К вопросу математического моделирования параметров сварки в производстве стальных труб большого диаметра

13. Ердаков, И.Н. Влияние импульсного электрического воздействия на кристаллизацию силумина (АК7ч) и стали (20ГЛ) / И.Н. Ердаков, В.В. Новокрещенов // Литейные процессы: межрегион. сб. науч. тр. / под ред. В.М. Колокольцева. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2010. Вып. 9. С. 54-57.

14. Ердаков, И.Н. Импульсное электромагнитное воздействие на кристаллизационный процесс силумина (АК7ч) / И.Н.Ердаков, В.В. Новокрещенов // ЛитейщикРоссии. 2011. №7. С.17-18.

15. Влияние электрического тока на кристаллизацию алюминиевых сплавов, содержащих железо / В.Б. Деев, И.Ф. Селянин, Н.В. Башмакова идр. // Литейщик России. 2007. №8. С. 12-15.

16. Ердаков, И.Н. Применение генератора наносекундных электромагнитных импульсов в технологическом процессе изготовления отливок / И.Н. Ердаков, В.В. Новокрещенов // Литейные процессы: межрегион. сб. науч. тр. / под ред. В.М. Колокольцева. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2010. Вып. 9. С. 67-70 .

УДК 621.791

М.А. Иванов, А.М. Уланов

ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет» (НИУ), г. Челябинск

К ВОПРОСУ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ СВАРКИ В ПРОИЗВОДСТВЕ СТАЛЬНЫХ ТРУБ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА

Технология производства стальных труб большого диметра (ТБД) включает в себя также процесс сварки. Для уменьшения брака ТБД по сварным швам необходимо создание перспективной технологии формирования качественной бездефектной структуры сварного шва. Это возможно только при строгом соблюдении технологических параметров процесса сварки, таких как сила тока, напряжение на дуге, скорость сварки.

Концепция разработки трубных сталей предусматривает снижение содержание углерода; повышение чистоты металла по вредным примесям; рациональное микролегирование; термомеханическую прокатку; рациональный тепловой режим [6]; снижение дефектности сварных швов [3]; повышение стойкости сварных труб против лавинных разрушений [4]; снижение остаточных сварочных напряжений [5,7]; качественная механическая обработка [8-11].

На кафедре «Оборудование и технология сварочного производства» создан алгоритм и автоматизированный программный комплекс для расчета режима дуговой сварки под флюсом для стыковых соединений (рис. 1) как с разделкой кромок, так и без нее, который позволяет проводить расчет режима однодуговой сварки [1].

а б

Рис. 1. Внешний вид программы для расчета сварного соединения с разделкой кромок: закладки «Исходные данные»

Структура сварного шва стальных ТБД при сварке напрямую зависит от скорости охлаждения, которая регулируется интенсивностью подвода энергии в жидкую сварочную ванну. Интенсивность отвода тепла является константой в рамках одного типоразмера ТБД.

Для определения оптимального диапазона режимов сварки необходимо использовать математические модели [12-13], в том числе для определения скоростей охлаждения. Расчет оптимального режима дуговой сварки, а также скоростей охлаждения определяет как качество сварного шва, так и период проведения пуско-наладочных работ для изготовления новой детали или изделия, что в свою очередь повышает производительность труда, способствует ресурсосбережению [14].

Графики для определения скорости охлаждения стыкового шва в зависимости от погонной энергии приведены в виде номограмм [2]. Построена математическая модель, учитывающая зависимость мгновенной скорости охлаждения от погонной энергии для разных толщин свариваемых деталей (рис. 2) при условии температурного перепада в 600 °С без подогрева. Данные зависимости имеют вид кривых, описываемых следующими функциями:

= 37,652 •

= 117,828-

ю10 = 226,696 •

ю14 = 426 ,936 •

ю16 = 478 ,692 •

ю18 = 327 ,756 •

ю20 = 291 ,206 •

со36 = 227,938 •

где С05, (08, С010, С014, С016, С018, Ю20, Ю36 - мгновенные скорости охлаждения град/с для толщин стенок, соответственно 5, 8, 10, 14, 16, 18, 20, 36 мм; дпог- погонная энергия сварки ккал/см.

- Э=5 мм /

- Ли / 3=8 мм 3=10 мм \ / Э=14 мм

- УЛ\\ / 16 мм Э=18 мм

1 т 1 \ V 8=20 мм у/ Э=36 мм /

- 1 / Члч 'у....

- \ ' . ^ - . ;

I I

а , ккал/см

р

Рис. 2. Номограмма для определения скорости охлаждения околошовной зоны при сварке первого слоя стыкового шва Тт-Т0=600 °С для толщины свариваемыхдеталей Э = 5, 8, 10, 14, 16, 18, 20, 36 мм

Скорости охлаждения околошовной зоны снижаются при увеличении погонной энергии сварки в связи с её быстрым прогревом и медленным остыванием. С увеличением толщины свариваемых деталей при неизменной погонной энергии сварки скорость охлаждения растет за счет большей металлоемкости сварного шва.

Список литературы

1. Пат. 2011613354 Российская Федерация. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ «Расчет режима дуговой сварки Welding Rate Calculation» / М.А. Иванов, A.M. Уланов. № 2011611511; заявл. 9.03.11; зарегистрировано 28.04.11.

2. Шахматов, М.В. Технология изготовления и расчет сварных оболочек / М.В. Шахматов, В.В. Ерофеев, В.В. Коваленко. Уфа: Полиграфкомбинат, 1999. 272 с.

3. Пашков, Ю.И. Разработка классификатора дефектов для сварных труб / Ю.И. Пашков, В.А. Лупин, М.А. Иванов // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Металлургия». Вып. 18. 2012. № 15. С. 37-40.

4. Пашков, Ю.И. Остаточные сварочные напряжения и пути снижении стресс-коррозионных разрушений магистральных газопроводов / Ю.И. Пашков, М.А. Иванов, Р.Г. Губайдулин // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Металлургия». Вып. 18. 2012. № 15. С. 28-30.

5. Лупин, В.А. Проблемы лавинных разрушений газопроводов из сварных труб и способы их предотвращения / В.А. Лупин, Ю.И. Пашков, М.А. Иванов // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Металлургия». Вып. 18. 2012. № 15. С. 26-27.

6. Иванов, М.А. Температурные поля изложницы при литье однотонных блоков цилиндра / М.А. Иванов, В.И. Швецов, Б.А. Кулаков // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Металлургия». 2005. Вып. 6. №10 (50). С. 99-101.

7. Иванов, М.А. Развитие теории трещиноустойчивости отливок / М.А. Иванов, В.И. Швецов, Е.Л. Волосатова, Д.В. Изотов // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Металлургия». 2011. Вып. 17. №36 (253). С. 48-50.

8. Пименов, Д.Ю. Разработка модели эпюры напряжений на задней поверхности зуба фрезы / Д.Ю. Пименов // Технология машиностроения. 2010. №1. С. 48-52.

9. Пименов, Д.Ю. Математическое моделирование упругих перемещений технологической системы при торцевом фрезеровании с учетом износа инструмента / Д.Ю. Пименов, В.И. Гузеев,

A.A. Кошин // Вестник машиностроения. 2011. №11. С. 69-73.

10. Пименов, Д.Ю. Расчет податливости узла фреза-оправка при обработке торцевым фрезерованием / Д.Ю. Пименов, В.И. Гузеев // Технология машиностроения. 2011. №12. С. 10-13.

11. Пименов, Д.Ю. Определение оптимального варианта многопереходной обработки торцовым фрезерованием / Д.Ю. Пименов // Металлообработка. 2006. № 5-6. С. 73-74.

12. Ердаков, И.Н. Исследование процесса изготовления литой плиты методом планируемого эксперимента / И.Н. Ердаков,

B.М. Ткачев // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Металлургия». Вып. 15. 2010. № 34(210).

C. 46-49.

13. Ткачев, В.М. Влияние положения стояка на коробление и дефектность отливок плит / В.М. Ткачев, H.A. Ласьков, И.Н. Ердаков // Заготовительные производства в машиностроении. 2010. №6. С. 9-11.

14. Ердаков, И.Н. Ресурсосберегающий аспект в производстве литых плит из стали Гадфильда / И.Н. Ердаков // Заготовительные производства в машиностроении. 2011. № 11. С. 3-5.

УДК 621.74 + 621.9 Д.Ю. Пименов

ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет» (НИУ), г. Челябинск

РАСЧЕТ ПРЕДЕЛЕЛЬНОЙ ВЕЛИЧИНЫ ИЗНОСА ИНСТРУМЕНТА ПРИ ТОРЦОВОМ ФРЕЗЕРОВАНИИ ЛИТЫХ ЗАГОТОВОК

По данным ряда ученых в машиностроении ежегодно изготовляется около 35-40 миллионов штук деталей, имеющих плоские поверхности, при обработке которых используется торцовое фрезерование [1]. Обработка такого класса деталей, как направляющие станины металлорежущих станков, направляющие суппорты, рабо-