Зростання обсягів виробництва і споживання конструкційних матеріалів продовжує залишатися важливою складовою розвитку сучасної економіки. Для стабілізації та зростання української економіки необхідно радикально збільшити споживання металопрокату з акцентом на промислове будівництво, реалізацію масштабних інфраструктурних проектів, важке, енергетичне і транспортне машинобудування. При цьому процеси зварювання, різання, наплавлення і нанесення покриттів є найбільш переважними і поширеними інструментами створення широкого асортименту конкурентоспроможних виробів. У найближчій перспективі для України життєво важливим питанням залишається підтримка в робочому стані різного енергетичного, переробного, видобувного, сільськогосподарського обладнання, обладнання оборонного характеру та об'єктів інфраструктури з метою продовження термінів їх експлуатації на підставі використання інноваційних технологій зварювання та металообробки.

Досліджено напружений стан зварних з'єднань інтерметаліда системи TiAl. Визначено вплив напруженого стану зварного шва на утворення холодних тріщин. Створено математичну модель і проведено обчислювальні експерименти по визначенню залишкових зварювальних напружень у зварному з'єднанні. Методами оптичної та електронної мікроскопії досліджено структуру зварних з'єднань інтерметаліда системи титан - алюміній. При цьому встановлено взаємозв'язок швидкості охолодження матеріалу після закінчення процесу зварювання і структури зварного з'єднання. За результатами проведених численних експериментів та металографічних досліджень розроблено технологію зварювання інтерметалідного сплаву з подальшою локальною термообробкою, що надає можливість отримувати бездефектні зварні з'єднання.

Проведено числове моделювання теплових процесів у процесі формування зварювальної ванни в низьколегованій сталі під впливом електричної дуги. Розглянуто різні режими горіння дуги. Виявлено якісну відмінність в поширенні та дисипації теплової енергії залежно від режимів. Досліджено механізми самоорганізації теплових структур, зумовлені сильно нелінійними теплофізичними властивостями низьколегованої сталі, режимами подачі в зварювальну ванну теплової енергії та особливостями її дисипації на границях. Достовірність числової моделі підтверджено експериментально, що надає можливість результати комп'ютерних досліджень рекомендувати для практичного застосування.

Проведено дослідження вольтамперних характеристик (ВАХ) і визначено термічний ккд плазмотрона МП-04 установки мікроплазмового напилення МПН-004 в умовах формування ламінарного аргонового мікроплазмового струменя. Визначено область робочих напруг плазмотрона і побудовано ВАХ, кожна з яких була знята при незмінних складі та витраті робочого газу, довжині відкритої ділянки дуги і незмінних конструктивних розмірах плазмотрона. Аналіз результатів експерименту показує, що ВАХ плазмотрона МП-04 є висхідними і мають лінійний вигляд. Встановлено, що за робочих значень сили струму тавитрати плазмоутворювального газу напруга знаходиться в межах 22 - 32 В. Методом проточного калоріметрування теплового потоку визначено термічний ккд плазмотрона, средньомасову початкову ентальпію та температуру плазмового струменя залежно від струму дуги і витрати плазмообразуючого газу. Встановлено, що в умовах процесу мікроплазмового порошкового напилення термічний ккд плазмотрона знаходиться в діапазоні 30 - 55 % і при витратах газу, що перевищують 40 л/год, практично не змінюється зі зміною сили струму.

Виконано огляд робіт, присвячених процесам зварювання неплавким електродом в інертному газі з модуляцією зварювального струму. У першій частині огляду основна увага приділялась роботам, що стосуються особливостей протікання теплових, газодинамічних та електромагнітних процесів у нестаціонарних дугах із тугоплавким катодом за різних режимів модуляції струму дуги.

Показано, що характер змінення хімічного складу шва (наплавленого металу) визначається законом управління об'ємної швидкістю подачі легуючого електрода, який отримано шляхом математичного моделювання впливу технології наплавлення на процес легування зварювальної ванни. Встановлено, що високий градієнт зміни хімічного складу по довжині шва забезпечується дискретним зміненням об'ємної швидкості подачі легуючого електрода. За прямокутної форми імпульсу подачі електрода розподіл легуючих елементів в металі шва є несиметричним на стадії зростання і зниження концентрації, що проявляється більшою мірою зі збільшенням об'єму зварювальної ванни. Наведено підтверджені експериментом результати розрахунку, які свідчать, що трапецеїдальна форма імпульсу надає можливість зменшити несиметричність зміни складу. Виявлено, що за імпульсної подачі легуючого електрода за законом синусоїди можна змінювати характер і градієнт розподілу легуючих елементів в шві. Визначено умови формування наплавленого шару змінного складу і твердості по довжині бочки прокатного валка безперервно-заготовочного стану.

Наведено результати експериментів з електронно-променевого зварювання сплавів Al - Li. Прокат зі сплава AW 2099 у поставці Т83 товщиною 25 мм використано як експериментальний матеріал. Мікроструктура експериментального сплаву була деградована після відпалу та деформації перед зварюванням. Початкова товщина 25 мм була зменшена до 3 мм гарячим прокатом без подальшої додаткової термічної обробки. Прорізні зварні шви та шви Т-з'єднання виконано електронним променем. Ці зварні з'єднання пройшли основні механічні випробування (міцність на розрив, вигин, твердість) і металографічний огляд на предмет виявлення внутрішніх дефектів та мікроструктури. Зварені з'єднання не мали значних внутрішніх дефектів, але міцність на розрив і пластичні властивості значно погіршилися внаслідок зварювального процесу та попередньої деформації. Термічну обробку проводили для поліпшення механічних і пластичних властивостей. Режим термічної обробки складається з обробки на твердий розчин (відпал) із подальшими циклами загартування та старіння.

Запропоновано методику прискорених корозійних випробувань зварних з'єднань для моделювання тривалого впливу на них найбільш вагових кліматичних факторів атмосфери помірного клімату (температури і відносної вологості). Обгрунтовано тривалість прискорених випробувань зварних з'єднань у камері вологості для отримання корозійних пошкоджень, які характерні зварним з'єднанням металоконструкцій після близько 12 років експлуатації. Проведено випробування на втому стикових і таврових зварних з'єднань сталі 15ХСНД після попереднього напрацювання 2 млн циклів за максимальних напружень 150 МПа, корозійних випробувань в умовах підвищеної температури і відносної вологості без зміцнення та з подальшим зміцненням технологією високочастотної механічної проковки. Встановлено, що зміцнення технологією високочастотної механічної проковки збільшує циклічну довговічність стикових і таврових зварних з'єднань із накопиченими втомними і корозійними пошкодженнями в 10 разів.

Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона протягом багатьох десятиліть спеціалізується на розробці технології електронно-променевого зварювання (EПЗ) сучасних конструкційних сплавів, включаючи розробку обладнання EПЗ і пов'язаних з ним методів виробництва. За останні два десятиліття ІЕЗ розробив і виготовив безліч установок, використовуваних для ЕПЗ різних виробів. Усі ці установки можна умовно розділити на кілька типів залежно від обсягу зварювальної камери: "малі", "середні", "великі" і "дуже великі".

Підвищення ресурсу роботи залізничних коліс є актуальною задачею. Рішення цієї проблеми пов'язано з оптимізацією структурного стану металу залізничних коліс. Досліджено вплив швидкості охолодження при плавленні на механічні властивості, опірність крихкому руйнуванню та структурні зміни металу ЗТВ колісної сталі з карбонітридним зміцненням з вмістом вуглецю 0,63 %. Показано, що в процесі наплавки формується гартівна бейнітно-мартенситна структура, об'ємна частка структурних складових в якій визначається швидкістю охолодження. Загартований метал ЗТВ колісної сталі з карбонітридним зміцненням має високу міцність і низьку пластичність та має підвищену схильність до крихкого руйнування.

Виконано огляд робіт, присвячених процесам зварювання неплавким електродом в інертному газі з модуляцією зварювального струму. Друга частина огляду присвячена аналізу робіт, в яких розглядаются особливості проплавлення металу (алюмінієві сплави, нержавіючі сталі, нікель-хромові жаростійкі сплави) та формування швів при TIG зварюванні модульованим струмом.

Розглянуто проблему забезпечення стабільності процесу дугового плавлення електрода стосовно технології зварювання або наплавлення. Запропоновано використати джерело струму, зібране із серійно виготовлених комплектуючих. Особливість запропонованого джерела полягає у тому, що це - джерело пульсуючого струму постійної напруги, яке живиться від побутової однофазної електромережі напругою 220 В. Показано, що процес був однаково стабільним як у разі механізованого зварювання у вуглекислому газі, так і ручного зварювання електродами для постійного струму на режимах, суттєво менших за рекомендовані розробниками електродних матеріалів. Запропонована схема джерела живлення забезпечує можливість варіювати значення струму в широких межах, що надасть можливість розширити технологічні можливості зварювання, у тому числі по більших зазорах між кромками і у різних просторових положеннях.

Одним із сучасних інноваційних способів зварювання тонколистових нержавіючих сталей, що надають можливість мінімізувати залишкові деформації, отримувати високоякісні та довговічні з'єднання, є гібридне лазерно-мікроплазмове зварювання (ЛМПЗ). Відпрацьовано базові технологічні прийоми гібридного лазерно-мікроплазмового зварювання, уточнено параметри режимів, а також оцінено механічні властивості та корозійну стійкість одержуваних сполук сталі SUS304. Експериментально підтверджено перспективність застосування ЛМПЗ для з'єднання нержавіючих сталей малої товщини.

До точності та надійності виконавчих механізмів сучасних автоматів для орбітального зварювання (GTAW) неповоротних стиків трубопроводів енергоблоків АЕС пред'являється ряд специфічних вимог, зокрема, до найбільших діаметрів планшайб головок зварювальних таких автоматів, на яких розміщуються, як правило, всі або більшість цих механізмів. Описано розроблені в НДЦ ЗКАЕ конструкції виконавчих механізмів сучасних автоматів для GTAW неповоротних стиків трубопроводів АЕС. Розроблено механізми затиску (фіксації) головок зварювальних на зварюваній трубі, механізм стабілізації довжини дуги, механізм обертання (обертача) планшайби навколо осі труб, що зварюються, механізм автоматичного регулювання напруги дуги, механізм коливань неплавкого електрода (поперек зварного шва) і механізм подачі присадного дроту. Наведено результати промислової експлуатації деяких розроблених в НДЦ ЗКАЕ автоматів для GTAW, в яких використані описані механізми. Мета роботи - представлення результатів робіт, проведених в НДЦ ЗКАЕ в напрямку створення складових частин автоматів для GTAW неповоротних стиків тонкостінних трубопроводів із сталей аустенітного, перлітного класів, вуглецевих сталей і сплавів кольорових металів (крім алюмінію та його сплавів).

Із застосуванням методу осцилографування сигналів, що генеруються електромагнітним датчиком, через канал якого слідують електроди на виході з обмазувальної головки преса, вивчено вплив екструзійних модифікаторів обмазувальної маси на різнотовщинність покриття при виготовленні дослідних електродів УОНИ 13/55 діаметром 4 мм. Феномен зниження різнотовщинності покриття під впливом модифікаторів (КМЦ, альгинатів, целюлози або кальцинованої соди) пояснюється тим, що разом зі зміною виду та підвищенням вмісту модифікатора поступово збільшується доза, що вводиться в обмазки рідкого скла. Внаслідок гідратування частинок модифікуючих добавок, за рахунок поглинання вологи рідкого скла, воно загущується, його міжзеренні прошарки в обмазувальній масі стовщуються, гамакерівська взаємодія зерен наповнювача послаблюється. Знижується ймовірність виникнення та накопичення пружних напружень в ході екструзійного нанесення обмазки на стрижні. Відповідно зростає здатність потоку обмазки обволікати стрижні при оприсуванні електродів рівномірним концентричним шаром.

Наведено технологію ремонтного зварювання та відновлення працездатності валу регулятора граничного числа обертів автомату безпеки турбоживильного насосу енергоблоку N 1 Трипільської ТЕС. Проаналізовано умови роботи валу регулятора автомату безпеки та причини його пошкодження. Проведено оптимізацію параметрів режиму зварювання та термічної обробки валу регулятора зі сталі 40Х. Досліджено мікроструктуру та механічні властивості зразків-свідків, а також визначено оптимальні технологічні умови отримання якісного, ремонтного зварного з'єднання. Отримані результати підтверджено успішною експлуатацією турбоагрегату протягом 2743 год.

Виконано огляд робіт щодо процесів зварювання неплавким електродом у інертному газі з модуляцією зварювального струму. Проаналізовано роботи щодо теоретичного дослідження та математичного моделювання процесів тепло-, масо- та електропереносу в дуговій плазмі та зварюваному металі за TIG зварювання модульованим струмом. Описано різні підходи до теоретичного дослідження зазначених процесів, а також відповідні математичні моделі, з урахуванням умов зварювання неплавким електродом з низько- (до 10 Гц) і високочастотною (вище 10 кГц) імпульсною модуляцією зварювального струму. Наведено результати числового аналізу розподілених та інтегральних характеристик аргонової дуги з тугоплавким катодом у випадку імпульсної зміни струму, виконаного на базі моделей нестаціонарної дуги з розподіленими та зосередженими параметрами. Проаналізовано результати комп'ютерного моделювання теплових, гідродинамічних та електромагнітних процесів у зварюваному металі (в тому числі за самоузгодженого врахування процесів, що протікають в дуговій плазмі) для випадку точкового TIG зварювання з низькочастотною імпульсною модуляцією струму. Наведено аналітичні залежності, що описують вплив форми та параметрів імпульсів зварювального струму на характеристики динамічної дії дуги з тугоплавким катодом на метал зварювальної ванни.

Розроблено комплекс математичних моделей і засобів їх комп'ютерної реалізації для числового прогнозування кінетики температурних полів, фазового та структурного станів, механічних напружень і деформацій за пошарового формування типових виробів зі сплавів на основі титану. На характерних прикладах електронно-променевого наплавлення балкових конструкцій таврового профілю з титанового сплаву ВТ6 за допомогою технології xBeam 3D Metal Printer досліджено особливості кінетики їх стану залежно від технологічних параметрів виробництва. Показано вплив товщини підкладки на закономірності розвитку температурного поля за пошарового формування балкових елементів і на структурний стан металу після повного охолодження. На прикладі формування товстостінного таврового виробу показано, що важливим фактором, який надає можливість отримати низький рівень залишкових напружень, є оптимізація часу затримки між наплавленням кожного з валиків для забезпечення умов рівномірного охолодження конструкції.

Індекс рубрикатора НБУВ: К641.78-18 + К222.075

Рубрики:

Зварювання металів променем лазера

Вплив зварювання на структуру і властивості заліза та його сплавів

Шифр НБУВ: Ж26970 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Виконано аналіз різновидів адитивних технологій, їх переваг і недоліків. Викладено експерименти з вибіркового лазерного плавлення (SLM) з метою забезпечення необхідної мікроструктури синтезованого матеріалу. Експериментально встановлено режими, що забезпечують стабільний друк одиничного шару. Визначено оптимальні значення швидкості сканування, потужності лазера для сплаву Inconel 718.