CC BY
12
УДК 621.79:669.141.24
УСЛОВИЯ ОСТЫВАНИЯ И СВОЙСТВА ПОКРЫТИЯ ПРИ ДВУХСЛОЙНОЙ НАПЛАВКЕ ЭЛЕКТРОДОМ ДЛЯ СВАРКИ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
Conditions of wrapping and properties in two-layer fluid electrode for welding of carbon steel
Будко С.И., к.т.н., доцент Гринь А.М., к.э.н., доцент Киселева Л.С., инженер Михальченкова М.А., магистрант Budko S.I., Grin A.M., Kiseleva L.S., Mikhalchenkova M.A.
ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет» Bryansk State Agrarian University
Реферат. Достаточно широкое распространение двухслойной наплавки, которая при устранении дефектов в виде износов со сложным профилем обеспечивает твердый поверхностный слой и мягкую подложку, в виду немногочисленности работ требует проведения дополнительных исследований. Особенно это важно при восстановлении деталей почвообрабатывающих орудий, имеющих лучевидную форму износа (лемеха и отвалы плужных корпусов). Если работы в области двухслойной наплавки с применением электродов с малоуглеродистым стержнем - формирование нижнего слоя, и электродов для получения износостойких покрытий - поверхностный слой, в определенной мере, отличаются полнотой, то наплавка двух слоев одним электродом для сварки углеродистых сталей пока остается вне внимания исследователей. Поэтому цель представленных материалов стало определение пригодности двухслойной наплавки электродами с содержанием углерода около 0,08% для производства двухслойной наплавки с использованием фактора времени охлаждения слоев при образовании покрытия. В эксперименте участвовало 10 опытных образцов наплавленных по 10 технологическим вариантам, отличающихся порядком остывания наваренного материала. За критерий оценки свойств полученного металла наплавки было принято твердость по Роквеллу. Результаты, полученные в ходе эксперимента, обрабатывались с использованием компьютерных технологий. Опыты показали, что изменение схем охлаждения при формировании двухслойных покрытий не приводит к заметным результатам по повышению твердости поверхности. В связи с этим использование для подобной наплавки электродов с малоуглеродистым стержнем может использоваться как вынужденная мера.
Summary. The wide spread two-layer surfacing, providing a solid surface layer and the soft bottom one when eliminating the defects in the form of tear and wear with a complex profile, on account of work sparsity requires background studies. It is especially important when restoring parts of soil-cultivating tools with the beam shape wear (ploughshare and mouldboards ofplough bodies). If the studies in the field of two-layer surfacing with the use of low-carbon rod electrodes to form the lower layer and electrodes for the production of wear-resistant coatings to form the surface layer are, to a certain extent, complete; the two-layer surfacing with one electrode for welding carbon steels is disregarded by researchers. Therefore, the objective of the given materials is to determine the applicability of the two-layer surfacing with electrodes with about 0.08% carbon content using the time factor by cooling-down the layers when forming the surface. In the experiment there were 10 test-pieces, welded according to 10 technological variants, differing in the order of cooling-down of the welded material. Rockwell hardness is accepted as a criterion for assessing the properties of the obtained metal. The results, achieved during the experiment, are processed using computer technologies. The experiments have shown that the change in cooling patterns in the formation of two-layer surfacing does not lead to notable results in increasing the surface hardness. In this regard, the use of low-carbon rod electrodes can be used as a coercive measure.
Ключевые слова: двухслойная наплавка, малоуглеродистые электроды, условия остывания, твердость, коэффициент вариации, рассеяние данных, законы распределения.
Key words: two-layer surfacing, low-carbon electrodes, cooling-down conditions, hardness, coefficient of variation, data dispersion, distribution laws.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАДАЧИ
Двухслойные покрытия нашли применение при восстановлении и упрочнении деталей различного функционального назначения [1,2,3]. Как правило, необходимость их использования обусловлена условиями работы изделия, когда поверхностный слой должен быть износостойким в отношении
абразивной среды, а металл нижнего слоя пластичен. Подобное сочетание обеспечивает стойкость к абразивному изнашиванию с повышенной ударной вязкостью полученного изделия [5,6]. Известны работы ряда исследователей [7,8,9], посвященные восстановлению и упрочнению таким способом деталей дорожной, строительной и почвообрабатывающей техники. Они рассматривают возможности двухслойной наплавки электродами для получения покрытий высокой твердости при наличии относительно мягкого подслоя. Кроме того, имеют место работы, где регулирование твердостью поверхности осуществляется путем варьирования условиями остывания первого и второго слоев в периодах их формирования [10,11].
В тоже время, свойства и возможности двухслойных покрытий, образованных наплавкой общедоступными электродными материалами для сварки углеродистых сталей нельзя считать до конца изученными, на что указывает малочисленность источников [12]. Между тем, в условиях предприятий сельского хозяйства с небольшими объемами производства и относительно слабым технологическим обеспечением применение указанного метода при восстановлении деталей относится к вынужденной, но необходимой мере.
Поэтому задачей работы стало выявление возможностей двухслойной наплавки электродом с малоуглеродистым стержнем С (<0,1%) путем использования фактора времени при остывании формирующихся покрытий.
ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Для решения поставленной задачи использовались образцы со сформированными наплавкой покрытиями по десяти технологическим вариантам (схемам). В основу этих вариантов были положены условия остывания первого (нижнего) и второго (верхнего) слоев перед проведением последующей наплавки.
Варианты нанесения слоев наплавкой представлены следующими схемами:
1.0 - одного слоя непрерывно;
2.0 - первого слоя непрерывно с остыванием в течение:
2.1 - 5 мин.; 2.2 - 10 мин.; 2.3 - 15 мин.; 2.4 - 20 мин.; 2.5 - 30 мин. и 2-го слоя непрерывно;
3.1 - наплавка первого слоя непрерывно, полное его остывание, 2-го слоя непрерывно;
3.2 - наплавка первого слоя с остыванием каждого валика до 40-60 град., 2-го слоя непрерывно;
4.1 - наплавка первого слоя с остыванием каждого валика до 40-60 град., 2-го слоя с остыванием каждого валика;
4.2 - непрерывная наплавка первого слоя, полное его остывание и затем 2-го слоя с остыванием каждого валика.
В качестве наплавочного материала служил электрод МР 4, у которого стальной стержень содержит около 0,08% углерода и который предназначен для сварки углеродистых сталей. Режим наплавки: диаметр электрода (ёэ) - 4 мм; сила сварочного тока (1св) - 160 А; полярность - обратная.
Покрытие формировались на лемехах (сталь Л53) и после остывания проводилась их вырезание с обильным охлаждением, что позволило избежать чрезмерного влияния термических воздействий и максимально воспроизвести реальные условия наплавки.
Механические свойства оценивались изменением твердости методом Роквелла по шкале С -ИЯС. Количество наносимых отпечатков составило 25 штук, обеспечив тем самым сравнительно высокую достоверность полученных данных. (Оценивалось среднее значение)
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Полученные данные показывают, что наибольшее среднее значение твердости составляет 17,5 ИЯС (вариант 2.2), а минимальное 14,1 ИЯС (табл. 1). Такая величина ИЯС не сможет обеспечить значительного повышения износостойкости, и она даже меньше исходной твердости материала лемеха, которая составляет 23-25 ИЯС. Тем не менее, максимальные значения твердости наплавленного металла могут достигать до 24 ИЯС, хотя их нельзя считать характерными. Следует полагать, что некоторое повышение твердости обусловлено появлением незначительного количества структурных составляющих трооститно-сорбитного типа. Вероятность появления подобных субстанций достаточно невелика, но наличие в основном металле углерода в количестве 0,53% дает все основания для образования некоторого количества закалочных фаз.
В свою очередь минимальные значения ИЯС составляют всего лишь 11 единиц. Столь незначительные величины твердости связаны с весьма низким содержанием углерода в наплавленном металле. Падение ИЯС связано также и с его выгоранием при проведении наплавочных работ, так как температура в зоне плавления составляет около 3000°С.
Исходя из изложенного, применение двухслойной наплавки при реставрации деталей со сложно профильным износом, может служить исключительно необходимой мерой, диктуемой отсутстви-
ем технологических возможностей предприятия.
Таблица 1 - Статистические показатели результатов экспериментов
Вариант наплавки 1.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 3.1 3.2 4.1 4.2
коэффициент вариации 0,16 0,11 0,18 0,08 0,1 0,12 0,13 0,13 0,13 0,11
среднее значение НЯС 16,8 14,4 17,5 14,1 16,0 15,0 15,2 17,7 14,3 15,6
минимальное НЯС 11 11 12 12 13 11 11 12 11 13
максимальное НЯС 24 16 24 16 19 18 19 21 18 17
Определенный интерес представляет рассмотрение стабильности результатов экспериментов через изменение коэффициента вариации, который является критерием для оценки их рассеяния. Разбросы опытных данных находятся в границах 8-18%, что указывает на сравнительно высокую нестабильность процесса структурообразования. При этом нужно отметить, что наибольшим значениям V соответствуют максимальные величины HRC. Так, вариантам 1.0 и 2.2 присущи относительно высокие коэффициенты вариации и максимальные значения твердости - V=0,16 и 0,18, а HRC составляет 24 и 24 единицы соответственно. Отмеченное подтверждается связью между величиной коэффициента вариации и значением твердости. Такая связь выражается ростом V с увеличением HRC (рис. 1).
V/
0,17 0,15 0,13 0,11 0,09 0,07 0,05
14 14,5 15 15,5 16 16,5 17 17,5 НЯС
Рисунок 1 - Зависимость рассеяния результатов исследований от величины твердости (график построен по максимальным HRC)
Распределение твердости для всех образцов подчиняется нормальному закону, на что указывает значение коэффициентов вариации, не превышающие 0,33 [12], что характерно для параметров механических свойств металлических тел.
При этом заметных различий и особенностей в гистограммах не отмечается, (рис. 2). Максимальная вероятность (Р^ проявления твердости равна 0,35 и относится к среднему значению HRC для образцов, выполненных по варианту, когда наплавка проводится за один проход непрерывно (рис. 2-1.0).
Наличие вероятности 0,05 присуще минимальным значениям твердости (рис.2-2.1; 2.5; 3.1; 3.2 и 4.2). Опять же, какие-либо закономерности в данном случае отсутствуют.
ВЫВОДЫ
Различие в условиях остывания при формировании двухслойных покрытий наплавкой электродами с малоуглеродистым стержнем (электроды для сварки углеродистых сталей) не оказывает заметного влияния на изменение твердости поверхности.
Рассеяние значений твердости, оцениваемое коэффициентом вариации, возрастает с ее увеличением.
Распределения HRC подчиняются нормальному закону независимо от технологического приема формирования покрытий.
0,40 0,20 0,00
11,00 -13,20 -1540 - 17,60 -19,80 -22,00 -13,20 15,40 17,60 19,80 22,00 24,20
0,4 0,2
2.1
11,00 -11,85 - 12,7 - 13,55 - 14,4 - 15,25 11,85 12,7 13,55 14,4 15,25 16,1
2.2
|||||.
12,00 - 14,0014,00 - 16,0016,00 - 18,0018,00 - 20,0020,00 - 22,0022,00 - 24,00
0,15 0,1 0,05 0
12,00 - 12,67 12,67 - 13,34 13,34 - 14,01 14,01 - 14,68 14,68 - 15,35 15,35 - 16,02
0,4 0,2 0
2.4
13,00 -14,00 -15,00 -16,00 -17,00 -18,00 -14,00 15,00 16,00 17,00 18,00 19,00
0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0
11,00 - 12,17 - 13,34 - 14,51 - 15,68 - 16,85 -12,17 13,34 14,51 15,68 16,85 18,02
0,3 0,2 0,1 0
3.1
- ■ 11 ■
11,00 - 12,34 - 13,68 - 15,02 - 16,36 - 17,7 -12,34 13,68 15,02 16,36 17,7 19,04
0,4 0,2 0
3.2
12,00 -13,50 -15,00 -16,50 -18,00 -19,50 -13,50 15,00 16,50 18,00 19,50 21,00
Р1
0
Р1
0.25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
Р1
Р1
Р1
Р1
0,4 0 ,2 0
4.1
11,00 -12,17 -13,34 -14,51 -15,68 -16,85 -12,17 13,34 14,51 15,68 16,85 18,02
0,3 0,2 0,1 0
4.2
13,00 -13,67 -14,34 -15,01 -15,68 -16,35 -13,67 14,34 15,01 15,68 16,35 17,02
Р1
Р1
Рисунок 2 - Гистограммы распределения твердости в зависимости от технологического варианта (цифрами указаны схемы формирования покрытий)
Библиографический список
1. Способ восстановления и упрочнения плужных лемехов устранением лучевидного износа двухслойной наплавкой: пат. 2370351 Рос. Федерация / Михальченков A.M., Тюрева A.A., Козарез И.В., Комогорцев В.Ф.; опубл. 10.04.2008
2. Будко С.И., Зуева Д.С. Увеличение ресурса плужных лемехов восстановлением их заплавкой лучевидного износа // Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения. 2007. № 1 (6). С. 49-51.
3. Тюрева A^., Козарез И.В. Совершенствование методики эксплуатационных испытаний новых и восстановленных плужных лемехов // Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения. 2010. № 1 (9). С. 94-100.
4. Стребков С.В., Булавин СА., Макаренко A.H. Повышение долговечности культиваторных лап при наплавке // Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения. 2002. № 1 (1). С. 185-193.
5. Михальченкова МА. Некоторые вопросы повышения устойчивости к абразивному изнашиванию долотообразной части цельнометаллических лемехов // Вестник Брянской государственной сельскохозяйственной академии. 2014. № 4. С. 31-34.
6. Научные принципы повышения износостойкости рабочих органов почвообрабатывающей техники / ATO. Измайлов, СА. Сидоров, Я.П. Лобачевский, В.К. Хорошенков, ПА. Кузнецов, МА. Юрков, СА. Голосиенко // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 2012. № 3. С. 5-7.
7. Михальченков A^., Ковалев A.^, Козарез И.В. Геометрические параметры лучевидного износа лемехов // Тракторы и сельхозмашины. 2011. № 1. С. 44-47.
8. Михальченков A^., Киселева Л.С. Способы восстановления лемехов с неустранимыми дефектами. // Бюллетень научных работ Брянского филиала МИИТ. 2012. № 1 (1). С. 53-56.
9. Дьяченко Ai. Выбор основных геометрических параметров участка формирования желоба трубчатого ленточного конвейера. // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2007. № 10. С. 229-231.
10. Титов Н.В., Коломейченко Ai., Виноградов В.В. Aнализ перспективных способов упрочнения рабочих органов почвообрабатывающих машин // Техника и оборудование для села. 2013. № 10. С. 33-36.
11.. Повышение абразивной износостойкости деталей варьирование техники наплавки двухслойных покрытий с твердой поверхностью / И.В. Козарез, МА. Михальченкова, В.И. Лавров, Н.В. Синяя // Тракторы и сельхозмашины. 2016. № 10. С. 38-40.
12. Математическая статистика. Примеры и задачи: учебное пособие. НГТУ, 2011. 84 с.
References
1. Sposob vosstanovleniya i uprochneniya pluzhnykh lemekhov ustraneniem luchevidnogo iznosa dvukhsloynoy naplavkoy: pat. 2370351 Ros. Federatsiya / Mikhal'chenkov A.M., Tyureva A.A., Kozarez I.V., Komogortsev V.F.; opubl. 10.04.2008
2. Budko S.I., Zueva D.S. Uvelichenie resursa pluzhnykh lemekhov vosstanovleniem ikh zaplavkoy luchevidnogo iznosa // Konstruirovanie, ispol'zovanie i nadezhnost' mashin sel'skokhozyaystvennogo naznacheniya. 2007. № 1 (6). S. 49-51.
3. Tyureva A.L., Kozarez I.V. Sovershenstvovanie metodiki ekspluatatsionnykh ispytaniy novykh i vosstanovlennykh pluzhnykh lemekhov // Konstruirovanie, ispol'zovanie i nadezhnost' mashin sel'skokhozyaystvennogo naznacheniya. 2010. № 1 (9). S. 94-100.
4. Strebkov S.V., Bulavin S.A., Makarenko A.N. Povyshenie dolgovechnosti kul'tiva-tornykh lap pri naplavke // Konstruirovanie, ispol'zovanie i nadezhnost' mashin sel'sko-khozyaystvennogo naznacheniya. 2002. № 1 (1). S. 185-193.
5. Mikhal'chenkova M.A. Nekotorye voprosy povysheniya ustoychivosti k abrazivnomu iznashivaniyu dolotoobraznoy chasti tsel'nometallicheskikh lemekhov // Vestnik Bryanskoy gosudarstvennoy sel'skokhozyaystvennoy akademii. 2014. № 4. S. 31-34.
6. Nauchnye printsipy povysheniya iznosostoykosti rabochikh organov pochvoobrabatyvayushchey tekhniki / A.Yu. Izmaylov, S.A. Sidorov, Ya.P. Lobachevskiy, V.K. Khoroshenkov, P.A. Kuznetsov, M.A. Yurkov, S.A. Golosienko // Vestnik Rossiyskoy akademii sel'skokhozyaystvennykh nauk. 2012. № 3. S. 5-7.
7. Mikhal'chenkov A.M., Kovalev A.P., Kozarez I.V. Geometricheskie parametry luche-vidnogo iznosa lemekhov // Traktory i sel'khozmashiny. 2011. № 1. S. 44-47.
8. Mikhal'chenkov A.M., Kiseleva L.S. Sposoby vosstanovleniya lemekhov s neustranimymi defektami. //Byulleten'nauchnykh rabotBryanskogo filialaMIIT. 2012. № 1 (1). S. 53-56.
9. D'yachenko A.V. Vybor osnovnykh geometricheskikh parametrov uchastka formirovaniya zheloba trubchatogo lentochnogo konveyera. //Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2007. № 10. S. 229-231.
10. Titov N.V., Kolomeychenko A.V., Vinogradov V.V. Analiz perspektivnykh sposobov uprochneniya rabochikh organovpochvoobrabatyvayushchikh mashin // Tekhnika i oborudovanie dlya sela. 2013. № 10. S. 33-36.
11. Povyshenie abrazivnoy iznosostoykosti detaley var'irovanie tekhniki naplavki dvukhsloynykh pokrytiy s tverdoy poverkhnost'yu / I.V. Kozarez, M.A. Mikhal'chenkova, V.I. Lavrov, N.V. Sinyaya // Traktory i sel'khozmashiny. 2016. № 10. S. 38-40.
12. Matematicheskaya statistika. Primery i zadachi: uchebnoe posobie. NGTU, 2011. 84 s.
УДК 331.46 (470.333)
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПРИ ОЦЕНКЕ УРОВНЯ АВАРИЙНОСТИ И ТРАНСПОРТНОГО ТРАВМАТИЗМА В БРЯНСКОЙ ОБЛАСТИ
The Use of Forecasting Techniques in the Assessment of the Accident Rate and Traffic Injuries
in the Bryansk Region
Никулин В.В., к.т.н., доцент, nikso227@mail.ru Nikulin V. V.
ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет» Bryansk State Agrarian University
Реферат. В статье проведен анализ данных о состоянии аварийности на дорогах области, которые вносят определенный вклад в общую статистику аварийности на дорогах страны. Исследовано влияние неисправности автотранспортных средств на проблему обеспечения безопасности дорожного движения в Брянской области. Дан прогноз причин и факторов, влияющих на уровень дорожно-транспортных происшествий.
Summary. The article analyzes the data on the accident rates on the regional roads, contributing to the total statistics of accidents on roads of our country. The influence of vehicles malfunctions on the problem of road safety in the Bryansk region is studied. The reasons and factors affecting the level of road accidents are given.
Ключевые слова: аварийность, безопасность дорожного движения, дорожно-транспортное происшествие, водитель, автотранспортное средство, пешеход, дорожные условия
Keywords: accident rate, traffic safety, road traffic accident, driver, vehicle, pedestrian, road conditions
Одной из серьезных проблем, стоящих в настоящее время как перед федеральными, так и региональными властями это проблема аварийности на дорогах области и страны.
Брянская область образована в 1944 году.
Дороги области имеют общую протяженность 5322,64 км из них:
- протяженность дорог II категории - 36,67 км;
- протяженность дорог III категории - 374,42 км;
- протяженность дорог IV категории - 4820,26 км;
- протяженность дорог V категории - 64,04 км;
- протяженность дорог без категории - 26,25 км.
За период с 1978 по 2016 год в Брянской области зарегистрировано 52815 дорожно-транспортных происшествий, в которых 9951 человек погибло и 59794 человек получили травмы различной степени тяжести.
Основные показатели аварийности на дорогах Брянской области за период с 1978 по 2016 год представлены в таблице 1.
