Об'єкт дослідження – процеси формування структурно-фазового стану в високолегованих зносостійких сплавах, що отримані електродуговим наплавленням. Предмет дослідження – структура та трибологічні властивості сплавів У30Х25Н3С3 і 500Х40Н40С2РЦ при високотемпературному зношуванні. Мета дослідження – підвищення експлуатаційної довговічності захисних Fe-Cr-Ni-C покриттів, отриманих електродуговим наплавленням із використанням порошкових стрічок ПЛ АН-101 і ПЛ АН-111 в умовах високотемпературного зношування. Методи дослідження: оптична та сканувальна електронна мікроскопія, 3D-профілометрія, енергодисперсійна спектроскопія, рентгеноструктурний аналіз, вимірювання мікротвердості; випробування на високотемпературне окиснення, абразивне та високотемпературне абразивно-ерозійне зношування; методи математичної статистики та планування повного факторного експерименту.Отримані результати - Визначено міжфазний розподіл елементів за висотою покриттів сплавів Сормайт і 500Х40Н40С2РЦ. Показано, що із віддаленням від зони сплавлення карбіди збагачуються на Cr із відповідним збідненням матриці, а самі карбіди мають підвищений вміст Ni. Уперше встановлено факт кристалізації графіту в сплаві 500Х40Н40С2РЦ при наплавленні у два шари з 50%-м перекриттям валиків. Виявлено графітизацію карбідів при температурі вище за 1000 оС унаслідок неоднорідного розподілу Cr й Ni в об'ємі карбіду. Показано, що накладання поздовжнього магнітного поля при наплавленні сплаву У30Х25Н3С3 забезпечує подрібнення структурних складових та вирівнювання вмісту вуглецю, кремнію й хрому в металевій матриці, що запобігає утворенню перліту в покритті та підвищує його абразивну зносостійкість. Уперше зафіксовано протікання в наплавлених сплавах Сормайт і 500Х40Н40С2РЦ твердофазної реакції виділення вторинних нанорозмірних карбідів із аустеніту, яка відбувається при 850…950 оС та забезпечує підвищення гарячої твердості сплавів.Результати роботи впроваджені в навчальний процес на факультеті машинобудування і зварювання ДВНЗ «Приазовський державний технічний університет». Галузі використання – підприємства гірничо-металургійної та машинобудівної галузей промисловості.^UThe object of investigation - the processes of formation of the structural-phase state in high-alloy wear-resistant alloys, obtained by electro-arc surfacing. The subject of research – the structure and tribological properties of alloys 300Cr25Ni3Si3 and 500Cr40Ni40Si2BZr at high-temperature wear. The purpose of the study is to increase the durability of protective Fe-Cr-Ni-C coatings obtained by arc-weld surfacing with the use of powdered tapes of PL-AN-101 and PL-AN-111 in high-temperature wear conditions. Methods of research: optical and scanning electron microscopy, 3D-profilometry, energy-dispersion spectroscopy, X-ray diffraction analysis, microhardness measurement; high-temperature oxidation tests, abrasive and high-temperature abrasion-erosion wear; methods of mathematical statistics and planning of a full factor experiment. Obtained results – Defined the interfacial distribution of elements in height of the coatings of Sormait and 500Cr40Ni40Si2BZr. It is shown that with the distance from the fusion zone, carbides are enriched on Cr with a corresponding depletion of the matrix, and the carbides themselves have an elevated Ni content. For the first time, was established the fact of crystallization of graphite in an alloy of 500Cr40Ni40Si2BZr at an overlay in two layers with 50% overlap of rollers. Was revealed the graphitization of carbides at temperatures above 1000 ° C due to the inhomogeneous distribution of Cr and Ni in the carbide volume. The graphitization of carbides at temperatures above 1000 ° C was revealed due to the heterogeneous distribution of Cr and Ni in the carbide volume. It is shown that the overlay of a longitudinal magnetic field during surfacing of the alloy 300Cr25Ni3Si3 provides the shredding of structural components and the alignment of the content of carbon, silicon and chromium in the metal matrix, which prevents the formation of perlite in the coating and increases its abrasive wear resistance. For the first time, the solid-phase reaction of the allocation of secondary nanosized carbides from austenite in welded alloys Sormait and 500Cr40Ni40Si2BZr was observed, which occurs at 850 ... 950 oC and provides a rise in the hardness of alloys. The results of the work were introduced into the educational process at the Faculty of Mechanical Engineering and Welding of the SHEI «Priazovskyi State Technical University». Areas of use are enterprises of the mining and metallurgical and machine-building industries.

Розроблено комплексну систему екоаудиту щодо забезпечення ресурсозбереження, техногенної безпеки експлуатації зварних конструкцій (ЗК) екологічно небезпечних виробництв (ЕНВ) з одержанням інтегрованого природоохоронного ефекту. На базі розробленої методології й екоаудиту дослідження з системним підходом, декомпозицією техногенно-екологічної системи (ТЕС) на ієрархічні підсистеми науково обгрунтовано комплексну систему забезпечення ресурсозбереження й техногенної безпеки експлуатації зварних конструкцій ЕНВ з одержанням позитивного синергічного екологічного ефекту (ПСЕЕ). Показано, що використання удосконаленого технологічного процесу зварювання з охолодженням (автоматичного дугового зварюванн) сприяє зниженню емерджентності ТЕС з мінімізацією техногенного забруднення навколишнього природного середовища.Розроблено нові синергічні захисні композиції та модифіковані лакофарбові покриття на вторинній сировині, що підвищують рівень техногенної безпеки експлуатації ЗК в ЕНВ. Результати наукового дослідження впроваджено у виробництво та учбовий процес ВНЗ.

  Скачати повний текст

У дисертаційній роботі вирішено важливу науково-технічну проблему створення методів та засобів комп'ютеризованого оцінювання стану матеріалів та елементів конструкцій шляхом побудови методів структурно-адаптивної сегментації зображень для кількісного визначення їх діагностичних параметрів. Розроблені методи охоплюють попередню обробку зображень, локалізацію 39 об'єктів інтересу, сегментацію, кількісне визначення параметрів. Акцентовано локалізацію зварних швів та визначення розміру дефектів зварювання на складно-структурованому фоні, аналіз корозійних ушкоджень на зображеннях фарбованих поверхонь довільного кольору, моделювання та аналіз лазерного армування поверхні алюмінієвого сплаву частинками карбіду кремнію, оцінювання поруватості металевих покриттів, підвищення точності відслідковування траєкторії руху при електронно-променевому зварюванні, аналіз фрактографічних зображень зламів теплостійких сталей. Розроблено структурно-адаптивний метод сегментації зон зварних швів різної форми на радіографічних зображеннях. Завдяки введенню нових інформативних ознак дефектів у зоні зварного шва труб нафто-газового сортаменту побудовано метод сегментації дефектів, що підвищило імовірність правильної класифікації сферичних пор та шлаків. Розроблено методику визначення глибини дефектів за їх радіографічними зображеннями та експериментально встановлено відносні похибки визначення ширини та глибини дефектів. На основі циліндричної колірної моделі і одномасштабного ретинексу вперше розроблено методику структурно-адаптивної сегментації корозійних ушкоджень на зображеннях фарбованих поверхонь довільного кольору, отриманих при нерівномірному освітленні. Проведено моделювання для різної об'ємної концентрації частинок в поверхневому шарі алюмінієвого сплаву на основі рівномірного розподілу. Це забезпечило можливість порівняння експериментальних і змодельованих зображень перерізів поверхневих шарів для визначення об'ємної концентрації частинок карбіду кремнію та подальше прогнозування механічних властивостивостей таких поверхонь. Розроблено метод структурно-адаптивної локалізації та сегментації пор на зображеннях поверхні оксидокерамічних покритів, що використовує перевірку області фону пори, чим забезпечено можливість обчислення ступеня поруватості покриття.^UThe dissertation solves an important scientific and technical problem of creating methods and means for computerized assessment of materials and structural elements by creating methods of structure-adaptive image segmentation to quantify their 40 diagnostic parameters. The developed methods include image pre-processing, localization of objects of interest, segmentation, quantitative parameter estimation. It is necessary to highlight the localization of welds and determining the size of welding defects on a complex-structured background, analysis of corrosion damage on images of painted surfaces of arbitrary color, modeling and analysis of laser reinforcement of aluminum alloy with silicon carbide particles, evaluation of porosity of metal coatings, improving the accuracy of tracking motion in electron beam welding, analysis of fractographic images of fractures of heat-resistant steels. A structure-adaptive method of segmentation of weld zones of different shapes on radiographic images has been developed. Due to the introduction of new informative features of defects in the welding area of the oil and gas pipes, a method of defect segmentation was constructed, which increased the probability of correct classification of spherical pores and slags. A method for calculating the depth of defects based on their radiographic images has been developed and the relative errors in calculation the width and depth of defects have been experimentally established. On the basis of a cylindrical color model and a single-scale retinex, a method of structure-adaptive segmentation of corrosion damage on images of painted surfaces of arbitrary color obtained under non uniform illumination was developed. Modelling for different volume concentrations of particles in the surface layer of aluminum alloy based on uniform distribution was performed. This made it possible to compare experimental and simulated images of surface layers cross-section to determine the volume concentration of silicon carbide particles and further prediction the mechanical properties of such surfaces. A method of structure-adaptive localization and segmentation of pores on surface images of oxide ceramic coatings has been developed, which uses the verification of the pore background area, which provides the possibility of calculating the degree of porosity of the coating.

Досліджено процес імпульсної стабілізації дуги у разі зварювання корозійностійких сталей змінним струмом. Виявлено властивості зварювальної дуги в колах змінного струму, зовнішні характеристики джерела живлення та їх вплив на стійкість горіння дуги, взаємозв'язки параметрів електромагнітних елементів джерела живлення за умов горіння зварювальної дуги. Розв'язано задачу оптимізації процесу й устаткування. Запропоновано новий підхід, що дозволяє визначити зовнішні характеристики джерела живлення зварювальної дуги змінним струмом з урахуванням кута відкриття електронних ключів і проаналізувати вплив зовнішньої характеристики на стійкість її горіння. Досліджено методики математичного моделювання електричних кіл змінного струму з дугою, які дозволяють не тільки вивчати динаміку цих кіл та їх стійкість, а й досліджувати вплив стабілізувальних імпульсів на процес зварювання. Проведено оптимізацію режимів імпульсної стабілізації зварювальної дуги змінного струму, що дозволяє значно знизити напругу холостого ходу зварювального трансформатора.

  Скачати повний текст

Створено високоміцний технологічний сплав високої зварюваності, технологічні та експлуатаційні властивості якого не нижчі, ніж у промислового сплаву ВТ22. Визначено вплив легуючих елементів та ступеню легування на зварюваність сплаву. Показано, що легування комплексом Nb+Fe забезпечує високу зварюваність, рівноміцність електронно-променевого зварювання (ЕПЗ) з'єднань основному металу за високих значень ударної в'язкості металу шву і зони термічного впливу (ЗТВ). Для подальших досліджень запропоновано багатокомпонентний сплав системи Ti - Al - Mo - V - Nb - Fe - Zr. Встановлено, що сплав володіє вискою зварюваність під час виконання зварних з'єднань ЕПЗ та аргоно-дуговим зварюванням (АДЗ) вольфрамовим електродом як наскрізним проплавленням, так і по шару флюсу. Виявлено залежність температури поліморфного перетворення від системи легування, вивчено вплив параметрів деформування куванням та прокаткою на структуру та механічні властивості сплаву, досліджено вплив режимів термічної обробки на фазовий склад, структуру та властивості напівфабрикатів. На підставі ресурсних випробувань доведено, що втомна довговічність сплаву T110 по основному металу на типових зразках перевищує показники сплаву ВТ22. Проведено втомні випробування зварних з'єднань і встановлено, що їх довговічність відповідає встановленому ресурсу випробувань. З'ясовано, що найбільш стійкими щодо втомних навантажень виявлися ЕПЗ з'єднання. Показано високу стійкість сплаву Т110 щодо утворення втомних тріщин.

  Скачати повний текст

Уперше встановлено, що швидкість деформування є головним чинником, що визначає особливості структури та зміни механізмів деформації. З'ясовано, що за низьких швидкостей деформування (за умов дифузійного зварювання у вакуумі та зварювання тертям) відбувається формування суцільних шарів інтерметалідів за площиною контакту. У разі високошвидкісної деформації (ударного зварювання у вакуумі, зварювання з міддю, зварювання вибухом) спостерігаються дисперсні фазові виділення (від нанорозмірів до декількох мікрометрів). За цього ступінь локалізації змінюється від ~40 до 1 000 %. Розроблено новий методичний підхід до аналітичної оцінки міцнісних і пластичних властивостей за зоною зварювання з урахуванням структурних факторів. Запропоновано новий підхід до оцінки зварюваності різнорідних металів. Наведено рекомендації та визначено оптимальні режими та технологічні прийоми з'єднання різних пар різнорідних металів різними методами зварювання тиском, що використані у процесі промислового виготовлення деталей і пристроїв у агрегатах і системах. Оцінено застосовність різних методів зварювання тиском для з'єднання різнорідних важкозварюваних металів, що дозволяє здійснити вибір оптимального способу зварювання.

  Скачати повний текст

У дисертаційній роботі вирішена науково-практична задача підвищення ефективності технології виправлення браку литва за допомогою застосування удосконаленої технології заварювання способом поперечної гірки.Об’єктом дослідження є технологія заварювання дефектів литих конструкцій із перлітних сталей способом поперечної гірки (СПГ) електродами ТМЛ-3У та УОНИ 13/45 без попереднього і супутнього підігрівання та після зварювального відпуску.Предметом дослідження є зв'язок структурного стану зварюваного металу в зоні термічного впливу з комплексом властивостей, що характеризують надійність зварних з'єднань, отриманих під час заварювання дефектів литва стосовно хромо-молібдено-ванадієвих сталей .У вступі обґрунтовано актуальність задач дослідження, показано зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами, наведена наукова новизна та сформульоване практичне значення отриманих результатів.В першому розділі здійснений аналітичний огляд сталей, що використовують для корпусних турбін, їх властивості, загальна характеристика та особливості їх зварювання та термічної обробки. Розглянуті сучасні технології зварювання при виготовленні і ремонті великогабаритних конструкцій зі сталей перлітного класу, їх труднощі та недоліки. Оцінені фактори, що впливають на тріщиноутворення та схильність до крихких руйнувань теплостійких сталей.Поставлені основні задачі дисертаційної роботи, обрано напрями досліджень.У другому розділі розглянуті експериментальні і розрахункові методи, які застосовувалися в процесі виконання роботи. У третьому розділі представлені результати досліджень якості зварного зєднання зі сталі 15Х1М1Ф, виконаного СПГ без подальшої термообробки по макроконтролю. Проведено випробування короткочасних механічних властивостей. За даними досліджень цього розділу одержано наступні результати:- виміри мікротвердості в ЗТВ зварного з'єднання підтверджують достовірність вимірів твердості HV, що вказують на більш високу твердість в середині ЗТВ, чим поблизу межі сплавлення;- зварювання СПГ не знижує опір крихкому руйнуванню в зоні термічного впливу і шві в порівнянні з основним металом в початковому стані, а після високого відпуску, проведеного після зварювання, ударна в'язкість ЗТВ навіть вище, ніж основного металу;- при зварюванні СПГ, завдяки підвищенню частоти термоциклування, автопідігрівання діє ефективніше, що і сприяє уповільненню швидкості охолодження. Це призводить до утворення сприятливої структури верхнього зернистого бейніту.Четвертий розділ присвячено дослідженню здатності металу шва і зони термічного впливу чинити опір крихкому руйнуванню після зварювання СПГ, виконаних за штатною технологією та без додаткової термообробки, шляхом визначення критичної температури крихкості та тріщиностійкості при кімнатній та мінусових температурах. Встановлено, що істотної різниці в напруженому стані зварних з'єднань, виконаних ОСС з підігріванням до 350 – 400ºС в порівнянні із СПГ без підігрівання не виявлено, тому таке підігрівання застосовувати при виправленні дефектів недоцільно.Спектроскопічно досліджено тонку структуру зразків після СПГ без додаткової термообробки, визначено хімічний склад карбідів.Пятий розділ присвячено вивченню впливу зварювання способом поперечної гірки на розподіл твердості, рівень механічний властивостей та структуру зварних зєднань зі сталі 25Л. Дослідження виконані на зразках в обсязі: з попереднім підігріванням, з високим відпуском після зварювання і без попередньої та наступної термообробки. Залежність зміни твердості від способу зварювання та від зони виміру наведено у вигляді графіків. Встановлено, що незалежно від технології зварювання відзначається підвищення твердості в ЗТВ поблизу межі сплавлення. Отже, після зварювання СПГ високотемпературна область ЗТВ, незважаючи на підвищену твердість, має однакову з основним металом здатність опору утворенню холодних тріщин. Це може бути обумовлено подрібненням зеренної будови ЗТВ в результаті теплової і деформаційної дії при зварюванні.За результатами металографічних досліджень встановлено, що при багатошаровому зварюванні СПГ мікроструктура ЗТВ і наплавленого металу шва завдяки високотемпературному нагріву при наплавленні шарів перекристалізується і стає дрібнозернистою і являє собою бейніт з рівноосними зернами фериту.^UThe dissertation solves the scientific and practical problem of increasing efficiency of correction technology of casting defects using advanced welding technology.The object of the research is the technology of welding defects of constructions made of pearlitic steel, using the method of transverse slide electrodes CROMOCORD Kb and OVERCORD without preliminary, concomitant heating and heat treatment after welding.The subject of the research is the connection of the structural state of weld metal in thermal influence with a set of properties, which characterize reliability of welded joints obtained during welding of casting defects in relation to chromium-molybdenum-vanadium steels.In the introduction the relevance of research objectives is justified, the relation of study with scientific programs, plans, topics is shown, scientific novelty is provided and practical value of results is formulated.The first chapter provides an analytical review of steels, which are used for hull turbines, their properties, general characteristics and peculiarity of their welding and thermal processing. Modern welding technologies in manufacturing and repair of oversized constructions of pearlitic steels, their difficulties and drawbacks are considered. Factors, which influence crack formation and susceptibility to brittle fractures of heat-resistant steels are estimated.The main tasks of the dissertation are set, the directions of research are chosen.The second chapter provides experimental and computational methods, which were used in the process of study. The third chapter provides studies’ results of the quality of welded joints from 15CrMoV5-10 steel, performed with method of transverse slide without further heat treatment by macro control. According to the data of research in this chapter, the following results were obtained:-?microhardness measurements in the zone of thermal influence of welded joint confirm credibility of hardness HV measurements, which leads to higher hardness in the middle of the zone of thermal influence, compared to near the fusion boundary;-?welding using the method of transverse slide does not reduce resistance to brittle fracture in the zone of thermal influence and the seam, in comparison to the base metal in the initial state, and after high tempering performed after welding, the toughness of the zone of thermal influence is even higher than the original base metal;-?while using the method of transverse slide, due to the increase in the frequency of thermal cycling, auto heating acts more effectively, which leads to deceleration of cooling speed.The fourth chapter is dedicated to the research on the ability of weld metal and zone of thermal influence to resist brittle fracture after welding with method of transverse slide, performed by standard technology and without additional heat treatment, by determining the critical temperature of brittleness and crack resistance at normal and sub-zero temperatures. It is established, that a significant difference in the welded joints stress state made in reverse step method with heating up to 350 – 400ºС in comparison to the method of transverse slide without heating is not detected, therefore such heating is not appropriate for defects correction.The fine structure of samples after using the method of transverse slide without additional heat treatment was spectroscopically investigated, the chemical composition of carbides was identified.The fifth chapter is dedicated to studying the impact of welding using the method of transverse slide on hardness distribution, level of mechanical properties and structure of welded joints from steel 25L. The research was performed on samples in volume: with preliminary heating, with high tempering after welding and without preliminary and concomitant heating. The dependence of the change in hardness on the method of welding and on the measurement is presented in graphs. It is established, that regardless of the welding technology there is a hardness increase in the zone of thermal influence near the fusion boundary. Hence, after welding with the method of transverse slide the high-temperature area of the zone of thermal influence, regardless increased hardness, has the same ability to resistance to formation of cold cracks as the base metal. This may be due to the grinding of the grain structure of the zone of thermal influence as a result of thermal and deformation action during welding.According to the results of metallographic studies, it is established that in multilayer welding using the method of transverse slide, the microstructure of the zone of thermal influence and weld metal recrystallizes and becomes fine-grained due to high temperature heating during surfacing of layers and is bainite with coaxial ferrite grains.

Досліджено особливості процесів формування високопервеансних електронних потоків з поздовжньою компресією просторового заряду (ПКПЗ), виконані з використанням числових розрахунків та моделювання електронних гармат. Розроблено електронні гармати потужністью від 0,5 до 150 кВт та макети НВЧ приладів сантиметрового та міліметрового діапазонів. Встановлено, що у високому вакуумі електронні потоки з ПКПЗ мають гаусів розподіл густини току в поперечному розрізі. Керування потоками в динаміці руху та взаємодія з металами дозволило підвищити ефективність ряду технологічних процесів. Досліджено процес генерації гальмівного рентгенівського випромінювання та визначено умови використання даного випромінювання в рентгенівській літографії. Наведено особливості взаємодії електронних потоків з матеріалами мішень. Запропоновано методи реєстрування та подавлювання плазмових коливань в зоні дії електронного променя. Проведено дослідження процесів напилювання, очистки, наплавлення та зварювання металів електронними потоками з великим просторовим зарядом.

  Скачати повний текст

Досліджено особливості процесів, що відбуваються під час зварювання у вузький зазор з накладенням зовнішнього керуючого електромагнітного поля, яке застосовується для управління відхиленням зварювальної дуги та регульованого плавлення вертикальних стінок зазору. Визначено вплив параметрів керуючого магнітного поля на переміщення дуги у вузькому зазорі та формування зварного шва. Встановлено закономірності переміщення анодної плями у вузькому зазорі під дією зовнішнього керуючого магнітного поля. Встановлено визначальну роль сили газодинамічного тиску плазми дуги на поверхню рідкого металу в збудженні поперечних коливань металу зварювальної ванни та змочуванні ним вертикальних стінок зазору. Доведено, що вольфрамовий електрод для зварювання у вузький зазор з зовнішнім керуючим магнітним полем повинен мати спеціальну форму робочої частини.

  Скачати повний текст

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.03.06 – «Зварювання та споріднені процеси і технології». – Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона Національної академії наук України, м. Київ, 2023р.Дисертація присвячена рішенню важливої науково-практичної проблеми, що полягає в розвитку наукових основ формування структури та комплексу властивостей зварних з'єднань нових високоміцних титанових сплавів з σв>1100МПа, і на цій основі розробці технології аргонодугового та електронно-променевого зварювання.В роботі встановлено шляхи підвищення якості зварних з'єднань перспективних високоміцних титанових сплавів, виконаних ЕПЗ та АДЗ – зварювання на режимах які забезпечуть оптимальний фазовий склад металу шва і ЗТВ, використання присадного матеріалу який містить на 20…30% меньше легуючих елементів та застосування відповідної післязварювальної термічної обробки. Досліджено зварні з’єднання високоміцних титанових сплавів з К = 0,7-1,7, таких як (α+β)-сплави розроблені в Україні Т120 (Ti-5Al-2.8Mo-2.3V-4Nb-1.3Cr-1Fe-2.7Zr) та економно-легований Ti-3.6Fe-0.25O. З Псевдо-β-сплавів досліджено зварні з’єднання сплавів ВТ19 та економно легованих Timet LCB (Ti-6.3Mo-4.4Fe-1.5Al), LCB-5.1 (Ti-2.8Al-5.1Mo-4.9Fe). З Псевдо α-сплавів досліджено вплив зварювання на властивості з’єднань жароміцного сплаву Ti-5.6Al-2.2Sn-3.5Zr-0.4Mo-1.0V-0.6Si.Запропоновано методику визначення впливу аргонодугового зварювання на швидкості охолодження в металі шва та ЗТВ при АДЗ титанових сплавів таких як ВТ19, ВТ6, ВТ23, Т120м шляхом математичного моделювання за методом кінцевих елементів, що дозволяє визначити розміри зон, в яких протікають поліморфні перетворення з утворенням метастабільних α′ـ та β-фаз.Побудовані діаграми анізотермічних перетворень при охолодженні (α+β) сплавів Т120, псевдо-β титанових сплавів ВТ19 та LCB-5.1 із зазначенням ліній початку та кінця анізотропіческіх перетворень β→α і β→α'', з залежністю кількості β-фази в металі зварного з'єднання від максимальних швидкостей охолодження зварного з'єднання титанового псевдо-β-сплаву ВТ19. Досліджено вплив чотирьох видів післязварювальної термічної обробки на властивості з'єднань псевдо-β титанових сплавів, виконаних АДЗ та ЕПЗ, найвищі значення міцності мають з'єднання піддані гартуванню в воду з подальшим старінням, при цьому міцність з’єднань ЕПЗ сплаву ВТ19 на рівні 1270…1280 МПа. Встановлено обернено пропорційну залежність міцності з'єднань титанових псевдо-β-сплавів ВТ19, LCB-5.1 від кількості β-фази в металі шва, запропоновано критерій якості зварних з’єднань.Ключові слова: Титан, титанові сплави, зварювання, аргонодугове зварювання, електронно-променеве зварювання, (α+β)-сплави, псевдо-β-сплави, псевдо-α-сплав, погонна енергія, фазові перетворення, міцність, ударна в’язкість, швидкість охолодження.^UThesis for a scientific degree of Doc. Sci (Eng.) in speciality 05.03.06 – “Welding and Related Processes and Technologies” - E.O.Paton Electric Welding Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2023.The dissertation is devoted to solution of an important scientific and practical problem, which consists in development of scientific foundations of formation of the structure and set of properties of welded joints of new high-strength titanium alloys with σt>1100MPa, and development of the technology of argon-arc and electron beam welding on this basis.The work establishes ways to improve the quality of welded joints of promising high-strength titanium alloys made by EBW and TIG-welding in modes that will ensure the optimal phase composition of metal of the weld and HAZ, use of filler material which contains 20-30% less alloying elements and application of the appropriate post-weld heat treatment. Welded joints of high-strength titanium alloys with Кβ = 0.7-1.7, such as developed in Ukraine (α+β)-alloys T120m (Ti-5Al-2.8Mo-2.3V-4Nb-1.3Cr-1Fe-2.7Zr) and sparsely-alloyed Ti-3.6Fe-0.25O were studied. From pseudo-β-alloys, welded joints of VT19 alloys and sparsely-alloyed Timet LCB (Ti-6.3Mo-4.4Fe-1.5Al) and LCB-5.1 (Ti-2.8Al-5.1Mo-4-9Fe) were studied. From pseudo α-alloys, the effect of welding on the properties of heat-resistant Ti-5.6Al-2.2Sn-3.5Zr-0.4Mo-1.0V-0.6Si alloy joints was studied.A procedure for establishing the effect of argon-arc welding on the cooling rates in the metal of the weld and HAZ at TIG-welding of such titanium alloys as VT19, VT6, VT23, T120 by means of mathematical modeling using the finite element method is proposed, which allows determining the sizes of zones, where polymorphic transformations occur with formation of metastable α ′ـ and β-phases.Diagrams of anisothermal transformations during cooling of (α+β) T120 alloys, pseudo-β titanium alloys VT19 and LCB-5.1 are constructed with indication of the lines of the beginning and end of anisotropic transformations β→α and β→α'', with the dependence of the amount of β-phase in the welded joint metal on the maximum cooling rates of the welded joint of pseudo-β-titanium alloy VT19.The influence of four types of post-weld heat treatment on the properties of joints of pseudo-β titanium alloys made by TIG-welding and EBW has been studied, the highest strength values are demonstrated by joints subjected to quenching in water with subsequent aging, while the strength of EBW joints of VT19 alloy is at the level of 1270...1280 MPa. The inversely proportional dependence of the strength of joints of titanium pseudo β-alloys VT19, LCB-5.1 on the amount of β-phase in the weld metal was established, and a criterion for the quality of welded joints was proposed.Key words: Titanium, titanium alloys, welding, TIG welding, electron-beam welding, (α+β)-alloys, pseudo-β-alloys, pseudo-α-alloy, kinetic energy, phase transformations, strength, impact toughness, speed cooling.

В роботі розв'язана актуальна науково-технічна задача створення технологічних прийомів і обладнання гібридного плазмово-дугового зварювання вуглецевих, легованих сталей, алюмінієвих сплавів для підвищення механічних характеристик одержуваних з'єднань та зменшення собівартості за рахунок зниження погонної енергії і збереження вмісту легуючих елементів в швах шляхом поєднання розрахункового підходу з експериментальними дослідженнями.На основі аналізу сучасного стану гібридного плазмово-дугового зварювання плавким електродом показано, що наявність плазмової дуги приводить до рівномірного розподілу дуги з плавким електродом по всій поверхні краплі, яка формується при масопереносі, зменшення щільності струму на її поверхні і значному зниженню рівня перегріву поверхні краплі та, як наслідок, зменшенню вигорання легкоплавких легуючих елементів електродного дроту. Встановлено, що вплив дуги з плавким електродом на плазмову дугу зворотної полярності у поєднанні з модифікацією газодинаміки плазмоутворюючого газу створює умови циклічного переміщення анодної плями по робочому торцю кільцевого неплавкого електроду, що підвищує ресурс його експлуатації.Встановлено, що при гібридному плазмово-дуговому зварюванні сталей типу 09Г2С, AISI304 і алюмінієвих сплавів АМг6, 1561, 5083, 7075 товщиною до 10 мм із швидкостями 15-60 м/год. погона енергія (plasma+MIG) становить (450…750)+(250…750) кДж/мм, що дозволяє мінімізувати вигорання легких легуючих елементів і забезпечити міцність з'єднань з алюмінієвих сплавів на рівні 85-95% та їх відносне видовження до 80% від показників основного металу у сполученні із залишковими деформаціями приблизно на 40% меншими за такі для MIG зварювання і залишковими напруженнями на рівні таких для MIG зварювання. З метою покращення механічних властивостей та підвищення економічності одержання зварних з'єднань алюмінієвих сплавів створено технологічні прийоми гібридного плазмово-дугового зварювання, які дозволяють знизити погонну енергію на 40% порівняно із MIG процесом та мінімізувати ефект вигорання таких легуючих елементів, як Mg (≤5%), Mn (≤15%) тощо.Створено математичну модель, яка дозволяє спрогнозувати динаміку плавлення електродного дроту за наявності оточуючої плазмової дуги і визначити вплив дуги плавкого електроду на вольт-амперну характеристику плазмової дуги.Розроблено, виготовлено і впроваджено в Гуандунському інституті зварювання (м. Гуанчжоу, КНР), а також в Зварювальній акціонерній компанії «HUAHENG» (м. Куньшань, провінція Цзянсу, КНР) комплекс обладнання для гібридного плазмово-дугового зварювання плавким електродом, з використанням якого виготовлено партію елементів судових конструкцій з алюмінієвих сплавів 1561 і 7075 товщиною 5-8 мм та сталей товщиною до 12 мм за один прохід без розробки крайок.^UThe paper addresses the current scientific and technical challenge of creating technological methods and equipment for hybrid plasma-arc welding steels and aluminum alloys to increase the mechanical characteristics of the obtained joints while simultaneously reducing costs by means of reducing heat input and maintaining the content of alloying elements in the seams by combining the calculated approach with experimental studies.Based on the analysis of the current state of hybrid Plasma-MIG welding, it is shown that the presence of plasma arc leads to uniform distribution of the arc with a melting electrode over the entire surface of the droplet, which is formed during mass transfer, reducing current density on its surface and significantly reducing of the temperature of the droplet surface and, as a consequence, reducing the burnout of low-melting alloying elements of the electrode wire. It is established that the influence of the arc with a fusible electrode on the plasma arc of positive electrode polarity in combination with the modification of the gas dynamics of the plasma-forming gas creates conditions for cyclic movement of the anode spot along the working end of the annular nonfusible electrode, which increases its service life.It was established, that at hybrid plasma-arc welding of steels such as Q235, AISI304 and aluminum alloys AMg6, 1561, 5083, 7075 thickness up to 10 mm with speeds of 15-60 m/h heat input (plasma+MIG) is (450...750)+(250...750) kJ/mm, which allows to minimize the burning of light alloying elements and ensure the strength of the compounds of aluminum alloys at the level of 85-95% and their relative elongation to 80% of the parameters of the base metal in combination with the residual deformations are up to 20- 40% less than those for MIG welding and residual stresses at the level of such for MIG welding. In order to improve mechanical properties while increasing the cost-effectiveness of obtaining welded joints of complex alloyed aluminum alloys, technological techniques of hybrid plasma arc welding have been created, which allow to reduce the heat input up to 40% in comparison with the MIG process and minimize the burning effect of such alloying elements as Mg (≤5%), Mn (≤15%). A mathematical model was developed. It allows to predict the dynamics of the melting of the electrode wire in the presence of the surrounding plasma arc and to determine the influence of the MIG arc on the volt-ampere characteristics of the plasma arc.Developed, manufactured, and implemented in the Guangdong Welding Institute (Guangzhou, China), as well as in the Welding Joint Stock Company "HUAHENG" (Kunshan, Jiangsu Province, China) a set of equipment for hybrid Plasma-MIG welding. Using this set of equipment a batch of elements of ship structures was manufactured which made of aluminum alloys 1561 and 7075 with a thickness of 5-8 mm and steels up to 12 mm thick in one pass without the development of edges.

На підставі результатів проведеного дослідження встановлено можливість дифузійного зварювання полікристалічними надтвердими матеріалами (ПНТМ) зі сталевою підкладкою (сталі 40, 40Х6 35ХГСА) для швидкорізального інструмента та визначено оптимальні технологічні параметри (температуру, ступінь вакууму, зусилля стиску, час ізотермічної витримки), що забезпечують високу міцність та якість зварного з'єднання. Для ПНТМ розроблено математичну модель, що дозволяє встановити оптимальні параметри технологічного процесу дифузійного зварювання стисненням, які забезпечують максимальну міцність їх з'єднання. Результати теоретичних розрахунків підтверджено промисловими випробуваннями. Розроблено нову конструкцію модулів термомеханічного стиснення (МТМС), що забезпечує високу продуктивність та якість з'єднання ріжучих елементів зі сталевою й твердосплавною основами. Удосконалено й апробовано технологічний процес дифузійного зварювання у вакуумі.

  Скачати повний текст

Наведено експериментальні результати утворення структури зварних швів різнорідних металів, які відрізняються обмеженою взаємною розчинністю та мають різні фізико-механічні властивості за умов зварювання тиском з урахуванням чинника наростання швидкості зварювального деформування. Досліджено структурні зміни у зоні контакту різнорідних металів під час ударного зварювання, магнітно-імпульсного та зварювання вибухом. Вивчено вплив структурних складових металу зони зварювання на властивості міцності та пластичності. Встановлено вплив конкретних структурно-фазових параметрів металу у зоні зварювання на механічні характеристики зварних з'єднань. Розроблено метод аналітичної оцінки властивостей зварних з'єднань, який грунтується на врахуванні конкретного внеску структури металу у зоні зварювання, що дає змогу оптимізувати міцність і пластичність, а також нівелювати градієнт властивостей, які спостерігаються у різнорідних зварних з'єднаннях.

  Скачати повний текст

Дисертація присвячена встановленню закономірностей впливу особливостейструктурно-фазового складу металу зварних з'єднань високоміцних сталей різногокласу міцності на їх механічні характеристики й тріщиностійкість шляхомвизначення структурних критеріїв, що забезпечують необхідний комплекс цихвластивостей. Досліджено структуру і властивості зварних з'єднань високоміцнихсталей з межею плинності від 690 МПа до 1300 МПа в залежності від швидкостейіохолодження та зварювання, легування швів, умов термообробки та способівзварювання (дугове механізоване, лазерне, гібридне лазерно-дугове зварювання):конструкційних низьковуглецевих сталей бейнітно-феритного та бейнітно-мартенситного типу (alform 620M; 17Х2М; 14ХГН2МДАФБ; N-A-XTRA-700);високовуглецевих феритно-перлітного типу (колісна сталь марки 2; 65Г); легованихсередньовуглецевих сталей мартенситно-бейнітного типу спеціального призначення(броньові сталі − типу 30Х2Н2МФ та Miilux Protection 500).Встановлено закономірності формування фазового складу, зеренної,субзеренної, дислокаційної структур зварних з'єднань високоміцних сталей тавзаємозв'язок структурних параметрів з комплексом властивостей - міцністю,в'язкістю руйнування, рівнем локалізованої деформації та локальних внутрішніхнапружень в металі зварних з'єднань. Встановлено, що при дотриманні певнихспіввідношень структурно-фазових складових характеристики дислокаційної тасубзеренної структури є визначальними для забезпечення міцності татріщиностійкості металу зварних з'єднань високоміцних сталей.Проведено удосконалення експериментально-аналітичної методики оцінкикомплексу фізико-механічних властивостей зварних з'єднань по конкретнимструктурним параметрам, впроваджено математичну обробку даних та проведеноаналітичні оцінки міцності, в'язкості руйнування, локальних внутрішніх напружень.Отримано показники рівня локалізованої деформації в металі зварних з'єднаньвисокоміцних сталей та встановлено, як структурні складові впливають натріщиностійкість металу.З метою забезпечення експлуатаційної надійності конструкцій при створеннінаукоємних та перспективних технологій зварювання високоміцних сталей наоснові матеріалознавчих експериментально-теоретичних досліджень встановленоструктурні критерії, що гарантують необхідний комплекс механічних властивостейта тріщиностійкості цих з'єднань.^UThe dissertation is devoted to the establishment of regularities of influence offeatures of structural-phase composition of metal of welded joints of high-strength steelsof different strength class on their mechanical characteristics and crack resistance bydefinition of the structural criteria providing a necessary complex of these properties.In this work it is investigated structure and properties of welded joints of highstrengthsteels with yield strength from 690 MPa to 1300 MPa depending on technologicalparameters (cooling and welding speed, alloying of seams, heat treatment conditions) andwelding methods (mechanized arc, laser, hybrid laser-arc welding).Researched structural steels of construction purpose of bainitic-ferritic and bainiticmartensitictype (alform 620M; 17Х2М; 14KhGN2MDAFB; N-AXTRA-700); high-carbon ferritic-pearlitic steel (wheel steel grade 2; 65G); alloyedmedium carbon steels of special purpose martensitic-bainite type (armor - steel 71 andMiilux Protection 500).The paper proposes an approach based on a set of methods of physical materialsscience, including light, analytical scanning and transmission electron microscopy,methods of quantitative metallography to determine structure parameters, quantitativemethods for determining the scalar density of dislocations and estimating the size ofdispersed phases; quantitative methods for estimating the distribution of chemicalelements in the welding zone, methods of statistical processing of results. In order toimprove the analysis of the results of fractographic studies, a methodological approach tothe classification of fractures by: type of force load; the nature of the destruction, macroandmicrorelief of the destruction surface; micromechanisms of destruction; localdestruction hubs.Regularities have been established formation of phase composition, grain, subgrain,dislocation structures of welded joints of high-strength steels and the relationship ofstructural parameters with a set of properties - strength, toughness, level of localizeddeformation and local internal stresses in the metal welds of the studied steels. Have beenstudied peculiarities of structural-phase components (ferrite, austenite, perlite, temperedand hardening martensite, bainite upper and lower), their parameters - packet size, grains,the corresponding values of microhardness, the nature of the destruction of the metal byfracture zones, the volume fraction type, the size of trace elements fracture surface,dislocation density and substructure.Improvements have been made experimental-analytical methods for evaluating thecomplex of physical and mechanical properties for specific structural parameters,introduced mathematical data processing and analytical evaluations of strength, fracturetoughness, local internal stresses of welded joints of the studied steels.In order to ensure the operational reliability of structures in the creation of scienceintensiveand promising technologies for welding high-strength steels on the basis ofexperimental and theoretical studies, structural criteria are established to ensure thenecessary set of mechanical properties and crack resistance of these joints. Ensuring theoperational reliability of welded joints of high-strength steels makes it possible to usethem in structures of responsible purpose in mechanical engineering, railways, heavyindustry, shipbuilding, armaments, etc.

Розроблено інформаційні технології перетворення й аналізу цифрових зображень, що базуються на теорії трикутних норм і нечіткій логіці. Побудовано двопараметричну трикутну t-норму, встановлено взаємозв'язок між нечіткою логікою та кількісним оцінюванням узагальненого контрасту зображень через трикутні s-норми, запропоновано S-подібну функцію нечіткої належності дійсного додатнього степеня. Удосконалено методи підсилення контрасту з використанням нечіткої логіки. Розроблено метод двопараметрової оптимізації функцій нечіткої належності на основі критерію максимуму нечіткої ентропії, побудовано методи фільтрації шуму зі зображення на основі нечіткої логіки, в яких використано мультиплікативну модель зображення. Удосконалено методи розпізнавання прямих країв об'єктів і ліній на багатоградаційному зображенні з використанням перетворення Хафа та нечіткої логіки для аналізу локального контрасту зображення, що дозволяє збільшити точність розпізнавання. Експериментально підтверджено ефективність розроблених методів, які використано у процесі створення системи автоматизованої обробки й аналізу зображень результатів неруйнівного контролю виробів і матеріалів, а також програмного комплексу для автоматизації формування траєкторії руху променя у процесі електронно-променевого зварювання.

  Скачати повний текст

Розвинуто фізико-технологічні засади застосування розподіленої газорозрядної плазми у процесах дифузійного зварювання та паяння металів шляхом розв'язання базових задач обробки матеріалів тліючим розрядом середніх тисків, дослідження впливу розрядної плазми на матеріали, що обробляються за їх твердого стану, розробки технологічних процесів зварювання суттєво різнорідних металів з активацією дифузійних процесів іонним опроміненням з'єднуваних поверхонь, створення пристроїв для реалізації зазначених процесів. Проведено теоретичні й експериментальні дослідження ефективності нагріву металів тліючим розрядом і визначено його ефективний тепловий коефіцієнт корисної дії. Розроблено технологічні заходи з метою забезпечення тривалого стабільного існування тліючого розряду за тисків газу нижче атмосферного. Запропоновано нові технічні рішення підвищення стабільності горіння тліючого розряду. На підставі аналізу теплових процесів розроблено детерміновані аналітичні залежності для прогнозування температурного стану зварюваних деталей і керування ним у процесі зварювання. Створено технологічні засади керування процесами масопереносу за умов дифузійного зварювання іонним модифікуванням хімічного складу поверхневих шарів з'єднуваних металів. Досліджено вплив плазми тліючого розряду на характер розтікання припоїв по металевих поверхнях. Визначено основні параметри паяння у газорозрядній плазмі компактних і розподілених виробів. Сформульовано основні принципи побудови устаткування для з'єднання металів у тліючому розряді.

  Скачати повний текст

Досліджено характеристики двосторонніх мікростріпових кремнієвих детекторів та створено на їх основі модулі для стриптового шару внутрішньої трекової системи детектора ALICE на великому адронному колайдері у ЦЕРНі (Женева, Швейцарія). На підставі даних, одержаних від чотирьох прототипів модулів, що у складі телескопа були використані для реєстрації пучка піонів з імпульсами 7 Гев/с, удосконалено алгоритми обробки сигналу зі стріпного детектора та розроблено новий швидкий метод визначення прсторової роздільної здатності детекторів. Вивчено вплив елементів конструкції двостороннього мікростріпового кремнієвого сенсора та створеного модуля на просторову роздільну здатність, ефективність і відношення сигнал / шум. Розроблено фізико-технічні основи складання модулів двосторонніх мікростріпових детекторів з використанням технології автоматизованого одноточкового ультразвукового зварювання на плівковому носії та розробленої методики контролю комунікаційних мікрокабелів шляхом оптичного сканування й аналізу зображень, які забезпечили високий рівень виходу модулів, що відповідають вимогам експерименту ALICE.

  Скачати повний текст

У рамках теорії пружності розроблено новий підхід до визначення величини динамічного навантаження стінки труби, необхідної для ефективного зниження зварювальних напружень (ЗН) у кільцевих швах труб, який базується на використанні загального виду залежності деформації стінки циліндричної оболонки від зовнішнього статичного напруження. Створено методи розрахунку оптимальних режимів обробки вибухом (ОВб) труб різного типорозміру. Установлено й аналітично описано залежність ефективності зниження ЗН у кільцевих швах труб за ОВб за режимами, обраними відповідно до розробленої методики, від величини вихідних зварювальних ЗН. Ця залежність дозволяє прогнозувати результати ОВб і коригувати її режими. Запропоновано принципово новий метод зниження ЗН у кільцевих швах труб шляхом створення вибухом попередніх (для зварювання) пластичних деформацій стінки труби, які компенсують деформації, що виникають за наступного зварювання, який дозволяє збільшити продуктивність і ергономічність процесу зниження ЗН обробкою вибухом. Науково обгрунтовано й експериментально підтверджено можливість усунення істотної систематичної помилки, що виникає під час визначення напруженого стану металоконструкцій за методом магнітопружної тензометрії, яка передбачає використання особливості методу вимірювання різниці нормальних напружень.

  Скачати повний текст

Розроблено систему критеріїв оцінювання ефективності роботи пакувальних машин (ПМ) з плівко-зварювальними механізмами (ПЗМ). Запропоновано комплексний критерій, який враховує надійність, продуктивність і вартість основних механізмів і машин в цілому. Вперше одержано модель, що описує комплексну якість пакування, яка залежить від параметрів міцності, хвилястості та герметичності зварного шва. Вперше оцінено вплив основних конструктивних параметрів механізму обгортання під час пакування великогабаритних пакетів і зварювання натягнено плівкового матеріалу. Встановлено залежності зусилля приводу механізму обгортання від товщини обгорткового матеріалу, параметрів пакета, що запаковується та конструктивних параметрів коромисла і пружного елемента цього механізму. Одержано значення коефіцієнтів готовності основних механізмів ПМ з ПЗМ. Удосконалено метод проектування нового обладнання на основі синтезу компонувань ПМ з урахуванням конкретних вимог замовника, який у поєднанні з розробленим методом розрахунку механізмів стягування дозволяє скоротити час проектування та підвищити ефективність майбутньої розробки.

  Скачати повний текст

Досліжено вплив на особливості корозії та корозійно-втомного руйнування алюмінієвих сплавів різних методів поверхневої пластичної деформації та з нанесеними гальванічними покриттями. Досліджено вплив поверхневого пластичного деформування дробоструминною обробкою та обкочуванням роликами на корозійні, втомні та корозійно-втомні властивості алюмінієвих сплавів Д16Т і АК9М2, а також вплив на них шорсткості й електрохімічної гетерогенності поверхні, яка формується внаслідок її обробки. Проаналізовано механізм і характер руйнування сплавів за умов втоми та корозійної втоми. Досліджено вплив нікелевого та цинкового гальванічних покриттів (які наносяться і метою підготовки поверхні для паяння та зварювання) на корозійно-електрохімічні, втомні та корозійно-втомні властивості алюмінієвого сплаву Д16Т. Показано, що нанесені цинкове та нікелеве покриття підвищують корозійну тривкість сплаву, проте знижують межу втоми за умов нанесення на шліфовану поверхню. Попередня пластична деформація поверхні усуває негативний вплив покриттів і підвищує втомну та корозійну міцність.

  Скачати повний текст