Опытно-сравнительные испытания сварочных электродов

Информатика, вычислительная техника и управление. Приборостроение. Метрология. Информационно-измерительные приборы и системы

ш

раметров пренебрежимо мал (элементы высокого класса точности) или же начальное значение параметра устанавливается точно в процессе настройки (регулировки) или подбора элементов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Алексеев В.М., Тихомиров В.М., Фомин С.В. Оптимальное управление. - М.: Наука, 1979. -430 с.

2. Справочник по теории автоматического управления. Под редакцией Красовского А.А. - М.: Наука, 1987.- 711 с.

3. Bickart T.A. Matrix exponential: Approximation by truncated power series // Proc. IEEE. - 1968. -V. 56. - № 5. - P. 872-873.

4. Everling W. On the evalution of eAt by power series // Proc. IEEE. - 1967. - V. 55. - № 3. - P. 413.

5. Fath F.F. Evalution of a matrix polynomial // IEEE Trans. Autom. Control. - 1968. - V. 13. - № 2. -P. 220-221.

6. Krouse C.L., Ward E.D. Improved linear system simulation by matrix exponentiation with generalized order hold // Preprints, 11th Joint Automatic Control Conference. - 1970. - P. 794-802.

7. Levis A.H. Some computational aspects of the matrix exponential // IEEE Trans. Autom. Control. -1969. -V. 14. - № 4. - P. 410-411.

8. Melsa J.L. Computer Programs for Computational Assistance in the Study of Linear Control Theory. - New York: Mc Graw-Hill. - 1970.

9. Golub G.H., Van Loan. Matrix Computation. -Oxford: John Hopkins University Press. - 1983.

10. Moler C.B., Van Loan. Nineteen Dubious Ways to Compute the Exponential of a Matrix // SIAM Review. - 1979. - Vol. 20. - P. 801-836.

УДК 629.4.027 Матафонов Алексей Андреевич,

аспирант кафедры «Безопасность жизнедеятельности и экология» Иркутского государственного университета путей сообщения, тел.:63-83-52

ОПЫТНО-СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ СВАРОЧНЫХ ЭЛЕКТРОДОВ

A.A. Matafonov

EXPERIMENTAL-COMPARATIVE DATA OF SPOT WELDING ELECTRODES

Аннотация. Проведены опытно-сравнительные испытания сварочных электродов, покрытия которых получены на основе использования компонентов минерального сырья Восточной Сибири, с серийными электродами марки АНП-13. Показано, что механические характеристики и износ поверхностей корпусов букс, наплавленных электродами ВСЭ, соответствуют нормативно-технической документации по сварке и наплавке при ремонте грузовых вагонов, а также удовлетворяют требованиям, предъявляемым, к электродам АНП-13.

Ключевые слова: электроды, испытания, технологические характеристики, сварка.

Abstact. The experimental-comparative data of spot welding electrode ESE which obtained on Eastern Siberia mineral row material with standard electrode ANP-13 are presented. It is presented that mechanical characteristics and deterioration surface axis bearing built in up by spot welding electrodes ESE conform to specifications.

Keywords: spot welding electrodes, the experimental-comparative data, technological characteristics, welding.

Методы и способ получения наплавочных электродов для восстановления узлов и деталей железнодорожного транспорта на основе использования определенных компонентов из минерального сырья Восточной Сибири детально рассмотрены в работе [1].

В целях проверки сварочно-техноло-гических характеристик полученных электродов изготовлена серия опытных электродов ВСЭ со стержнями из проволоки марки Св-08А диаметром 4 мм.

В состав покрытия этих электродов входят: магнезит из Савинского месторождения, мрамор -карьера «Перевал» (г. Слюдянка), плавиковый шпат - Абагайтуйского месторождения, перикла-зовый концентрат - ОАО «Сибирские порошки» (пос. Михайловка), ферросилиций - ОАО «Братский завод ферросплавов» (г. Братск), ферромарганец - ООО «Химико-марганцевая компания» (г.

иркутским государственный университет путей сообщения

Ангарск), алюминиевый порошок - Иркутский алюминиевый завод.

Во всех случаях наплавка электродами выполнялась постоянным током обратной полярности на режиме: 1св = 160...180А; ид = 26...29 В. Скорость наплавки была одинаковой и составляла ~ 8 м/ч.

Поростойкость оценивалась при визуальном осмотре наплавок в один, два и три слоя до и после их зашлифовок. Твердость наплавленного металла определялась по Бринеллю в верхнем слое трехслойной наплавки на пластину из стали Ст3 размером 150^80x20 мм.

Присутствие водорода в наплавленном металле сварного соединения отрицательно сказывается на свойствах последнего, а именно способствует появлению пор в металле шва, образованию холодных трещин в металле шва и в околошовной зоне, развитию «рыбьих глаз», снижению сопротивляемости металла хрупкому разрушению.

Для определения содержания диффузионно-подвижного водорода в металле шва при сварке покрытыми электродами применяют несколько методик. Принципиальное различие состоит в образце, применяемом для анализа, и в способе сбора водорода. Образцы, применяемые для анализа, представляют собой либо отливку в медный кокиль, либо пластинку из основного металла с наплавленным на нее валиком. По способу сбора водорода методики можно разделить на две группы.

К первой группе методических приемов относятся те, в которых сбор водорода осуществляется улавливанием выделяющегося из образца водорода после барботирования его в виде пузырьков через запирающую жидкость. В качестве запирающей жидкости используются этиловый спирт, парафиновое масло, глицерин, ртуть.

Ко второй группе относятся методики, в которых водород собирается в вакуумированном объеме.

Содержание диффузионного водорода в наплавленном металле определяли методом «карандашных проб».

Для этого в водоохлаждаемую медную изложницу наплавлялся образец, который сразу после наплавки охлаждался в воде и помещался в эвдиометр с 80 % смесью глицерина и дистиллированной воды с последующим подогревом её до 40.45 °С. Весь газ, выделившийся в эвдиометре в течении 3.4 суток, считался диффузионным водородом. За критерий брался выделившийся водород (Ндиф), отнесенный к 100 г наплавленного металла.

[ Я ] =

(у\

100, см3/100 гр,

где V- объем газа в пробирке, см3; Р - вес «карандашной пробы», г.

Сварочно-технологические свойства серийных электродов АНП-13 и опытных ВСЭ приведены в табл. 1.

Таблица 1 Сварочно-технологические свойства серийных электродов АНП-13 и опытных ВСЭ

Марка электродов АНП-13 ВСЭ

Отделимость шлаковой корки отличная отличная

Ширина валиков, мм 36 35

Формирование поверхности валиков Мелкочешуйчатая Мелкочешуйчатая

Поростойкость Пор нет Пор нет

Твердость наплавленного металла, НВ 276 273

Содержание Ндиф в наплавленном металле, см3/100 г 2,5 3,2

Образцы для изучения механических характеристик вырезались из наплавленного металла на пластину из стали Ст3 по ГОСТ 6996.

Механические испытания проводили на универсальной испытательной машине LF 300, копер маятниковый «Walter + Bai AG», твердомер ТШ-2М. На рис. 1 представлена торцевая часть образца, вырезанного из наплавленного металла электродами ВСЭ, и результаты измерения твердости.

Внешний вид образцов после испытаний на растяжение и ударную вязкость представлены на рис. 2 и 3. Результаты механических испытаний представлены в табл. 2.

Рис. 1. Поперечное сечение образца с замерами твёрдости

Информатика, вычислительная техника и управление. Приборостроение. Метрология. Информационно-измерительные приборы и системы

ш

Рис. 2. Образец после испытания на растяжение

токе обратной полярности при = 140.. .160 А, U = 24.26.

Таблица 2 Механические характеристики металла при наплавке электродами АНП-13 и ВСЭ

Марка электрода АНП-13 ВСЭ

Твердость наплавленного металла, НВ 260-296 255-290

Предел текучести ст, МПа 960,8 932,6

Предел прочности ст, МПа 1086 1048

Относительное удлинение, 55, % 12,6 13,2

Относительное сужение у, % 34,5 36,3

Ударная вязкость ан, Дж/см2 112,4 110,2

Наплавку опорных поверхности Б производили в 2 слоя с припуском на механическую обработку 2 мм. Восстановление поверхностей А производили «крест-накрест», при этом производили проковку каждого слоя металла для релаксации внутренних напряжений сразу после завершения наплавки. После выполнения последнего прохода корпус буксы оставляли в нагруженном состоянии до полного охлаждения. В табл. 3 приведены геометрические параметры букс до и после наплавки.

Рис. 3. Внешний вид образцов после испытания на ударный изгиб

Экспериментальные работы по наплавке изношенных поверхностей проводились на корпусах букс колесных пар тележек грузовых вагонов магистральных железных дорог согласно «Инструкции по сварке и наплавке при ремонте грузовых вагонов» ЦВ-201-98.

Электроды АНП-13 и ВСЭ диаметром 4 мм перед сваркой прокаливались в печи 2 часа при температуре 380 °С. Перед наплавкой корпуса букс опорные поверхности Б и направляющие поверхности А (рис. 4) зачищались до металлического блеска. Наплавка выполнялась на постоянном

Рис. 4. Корпус буксы: А - направляющие поверхности, Б - опорная поверхность

иркутским государственный университет путей сообщения

Таблица 3 Геометрические параметры букс до и после наплавки,

Номер буксы Опорная поверхность, мм Направляющие, мм Твердость, НВ

до после до после

1 166 176 322 326 268

2 165 175 317 327 264

3 166 176 316 326 267

4 164 175 323 326 266

5 167 175 316 326 270

6 166 176 322 327 272

7 165 175 323 326 273

8 167 175 317 327 270

Контроль и оценка качества наплавленных поверхностей корпусов букс производились следующими методами:

- внешним осмотром - после наплавки и остывания и после механической обработки с использованием лупы х5;

- шаблоном для контроля расстояния между челюстями вдоль оси вагона (328,2°);

- шаблоном для контроля расстояния от оси буксы до опорной поверхности (173±1);

- электронным прибором для контроля размеров и формы внутренней части корпуса буксы модель БВ-7588;

- замеры твердости обработанных поверхностей производили переносным твердомером ТЭМП-3.

После проведенных испытаний наплавленные буксы установлены на грузовой вагон и направлены в эксплуатацию. На момент проведения последующих замеров пробег вагона составил 68000 км. Результаты измерений приведены в табл. 4.

В результате опытно-сравнительных испытаний электроды марки ВСЭ показали хорошие сварочно-технологические свойства при наплавке:

стабильное горение дуги, хорошее формирование валика, ровную и хорошо отделяющуюся шлаковую корку при низком разбрызгивании метала. Износ наплавленных поверхностей практически не отличается от износа поверхностей, наплавленных серийными электродами АНП-13.

Таблица 4 Геометрические параметры букс и замеры твердости

Номер буксы Опорная поверхность, мм Направляющие, мм Твердость, НВ

1 172,6 323,5 274

2 173,2 323 274

3 172,5 323 275

4 173 323 273

5 173,5 324 279

Из приведенных данных следует, что средняя твердость восстановленных поверхностей корпусов букс, наплавленных электродами ВСЭ и АНП-13, составила 274 НВ и 279 НВ соответственно. Средний износ опорных поверхностей составил 2,67 мм и 2,34 мм, направляющих - 3,13 мм и 3,0 мм.

Опытно-сравнительные испытания показали, что механические характеристики и износ поверхностей корпусов букс, наплавленных электродами ВСЭ, соответствуют нормативно-технической документации по сварке и наплавке при ремонте грузовых вагонов, а также удовлетворяют требованиям, предъявляемых к электродам АНП-13.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Матафонов А.А, Бычинский В.А., Руш Е.А. Оптимизация состава сварочных электродов на основе физико-химического моделирования // Вестник ИрГТУ. - 2010. - № 4.