CC BY
58
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013
удк 621.791 в. Н. КУСКОВ
А. Г. ОБУХОВ Р. А. МАМАДАЛИЕВ
Тюменский государственный нефтегазовый университет
ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА НА ПЕРЕХОД ХРОМА В НАПЛАВЛЕННЫЙ МЕТАЛЛ ПРИ СВАРКЕ СТАЛИ 20Х13____________________________
Исследовано влияние силы тока и типа источника питания на переход хрома в наплавленный металл при сварке стали 20Х13. Установлено снижение перехода хрома в наплавленный металл при увеличении силы тока из-за ускорения его выгорания. Эффективность применения инверторного источника питания возрастает в случае повышения силы тока до 140 А.
Ключевые слова: хром, сталь 20Х13, сварочный выпрямитель, инверторный источник питания, сила сварочного тока.
При ручной дуговой сварке покрытыми электродами различных материалов существует ряд недостатков, которые снижают эффективность процесса и отрицательно влияют на качество сварных соединений, например: высокое разбрызгивание и коэффициент расхода сварочных электродов, низкие производительность, коэффициент наплавки, коэффициент перехода легирующих компонентов в сварной шов (при сварке легированных сталей). Применение новых источников питания позволяет уменьшить проявление отмеченных недостатков.
Эксперимент провели с двумя сериями стыковых соединений, выполненных с применением типового сварочного выпрямителя ВДМ-1201 (Россия) и инверторного источника питания ARC 200i (Россия). Сваривали пластины размером 150x100 мм толщиной от
3 до 12 мм из коррозионностойкой высоколегированной хромистой стали мартенситного класса 20Х13. Марку стали выбрали с учетом применяемых конструкционных материалов в энергетической, нефтегазодобывающей, приборостроительной и других ведущих отраслях Тюменского региона.
Использовали четыре марки электродов [1]: УОНИ-13\НЖ (Россия) диаметром 4 мм, ЦЛ-9 (Россия) диаметром 3 мм, ОК 76,35 (Швеция) диаметром
4 мм и ОЗЛ-6 (Россия) диаметром 4 мм.
Сварку всех соединений выполнял один и тот же рабочий на постоянном токе обратной полярности величиной 60, 80 и 100 А, что рекомендовано заводом-изготовителем электродов для ручной дуговой сварки. После выполнения каждого слоя шва производили его зачистку от шлака до металлического блеска.
Образцы для изготовления шлифов наплавленного металла после остывания сварного соединения до комнатной температуры вырезали поперек швов в 60 мм от края пластины.
Для определения химического состава наплавленного металла, электродных стержня и покрытия проводили рентгенофлюоресцентный анализ (РФА) на спектрометре X-MET 5000 с пакетом программ Х-40. Источником возбуждения служила рентгеновская трубка с родиевым анодом PW 1404/00 (напряжение
составляло 60 кВ, сила тока 50 мА). Время на определение одного элемента на глубине 0,1—0,5 мм от поверхности составляло около 1 мин. Метод основан на зависимости интенсивности характеристических линий флюоресценции элемента от его концентрации в исследуемом образце. Возбуждаемое первичным рентгеновским излучением характеристическое излучение элементов разлагается в спектр и сравнивается с эталоном.
Перед проведением РФА поверхность исследуемых металлических образцов обрабатывали путем тонкого шлифования. Для определения химического состава электродного покрытия его измельчали до порошка, после чего изготавливали прессованные таблетки диаметром 32 мм.
В табл. 1 и 2 представлены результаты определения химического состава электродных стержня и покрытия, а на рис. 1 и 2 в качестве примера — влияние силы сварочного тока и типа источника питания электрической дуги на содержание хрома в наплавленном металле.
В исследуемых случаях хром переходит в наплавленный металл как из электродного стержня, так и из покрытия. Его содержание снижается при увеличении силы сварочного тока, что обусловлено усилением его выгорания.
В интервале токов, рекомендованных заводом-изготовителем электродов (60— 100 А), с точки зрения эффективности перехода хрома в наплавленный металл, наиболее целесообразно использование типового сварочного выпрямителя ВДМ-1201. Однако при повышении силы тока до 140 А при использовании инверторного источника питания отмечено существенное снижения расхода электродов и количества проходов для получения требуемых размеров шва. В частности, количество электродов на заполнение стыка при сварке пластин толщиной 12 мм снизилось до пяти по сравнению с семью при сварке с выпрямителем ВДМ 1201. Кроме того, облицовочный шов приобрел признаки, характерные для автоматической сварки: мелкочешуйчатость, плавный переход металла шва к основному металлу, техническая эстетичность.
Химический состав электродного стержня
Марка электрода Содержание элементов в %
С Si Mn Cr Ni Nb
УОНИ-1З\НЖ 0,11 0,09 0,64 10,45 0,4 —
ЦЛ-9 0,08 0,36 1,71 17 10 —
ОК 76,35 0,09 0,11 0,5 0,03 0,9 —
ОЗЛ-6 0,09 0,7 1,42 20,9 11,51 0,52
Таблица 2
Химический состав покрытия электродов
Марка электрода Содержание элементов в %
Si Mn Cr Mo Ca Ti V Fe
УОНИ-1З\НЖ 2,1 21,08 9,4 1,08 21,76 6,9 0,09 40
ЦЛ-9 0,87 9,4 25,19 0,87 33,08 8,9 0,075 38,18
ОК 76,35 0,6 3,1 8,5 0,89 28,97 7,7 0,084 8,5
ОЗЛ-6 1,44 3,67 3 0,07 32,97 3,24 0,074 6,2
SO BO 7O |св,А 8O 9O 1OO 11O
Рис. 1. Содержание хрома в металле, наплавленном электродами ЦЛ-9 с помощью: 1 — выпрямителя ВДМ-1201; 2 — инверторного источника ARC 200i
SO BO 7O |св' А 8O 9O 1OO 11O
Рис. 2. Содержание хрома в металле, наплавленном электродами УОНИ 13/НЖ с помощью: 1 — выпрямителя ВДМ-1201; 2 — инверторного источника ARC 200i
Отмечено повышение погонной энергии при источника нагрева (сварочной дуги) становится боль-
сварке инверторным источником питания. Это поз- ше, качественно изменяются вольт-амперные харак-
воляет экономить электроэнергию, время и свароч- теристики источника питания и дуги.
ные электроды (до 25 %), снизить трудоёмкость Наиболее экономичными оказались электроды
процесса сварки. Коэффициент сосредоточенности УОНИ-13/НЖ, обеспечивающие состав наплавлен-
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013
ного металла близким к составу стали 20Х13 без перерасхода хрома (что наблюдается при использовании электродов ЦЛ-9 и ОЗЛ-6). Электроды ОК 76,36 позволяли получить наплавленный металл с содержанием хрома лишь -5,6 %, в то время как в стали 20Х13 согласно ГОСТ 5632* концентрация хрома составляет 12,0-14,0 %.
Библиографический список
1. Сварка. Резка. Контроль : справ. В 2 т. Т. 1 / Н. П. Алешин, Г. Г. Чернышев, Э. А. Гладков ; ред. Н. П. Алешин, Г. Г. Чернышев. — М. : Машиностроение, 2004. — 620 с.
КУСКОВ Виктор Николаевич, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры транспорта углеводородных ресурсов.
ОБУХОВ Александр Геннадьевич, доктор физикоматематический наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой высшей математики. МАМАДАЛИЕВ Расул Ахмадович, аспирант кафедры транспорта углеводородных ресурсов.
Адрес для переписки: vnkuskov@yandex.rn
Статья поступила в редакцию 15.03.2013 г.
© В. Н. Кусков, А. Г. Обухов, Р. А. Мамадалиев
УДК 629.78 В. И. ТРУШЛЯКОВ
Е. А. ЮТКИН
Омский государственный технический университет
ОБЗОР СРЕДСТВ СТЫКОВКИ И ЗАХВАТА ОБЪЕКТОВ КРУПНОГАБАРИТНОГО КОСМИЧЕСКОГО МУСОРА_______________________________
В данной статье проведены обзор и анализ разрабатываемых средств и способов стыковки и захвата некооперируемых объектов крупногабаритного космического мусора. На основе проведенного исследования систематизирована информация о разрабатываемых в США и странах Евросоюза устройствах стыковки и захвата, выделены основные типы подходов к решению указанных задач. Сформулированы требования для многоразовых систем, выполнение которых необходимо для организации успешной стыковки с некооперируемыми объектами и их последующей буксировки на орбиты утилизации.
Ключевые слова: засорение околоземного космического пространства, крупногабаритный космический мусор, захват, стыковка с некооперируемыми объектами на орбите.
Интерес к проблеме влияния ракетно-космической деятельности на засорение околоземного космического пространства, которое началось с момента запуска первого искусственного спутника Земли, постоянно возрастает, о чём свидетельствует увеличение семинаров и международных конференций, посвященных этой проблеме. Созданы авторитетные международные организации, деятельность которых направлена на снижение загрязнения околоземного космического пространства от результатов ракетнокосмической деятельности, например, международный межагентский комитет по космическому мусору (1АЭС) [1], технический комитет ООН по мирному использованию космического пространства (СОРиБ) [2] и т.д.
Наиболее потенциально опасным является крупногабаритный космический мусор (ККМ), т.к. в соответствии с эффектом Кесслера [3], в результате столкновения объектов ККМ между собой происходит нарастание количества опасных объектов на орбите.
К основным источникам ККМ относятся [4 — 6]:
— отработавшие ступени ракет космического назначения (РКН);
— нефункционирующие космические аппараты (КА) и обломки КА;
— разгонные блоки.
Наиболее засорены орбиты, находящиеся в защищаемых областях околоземного космического пространства (ОКП) [7]:
— орбиты от 600 до 1100 км на низкой околоземной орбите;
— геостационарная орбита (около 36 000 км).
Состоянием ОКП интересуются различные организации, занимающиеся ракетно-космической деятельностью, и все каталогизированные данные доступны в открытых интернет-источниках, например [8-11].
На рис. 1 можно увидеть плотность распределения объектов ККМ на низкой околоземной орбите (график сгенерирован в программном пакете МА8ТБЯ-2009 [9]).
На данный момент не существует общепринятой и применяемой концепции очистки ОКП, но существуют рекомендации по снижению загрязнения, например [1]. Практически все страны, занимающиеся ракетно-космической деятельностью, проводят исследования, преимущественно направленные на очистку наиболее загрязненных орбит от объектов ККМ, в том числе на основе использования активных КА (АКА).
