Вдосконалення технології наплавлення стрічковим електродом Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

2017р. Серiя: Техшчш науки Вип. 34

ISSN 2225-6733

УДК 621.791.927

© Гулаков С.В.1, Бурлака В.В.2, MipoHeHKo А.1.3

ВДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГИ НАПЛАВЛЕННЯ СТР1ЧКОВИМ ЕЛЕКТРОДОМ

Вивчена поведтка дуги на торц стр1чкового електроду. Показано, що перемещения дуги по торцю зд1йснюеться за рахунок пер1одичних коротких замикань дугового пром1жку. При цьому нова дуга збуджуеться в точц короткого замикання. Це призводить до збшьшення в1рог1дност1 формування дефект1в в наплавленому шар1 змщнених вироб1в. Запропоновано фтсувати моменти коротких замикань електроду на основний метал i в Ц моменти зд1йснювати розряди заздалег1дь зарядже-ного конденсатора, тдключаючи його мiж електродом i виробом. Для реалiзацii цих дт розроблено спещальне автоматизоване устаткування.

Ключовi слова: дугове наплавлення, стрiчковий електрод, коротк замикання, яюсть наплавленого шару, дефекти наплавлення.

Гулаков С.В., Бурлака В.В., Мироненко А.И. Усовершенствование технологии наплавки ленточным электродом. Изучено поведение дуги на торце ленточного электрода. Показано, что перемещение дуги по торцу осуществляется за счет периодических коротких замыканий дугового промежутка. При этом новая дуга возбуждается в точке короткого замыкания. Это приводит к увеличению вероятности формирования дефектов в наплавленном слое упрочненных изделий. Предложено фиксировать моменты коротких замыканий электрода на основной металл и в эти моменты осуществлять разряды предварительно заряженного конденсатора, подключая его между электродом и изделием. Для реализации этих действий разработано специальное автоматизированное оборудование.

Ключевые слова: дуговая наплавка, ленточный электрод, короткие замыкания, качество наплавленного слоя, дефекты наплавки.

S. V. Gulakov, V. V. Burlaka, A.I. Mironenko. Improving the technology of deposition using strip electrode. The behavior of the arc at the strip electrode tip is studied. It is shown that the arc is moving along the electrode tip due to periodic short-circuits of the arc gap. Thus, a new arc is excited at the point where short circuit occurred after a conductive bridge formed by molten metal is vanished due to a high welding current. This leads to an increase in the probability of defect formation in the deposited layer of work-piece under treatment. To improve deposited layer quality, it is suggested to identify the moments of short-circuits of the electrode to the base metal and to discharge the pre-charged capacitorat these instants, connecting it between the electrode and the product. High discharge current pulse speeds up the destruction of the molten metal bridge between electrode tip and workpiece, thus lowering the time needed for arc re-ignition and improving depostion process stability. A special automated equipment has been developed to implement this process. Capacitor discharge is done using power thyristor with series-connected inductance for limiting discharging current rate of rise and for limiting discharge current peak value such that it is not impairing thyristor reliability. The pre-charging of the capacitor is done by an auxiliary power supply. Several thyristor-capacitor networks can be used in parallel to allow for multiple current pulses mode and to reduce RMS currents in capacitors.

1 д-р техн. наук, професор, ДВНЗ «Приазовський державний техтчний утверситет», м. Марiуполь, gulakov s v@pstu.edu

2 канд. техн. наук, доцент, докторант ДВНЗ «Приазовський державний техтчний утверситет», м. Марiуполь, VladimirV.Burlaka@gmail. com

3 астрант, ДВНЗ «Приазовський державний техтчний утверситет», м. Марiуполь, kulyabina-ai@rambler. ru

Keywords: arc deposition, strip electrode, short circuits, deposited layer quality, deposition defects.

Постановка проблеми. У промисловосп широке застосування знайшло дугове наплав-лення с^чковим електродом, яке вiдрiзняeться високою продуктивнiстю, можливiстю форму-вання широких шарiв з малою долею учасп основного металу в наплавленому. Одшею з причин, що обмежують застосування ще! технологи, е вiрогiднiсть появи дефектiв у виглядi лока-льних несплавлень основного металу з наплавленим i формування в ньому шлакових включень. Це пов'язано з розподшеним введенням теплоти в основний метал iз-за перiодичного перемь щення дуги по торцю стрiчкового електроду [1], а також особливостями горшня дуги на його торщ i перенесення електродного металу в зварювальну ванну. В зв'язку з цим збшьшення ста-бiльностi проплавлення основного металу при наплавленш стрiчковим електродом дозволяе розширити сферу застосування ще! технологи, знизити витрати на реалiзацiю процесiв змщ-нення i вщновлення деталей.

Аналiз останшх дослiджень i публiкацiй. Одним з iстотних чинниюв, що визначають якiснi характеристики шару, наплавленого стрiчковим електродом, е природа i характер пе-ремiщення дуги по торцю сучкового електроду, визначальш закономiрностi його плавлення [1-3]. На вщмшу вiд наплавлення електродним дротом процес наплавлення сечкою характе-ризуеться перемщеннями дуги по торцю електроду [4]. За рахунок постшного перемщення рiдких крапель металу уздовж краю с^чки мiняеться положення i число дуг [5]. За даними роботи [6] дуга прагне гор^и в мющ найменшо! вiдстанi мiж електродом i виробом при мшь мальному опорi i падiннi напруги. Автори роботи [7] стверджують, що при наплавленш стр> чкою на li торщ може гор^и одна або декшька дуг, число яких залежить вщ струму дуги, напруги на нш i розмiрiв електроду.

Мета роботи. Розробка технологи i устаткування для дугового наплавлення с^чковим електродом, що забезпечують високу яюсть наплавлених виробiв.

Виклад основного матерiалу. Як було сказано вище, в лiтературi вiдзначаеться, що в процес наплавлення стрiчковим електродом дуга постшно перемiщаеться по торцю стрiчки, рiвномiрно оплавляючи його. Мiж тим, експериментальш результати показують нерiвномiрний характер розплавлення сучкового електроду. Це може пояснюватися тим, що дузi (точнiше, активним плямам) енергетично невипдно перемiщатися по торцю, послщовно оплавляючи його в ходi процесу наплавлення, оскiльки зi зниженням температури металу збiльшуеться робота виходу, тобто i приелектроднi падшня напруги.

Звiдси витiкае, що мтмальна напруга на дуговому промiжку буде у разi горiння дуги мiж областями з максимальною температурою. Крiм того, у разi перемiщення дуги уздовж тор-ця стрiчки вона (дуга) зус^чае опiр нерозплавленого флюсу, подолання якого також вимагае додаткових витрат енерги i збiльшення напруги на дуговому промiжку.

Авторами показано, що дуга, яка горить на торщ електроду, перемщуеться по ньому за рахунок перюдичних коротких замикань дугового промiжку. Таким чином, процес плавлення сучкового електроду супроводжуеться постшними короткими замиканнями дугового промiж-ку з повторними збудженнями дуги. У моменти коротких замикань струм дуги приймае макси-мальне значення при нульовш напрузi на нш. При цьому повинш бути створенi умови для ста-бiльного перiодичного збудження дуги в мюцях коротких замикань. Чим скорше i стабiльнiше буде вщбуватися повторне збудження дуги, тим яюсшше буде йти процес формування робочо-го шару наплавленням с^чковим електродом.

З цiею метою авторами запропоновано в процеш наплавлення с^чковим електродом фi-ксувати моменти коротких замикань електроду на основний метал i в щ моменти здшснювати розряди заздалегiдь зарядженого конденсатора, тдключаючи його мiж електродом i виробом. Моменти коротких замикань надшно фшсуються за допомогою вимiрювання зварювального струму i напруги на дузi. В щ моменти перший параметр приймае максимальне значення, а другий становиться близьким до нуля.

Для реалiзацil цього способу розроблений спещальний пристрш (рисунок), що тдключа-еться до виводiв зварювального випрямляча, що живить дугу. Пристрш складаеться з основного зварювального джерела живлення (випрямляча) G1, позитивний вихщ якого пiдключений до електроду, а негативний - до виробу, що наплавляеться.

Рисунок - Електрична схема пристрою стабшзаци горшня дуги на сучковому електродi

У пристрш додатково введенi: другий випрямляч G2 i блок керування. До позитивного виходу цього випрямляча шдключеш, щонайменше, три однаковi електричнi ланцюжки, що складаються з послiдовно з'еднаних струмообмежувального терморезистора NTC, дiода VD i тиристора VS, при цьому до точок приеднання катода дiода i анода тиристора пiдключений один з виводiв конденсаторiв С. Другi виводи конденсаторiв об'еднанi i пiдключенi до негатив-них виводiв виходу обох випрямлячiв. Катоди тиристорiв об'еднанi i через дросель L1 приедна-ш до позитивного виводу зварювального випрямляча (до електроду).

Працюе пристрiй таким чином. Щц час наплавлення с^чковий електрод рiвномiрно ру-хаеться вниз до виробу iз швидкiстю подачу а дуга, що горить на його торщ, оплавляе останнiй, перемщаючись по ньому. В цей же час конденсатори С1-Сп заряджаються вщ випрямляча G2 через струмообмежувальнi терморезистори NTC1-NTCn. У моменти коротких замикань торця електроду на вирiб блок управлшня формуе на виходi короткий iмпульс, який поступае на ке-руючi електроди тиристорiв. Вiдкриваеться той тиристор, напруга на анодi якого в даний момент максимальна по вщношенню до анодiв шших тиристорiв. Вiдповiдний конденсатор через вщкритий тиристор i дросель L1 розряджаеться через область короткого замикання електроду на вирiб, руйнуючи перемичку. Збуджуеться нова дуга i процес тривае до моменту чергового короткого замикання. Це забезпечуе стабшьне протшання процесу дугового наплавлення с^ч-ковим електродом, тдвищуе якiснi характеристики наплавлених виробiв.

Висновки

1. Показано, що дуга, яка горить на торщ сучкового електроду, перемщуеться по ньому за рахунок перюдичних коротких замикань його на вирiб, що наплавляеться.

2. Запропоновано при дуговому наплавленш с^чковим електродом фiксувати моменти коротких замикань електроду на вирiб i в цi моменти здiйснюють розряди заздалепдь зарядже-ного конденсатора, тдключаючи його мiж електродом i виробом.

3. Розроблений спещальний автоматизований пристрш, що тдключаеться до виводiв зварю-вального випрямляча, який живить дугу, забезпечуе розряди конденсатора в моменти коротких замикань дугового промiжку.

Список використаних джерел:

1. Кравцов Т.Г. Электродуговая наплавка электродной лентой / Т.Г. Кравцов. - М. : Машиностроение, 1978. - 168 с.

2. Гулаков С.В. Наплавка под флюсом ленточным электродом / С.В. Гулаков, В.Н. Матвиенко, Б.И. Носовский. - Мариуполь : ПГТУ, 2006. - 136 с.

3. Размышляев А.Д. Автоматическая электродуговая наплавка ленточным электродом под флюсом / А.Д. Размышляев. - Мариуполь : ГВУЗ «ПГТУ», 2013. - 180 с.

4. Eichhorn F. Grundlagen des Lichtbogenauftragschweissens mit Bandelektrode unter Schutcgas / F. Eichhorn, G. Lohrmann // Schweissen und Schneiden. - 1969. - Vol. 21, № 8. - Рр. 311-315.

5. Gert H. Modernes Unterpulver-Auftragschweissen mit Bandelektroden / H. Gert // BBCNachrichten. - 1969. - № 9. - Рр. 537-539.

6. Kretchmann G. Lichtbegeausbildung beim Band-Schweissen / G. Kretchmann // Schweisstech-nik. - 1969. - Vol. 19, № 2. - Рр. 76-78.

7. Pelkofer D. UP-Auftragschweissen mit Bandelektroden / D. Pelkofer, T. Varga // Technische Rundschau. - 1970. - Vol. 3, № 27. - Рр. 62.

References:

1. Kravtsov T.G. Elektrodugovaia naplavka elektrodnoi lentoi [Electric arc surfacing with electrode tape]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1978. 168 p. (Rus.)

2. Gulakov S.V., Matvienko V.N., Nosovskii B.I. Naplavka pod fliusom lentochnym elektrodom [Surfacing with flux tape electrode]. Mariupol, SHEE «PSTU» Publ., 2006. 136 p. (Rus.)

3. Razmyshliaev A.D. Avtomaticheskaia elektrodugovaia naplavka lentochnym elektrodom pod fliusom [Automatic arc welding surfacing with a ribbon electrode]. Mariupol, SHEE «PSTU» Publ., 2013. 180 p. (Rus.)

4. Eichhorn F., Lohrmann G. Grundlagen des Lichtbogenauftragschweissens mit Bandelektrode unter Schutcgas. Schweissen und Schneiden, vol. 21, no. 8, pp. 311-315. (Germ.)

5. Gert H. Modernes Unterpulver - Auftragschweissen mit Bandelektroden. BBC - Nachrichten, 1969, no. 9, pp. 537-539. (Germ.)

6. Kretchmann G. Lichtbegeausbildung beim Band-Schweissen. Schweisstechnik, vol. 19, no. 2, pp. 76-78. (Germ.)

7. Pelkofer D., Varga T. UP-Auftragschweissen mit Bandelektroden. Technische Rundschau, vol. 3, no. 27, p. 62. (Germ.)

Рецензент: В.М. Матвieнко

д-р техн. наук, проф., ДВНЗ «ПДТУ»

Стаття надшшла 15.02.2017