обработке кругами:

- с изометрическими зёрнами (Кф~ 1,28) образуется слой термического влияния б виде прижога (рис. 3), который имеет глубину 5... 10 мш и образуется из-за высокой температуры в зоне резания;

- с произвольными зёрнами (/Сф«1,81) образуются дефекты (рис. 5) в виде отслоения и шлифовочных микротрещин;

- с игольчатыми зёрнами {Кф~2,3) отсутствует зона термического влияния и другие дефекты (рис. 4).

/Ч

Рис. 3. Макроструктура (дефект прижог) при шлифовании обдирочными кругами, содержащими изометрические зёрна (/(ф«1,28)

Рис. 4. Макроструктура при шлифовании обдирочными <ругами, содержащими игольчатые зёрна 2,3)

Рис. 5. Макроструктура при шлифовании обдирочными

кругами, содержащими произвольнее серпа (^ф-1,81): а - дефект отслоения; б - дефект микротрещины

В целом исследования показали, что на качество обработанных поверхностей деталей активно влияет фактор формы зёрен, находящихся в обдирочном круге. Так, использование в кругах зёрен:

- с изометрической формой (Кф= 1,28) вызывает некоторое снижение качества обработанной поверхности детали в виде появления прижогов и снижения микротвердости в поверхностных слоях опытных образцов из-за повышения температуры резания на 12,6 % по отношению к произвольным (несортированным) зёрнам;

- с произвольной формой (Кф~1,81) приводит к появлению отслоения металла и микротрещинам;

- с игольчатой и пластинчатой разновидностью {Кф~2,3) приводит к снижению температуры резания на 7,9 % по отношению к произвольным зёрнам и не вызывает дефектов r поверхностных слоях структуры металла сварного шва.

Таким образом, используя зёрна игольчатой формы (/Сф~2,3) в обдирочных кругах, можно снизить или предотвратить возможность появления дефектов, приводящих к разрушению сварных соединений в процессе работы и, тем самым повысить безопасность эксплуатации химических аппаратов, котлов высокого давления и других подобных конструкций.

Список литературы

1. Маслов E.H. Теория шлифования материалов/ E.H. Мас-лов. - М.: Машиностроение, 1974. - 319 с.

2. Короткое А.Н. Влияние формы шлифовальных зёрен обдирочных шлифовальных кругов на теплонапряженность процесса шлифования/ А.Н. Короткое, Д.М. Дубинкин. // Обработка металлов. - №1 (34). - 2007. - С. 14-15.

3. Короткова Л.П. Оценка качества обдирочного шлифования/ Л.П. Короткова, Д.М. Дубинкин. // Материалы VII международной научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности предприятий в промышленно развитых регионах» КузГТУ. - Кемерово, 2007. - С. 138-144.

№¿(37)2007 25