CC BY
52
(e-mail: kuc-vadim@yandex.ru) Vanin Ilya V, postgraduate student (e-mail: ivan606@ro.ru)
Razumov Mikhail S, cand.Tech.Sci., associate professor (e-mail: mika_1984_@mail.ru)
Grechukhin Aleksandr N, cand.Tech.Sci., associate professor (e-mail: Agrechuhin@mail.ru) Southwest state university
THE STUDY OF PECULIARITIES OF FORMATION OF THE PROCESSING ERRORS IN THE PLANETARY FORMING HOLES LONG THIN PARTS
Abstract: in the article the peculiarities offormation of errors in processing during planetary formation of holes long thin parts, depending on method of material handling. Key words: planetary shaping, intermittent cutting, metal-cutting tool.
УДК 621.791.754.6
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ДУГОВОЙ СВАРКИ ПРОДОЛЬНОГО СТЫКА ТОНКОСТЕННОЙ ОБЕЧАЙКИ ДИАМЕТРОМ 4ОО ММ ИЗ СТАЛИ 12Х18Н10Т ДрижовВиктор Сергеевич, к.т.н., доцент (e-mail: vdrizhov@gmail.com) Московский государственный технический университет им. Н.Э.Баумана,
г.Москва, Россия
На основе анализа параметров режима сварки и вариантов сборки свариваемых элементов предложен технологический процесс сварки продольного стыка тонкостенной обечайки (толщина стенки 0,8мм), обеспечивающий высокую вероятность изготовления качественного изделия. В результате проведенных исследований было установлено, что при сборке изделия целесообразно использовать нахлесточный тип соединения, который позволяет расширить диапазон оптимального режима сварки и, как результат, обеспечивает возможность повышения вероятности формирования качественного сварного шва. Кроме того, в этом случае уменьшается трудоемкость изготовления изделия так как снижаются требования как к качеству подготовки кромок, так и точности сборки обечайки.
Ключевые слова: Сварное соединение, дуговая сварка, режимы сварки, качество.
На современном этапе развития общества повышение эффективности производства неразрывно связано с постоянным улучшением качества выпускаемой продукции. Решение данной задачи возможно только на основе модернизации известных или создании новых технологических процессов [1]. В сварочном производстве надежность работы изготавливаемых конструкций определяется качеством сварного соединения. Проблема формирования заданного уровня качества сварного шва наиболее остро стоит при
сварке элементов небольшой толщины - менее 1 мм. К таким изделиям следует отнести тонкостенные обечайки, которые изготавливаются, как правило, из листового материала путем гибки и последующей сварки продольного шва. Схема получения обечайки вальцовкой представлена на рис.1. На рис. 1а показан начальный этап гибки, когда заготовки в виде листа, а на рис. 2б - конечный этап, на котором заготовка уже получила форму обечайки в виде цилиндра.
С целью разработки технологии сварки, обеспечивающей высокую вероятность получения качественного сварного соединения тонколистовых элементов, были проведены исследования применительно к изготовлению обечайки из высоколегированной стали 12Х18Н10Т, толщиной стенки 0,8мм и диаметром - 400 мм, длина стыка (сварного шва) - 1250 мм. Общий вид обечайки показан на рис.2.
Необходимо отметить, что цилиндр должен быть правильной формы без смещения кромок друг относительно друга вдоль оси обечайки, свариваемые кромки должны быть прямолинейные, ровные без вмятин, выступов и заусенцев. Выполнение данных требований обеспечивает при сварке стыка нормальное формирование сварного шва.
Г
_____ з _
а б
Рисунок 1 - Схема изготовления обечайки путем гибки на трехвалковых вальцах (1 - обечайка, 2 и 3 - валки)
Сталь 12Х18Н10Т относится к коррозионностойким аустенитным сталям. К основным требованиям, предъявляемым к технологии и режимам сварки сталей данного класса, следует отнести [2]:
- предупреждение высокотемпературного межкристаллитного разрушения металла шва или околошовной зоны (горячих трещин);
- получение заданных характеристик коррозионной стойкости в условиях эксплуатации.
I
Рисунок 2 - Тонкостенная обечайка в виде цилиндра
При разработке технологии сварки необходимо было учитывать, что форма и размеры шва, величина проплавления, а также вероятность образование горячих трещин определяются не только параметрами режима сварки, но и различными возмущающими факторами, возникающими в процессе сварке [3,4].
Следует обратить внимание на то, что, сварка на малой погонной энергии, а это обусловлено небольшой толщиной изделия, приводит к увеличению скорости охлаждения металла шва. Данное обстоятельство способствует подавлению зональной ликвации, измельчению зерна, уменьшению величины внутренних деформаций и в этом смысле благоприятно сказывается на технологическую прочность металла соединения. Однако те же причины могут вызвать образование менее благоприятно ориентированной структуры металла шва. Исходя из вышесказанного можно сделать вывод, что главной задачей при разработке технологии сварки было обеспечить благоприятное соотношение этих факторов и. как результат, создание условий для качественного формирования сварного шва.
Выбор способа сварки.
Для соединения тонкостенных элементов принципиально возможно применять различные виды сварки плавлением: дуговую сварку в защитных газах, плазменную сварку, электроннолучевую или лазерную сварку. Однако наиболее целесообразно с экономической точки зрения использовать для этих целей дуговую сварку в защитных газах.
Дуговая сварка в защитных газах можно выполняться как неплавящим-ся, так и плавящимся электродом.
Дуговая сварка неплавящимся электродом позволяет:
1. Выполнять швы относительно тонкостенных элементов (до 3,0мм) без присадочного материала. Данное обстоятельство упрощает технологический процесс, а, следовательно, уменьшает себестоимость проведения сварочных работ - нет затрат на сварочную проволоку.
2. Обеспечить качественное формирование сварного шва, так как в этом случае процесс сварки протекает при стабильном горении дуги, без коротких замыканий.
Дуговую сварку плавящимся электродом целесообразно применять, во-первых, когда возникает относительно большой зазор (более 0,2 мм для
толщины 0,8 мм) и, во-вторых, для выполнения соединений средней и большой толщины (более 3 мм).
Из вышесказанного следует, что наиболее целесообразно применять для сварки обечайки толщиной 0,8мм из аустенитной стали 12Х18Н10Т автоматическую дуговую сварку неплавящимся вольфрамовым электродом марки «ВЛ» в среде защитного газа - аргона. При этом, с целью обеспечения качественной защиты всего шва сварку целесообразно осуществлять на газовой подушке.
Выбор типа сварного соединения.
При изготовлении обечайки из листа сборку можно осуществлять как встык, так и внахлест. Данное обстоятельство обусловило необходимость проведения исследований по двум этим вариантам сборки.
I вариант сборки - сборка встык. Тип сварного соединения - стыковой.
Анализ качества формирования сварного шва при сварке продольного стыка обечайки встык проводился как с применением прихваток, так и без прихваток. В случае сварки без прихваток качественное формирование шва удается получить только в узком диапазоне режимов сварки и высокой точности сборки изделия. Данное обстоятельство обуславливает необходимость выполнения жестких требований, как по режиму сварки, так и по точности сборки (качеству подготовки кромок) свариваемого изделия. Следует обратить внимание на то, что в условиях производства выполнение данных требований приводит к существенному увеличению трудоемкости изготовления обечайки. Кроме того, увеличивается вероятность получения некачественного шва - в условиях производства, всегда имеют место отклонения, как по режимам сварки, так и по точности сборки свариваемого изделия.
Трудности, возникающие при сварке в этих условиях, объясняются тем, что увеличение зазора между свариваемыми кромками приводит к нарушению нормального формирования сварочной ванны. Необходимо отметить, что в процессе сварки возникают деформации (расхождение) свариваемых кромок и, как результат, раскрытие зазора на величину более чем 0,15 мм, а это приводит к образованию прожога. Уменьшить сварочные деформации можно как за счет режима сварки (сужение оптимального диапазона), так и за счет жесткости изделия (предварительная прихватка свариваемых кромок).
В случае сварки с предварительной прихваткой кромок изделия удалось получить качественное формирование сварного шва: без прожогов и нарушений геометрической формы шва по длине.
На основе этого можно сделать вывод, что получение стабильного качественного формирования сварного шва без прихваток в условиях производства затруднено.
В результате проведенных исследований были установлены оптимальные параметры режима сварки (таблица №1), позволяющие получить заданные геометрические размеры сварного шва.
Таблица 1
№ Параметры режима сварки элементов обечайки толщиной 0,8мм
1 Сила сварочного тока, I А 65
2 Скорость сварки, V м/ч 25
3 Диаметр вольфрамового электрода «ВЛ», мм 3,0
4 Вылет электрода, мм 6,0
5 Длина дуги, мм 2,0 - 3,0
6 Защитный газ аргон
7 Расход газа для защиты сварочной ванны (горелка), л/мин 6,0
8 Расход газа для защиты корня шва (поддув через подкладку), л/мин 4,0
Кроме того, были определены обязательные для исполнения технологические требования:
1. Смещение свариваемых кромок относительно друг друга должно быть не более 0,15 мм.
2. Зазор между свариваемыми кромками в процессе сварки должен быть не более 0,15 мм.
3. Геометрические размеры сварного шва должны соответствовать значениям, указанным на рис.3
Г
\ ! -
V У
Рисунок 3 - Основные параметры поперечного сечения сварного шва. е = 3,5 ±1,0 мм; g = 0 ± 0,3 мм; = 0 ± 0,5 мм
(Сварка неплавящимся электродом в среде аргона)
II вариант сборки - сборка внахлест. Тип сварного соединения - нахле-сточный.
На основе проведенных исследований были установлены как оптимальные параметры режима сварки, так и необходимые технологические требования.
Анализ влияния на качество формирования шва силы сварочного тока.
С увеличением силы тока глубина проплавления, ширина шва и площадь проплавления монотонно возрастают. Анализ формирования шва проводился при силе тока I = 60 - 80 А.
При силе тока I = 60 А и скорости сварки V = 10 м/ч не происходит проплавления дух пластин, расплавляется только верхняя пластина. В результате общей сварочной ванны не образуется, а на поверхности нижней пла-
стины формируются отдельные расплавленные зоны - качество сварного шва неудовлетворительное. Увеличение силы тока до I = 70А позволило проплавить две пластины как при скорости сварки V = 10м/ч, так и 15м/ч. В этом случае формируется общая сварочная ванна, что обеспечило образование нормального по геометрическим параметрам сварного шва. Ширина шва в данных условиях равнялась 3,0 мм, а ширина корня шва - 1,5 -2,0 мм. Дальнейшее увеличение силы тока до I = 80А привело не только к увеличению объема расплавленного металла (увеличению ширина шва до 5 мм, и ширины корня шва - до 3 мм), но и к изменению формы шва.
Прожогов при силе тока I = 70 - 80 А и при условии, что ось дуги не смещалась на край нижней пластины не наблюдалось. Дальнейшее увеличение силы сварочного тока увеличивает вероятность появления прожога, а поэтому не рекомендуется для сварки обечаек с толщиной стенки 0,8 мм.
Вывод: Оптимальный диапазон сварочных токов I = 70 - 80 А.
Анализ влияния на качество формирования шва скорости сварки.
При сварке продольного шва обечайки был проведен анализ скоростей сварки в диапазоне V = 8 - 30 м/ч. Необходимо иметь в виду, что при увеличении скорости сварки диапазон сварочного тока (от непровара до прожога) значительно сужается [5].
С увеличением скорости сварки толщина жидкой прослойки под дугой обычно уменьшается, эффективность проплавления возрастает и, несмотря на уменьшение параметра св, глубина проплавления увеличивается. Однако, если толщина жидкой прослойки под дугой невелика даже при малой скорости сварки (что может быть, например, при большой плотности тока в результате сильного механического воздействия дуги на ванну), то величина проплавления с увеличением скорости сварки будет монотонно уменьшаться.
На основе проведенных исследований был установлен оптимальный диапазон скоростей сварки V = 13 - 15 м/ч. Необходимо отметить, что увеличение скорости сварки приводило к нарушению нормального формирования сварочной ванны, а уменьшение - к увеличению объема сварочной и, как следствие, к повышению вероятности прожога.
Вывод: Оптимальный диапазон скоростей сварки V = 13 - 15 м/ч.
Экспериментальный анализ качества сборки свариваемых элементов показал, что для нормального формирования шва большое значение имеет не только режимы сварки. Данное обстоятельство указывает на необходимость выполнения следующих технологических требований:
- свариваемые кромки должны быть прямолинейны без выступов и углублений. Наличие на кромках неровностей, вмятин, выпуклостей приводит в процессе сварки к прожогу;
- перед сборкой со свариваемых кромок должны быть удалены заусенцы (механическим путем), масло и грязь (протирка кромок ветошью, ацетоном);
- зазор между свариваемыми пластинами должен быть не более 0,3мм. Увеличение зазора на величину более 0,3мм приводит либо к прожогу, либо к подрезу. Необходимо отметить, что величина зазора определяется кривизной кромок обечайки, величиной нахлеста и качеством прижима свариваемых кромок;
- величина нахлеста в начале соединения должна быть не менее 3мм, а в конце соединения не менее - 1,0мм. Уменьшение величины нахлеста приводит в процессе сварки к прожогу.
Необходимо обратить внимание на то, что одной из причин нарушения нормального формирования шва являются деформация кромок в процессе сварки. В результате термического воздействия развиваются временные деформации, которые приводят к раскрытию стыка. Особенно велики временные деформации кромок, связанные с местной потерей устойчивости, при сварке металла толщиной менее 1,0 мм. Для уменьшения волнистости листов в зоне сварки и уменьшения коробления их при местном нагреве должно применяться прижимное приспособление, состоящее из отдельных клавиш.
Выводы.
1. Предложен технологический процесс сварки продольного шва тонкостенной обечайки (толщиной 0,8 мм), обеспечивающий высокую вероятность получения качественного сварного соединения.
2. Необходимым условием для качественного формирования сварного шва обечайки с толщиной стенки 0,8 мм является точная сборка и подгонка свариваемых кромок.
3. На основе анализа влияния основных параметров режима сварки на качество сварного соединения выбраны оптимальные их значения.
4. Полученные результаты при сварке продольного стыка обечайки толщиной стенки 0,8 мм показали, что при сборке в нахлест достигается возможность повышения вероятности получения качественного сварного шва.
Список литературы
1. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обработки / М.: Изд. МГТУ им. Н.Э.Баумана. 2006. 664с.
2. Макаров Э.Л., Якушин Б.Ф. Теория свариваемости сталей и сплавов, М.: Издательство МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2014, 487с.
3. Гладков Э.А., Бродягин В.Н., Перковский Р. А. Автоматизация сварочных процессов / М.: Изд. МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2014. 421с.
4. Робототехническая адаптивная система для сварки труб и трубной арматуры /Шаповалов Е.В, Долиненко В.В., Коляда В.А. и др. // Сварочное производство. 2017. №8. С21-26
5. Немченко В.И., Посашков М.В. Моделирование параметров автоматической высокоскоростной аргонодуговой сварки тонкостенных изделий // Сварочное производство. 2016. №10. С8 - 13.
Drizhov Viktor Sergeevich — Cand. Nech.Sci., associate professor (e-mail: vdrizhov@gmail.com)
Bauman Moscow State Technical University Moscow, Russian Federation TECHNOLOGICAL PROCESS OF WELDING THE PRODUCT OF SMALL THICKNESS AND DIAMETER 400MM FROM STEEL 12X18H10T Annotation: Based on the analysis of the parameters of the welding regime and the options for assembling the welded elements, a technological process is proposed for welding a longitudinal weld of a thin-walled shell (wall thickness 0.8 mm) with a diameter of 400 mm. The obtained results showed that in the manufacture of this product it is advisable to use the type of connection-the superposition of the elements on each other. In this case, it is possible to expand the optimal range of welding modes (increase the probability of obtaining a high-quality welded seam), reduce the quality requirements for edge preparation and assembly of the shell, and reduce the laboriousness of manufacturing the product.
Keywords: Welded connection, arc welding, welding modes, quality.
УДК 621.95
ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ СВЕРЛЕНИЯ ОТВЕРСТИЙ В ОБСАДНЫХ ТРУБАХ ФИЛЬТРОВ СКВАЖИННЫХ Калугин Александр Романович, студент (e-mail: kaluginar94@gmail.com) Ясинский Виталий Брониславович, к.т.н., доцент (e-mail: vytechmash@gmail.com) Сибирский федеральный университет, г.Красноярск, Россия
В работе рассматриваются вопросы выбора режущего инструмента и расчета оптимальных режимов сверления отверстий в обсадных трубах фильтров скважинных. Определение скорости резания при сверлении и подачи при сверлении выполняется с учетом ограничений по мощности резания, по количеству отверстий и надежности процесса резания.
Ключевые слова: фильтры скважинные, сверление отверстий, сверла со сменными пластинами, технологичность конструкции.
Фильтры скважинные (ФС) предназначены для закачивания горизонтальных скважин применяются в строительстве нефтегазодобывающих и водозаборных скважин. Скважинный фильтр предназначен для предотвращения разрушения слабоцементированных коллекторов и попадания в скважину механических примесей при ее эксплуатации.
Работа ФС заключается в прохождении фильтруемой среды через фильтрующий элемент и, далее, через отверстия в перфорированной трубе - во внутреннюю полость трубы, откуда фильтруемая среда перекачивается погружными УЭЦН к устью скважины.
Фильтры скважинные устанавливаются в составе обсадной эксплуатационной колонны в области продуктивного пласта нефтегазодобывающих и водозаборных скважин.
