Получение деталей из титанового сплава (стр. 3 из 4)

Анализ показывает, что все параметры и факторы процесса наплавки могут быть условно разделены на две группы. К первой группе относятся параметры и факторы процесса, которые на протяжении всего периода проведения исследований практически не изменялись.

Рис.2.2 Основные характеристики сварного соединения.

Однако правильный их выбор создаёт благоприятные условия для проведения процесса наплавки и существенно влияет на качественные характеристики сварного соединения. Вторая группа параметров характеризуется значительными изменениями при проведении экспериментов. Данные параметры определяют режим наплавки.

Первая группа:

· род сварочного тока;

· полярность сварочного тока;

· величина тока дежурной дуги;

· способ переноса капли на листовую заготовку;

· цикл наплавки;

· диаметр электрода;

· род защитного газа

Вторая группа:

· величина сварочного тока

;

· время горения сварочной дуги

;

· время задержки отрыва капли

;

· параметры процесса переноса капли;

· расход защитного газа

На первом этапе исследований был проведен выбор параметров первой группы. Выбор основывался на рекомендациях, приведенных в научно-технической литературе по сварке титановых сплавов, на материалах исследований по наплавке Национального аэрокосмического университета[22], а также на основе проведенных экспериментальных исследований .

2.2 Выбор диаметра электродной проволоки

При электродуговой наплавке выбор диаметра электродной проволоки является одним из основных вопросов. От диаметра электрода во многом зависят характеристики электродуговой наплавки:

-режимы наплавки;

-масса наплавленной точки;

-точность постановки капли;

-точность дозирования массы электродного металла;

-параметры газодинамической системы;

-время существования капли на электроде.

Одной из основных задач электродуговой наплавки является формирование капли заданной массы из отрезка электрода и перенос её в зону соединения.

Масса наплавленной точки электрода равна:

(1)

где rэ - плотность материала электрода, dэ - диаметр электрода, lэ -вылет электрода.

Из (1) видно, что заданную массу выступа можно получить при различном диаметре электрода dэ и соответствующем вылете электрода lэ.

В связи с этим возникает задача определения оптимального диаметра электрода для формирования капли заданной массы.

При формировании капли одинаковой массы уменьшение диаметра электрода обеспечивает улучшение условий отрыва капли.

С уменьшением диаметра электрода уменьшается и сила поверхностного натяжения, удерживающая каплю на электроде:

(2)

где s - коэффициент поверхностного натяжения.

Однако чрезмерное уменьшение диаметра электрода имеет и свои недостатки.

1. Уменьшается точность постановки выступа относительно зоны расплавления.

2. Причиной данного недостатка является увеличение вылета электрода, при уменьшении его диаметра, в результате чего сброс капли происходит с большей высоты. При этом отклонение капли от осевой линии увеличивается, вследствие чего наплавленный выступ смещается относительно центра зоны расплавления.(Рис.2.3)

3. Уменьшается время существования капли на электроде. Уменьшение времени существования капли на электроде может привести к неуправляемому её переносу, вследствие самоотрыва от электрода под действием сил веса и электродинамических сил.

Условие существования капли на электроде записывается в следующем виде:

F < Fs, (3)

где SF - сумма сил, способствующих отрыву капли;

Fs - сила поверхностного натяжения, удерживающая каплю на электроде.

С увеличением температуры капли коэффициент поверхностного натяжения уменьшается, в связи, с чем может возникнуть отрыв капли от электрода. Отсюда можно сделать вывод, что для каждого значения dэ существует критическая масса капли mкр, превышение которой приводит к самоотрыву её от электрода, что делает невозможным процесс управляемого переноса капли .

Следовательно, одним из условий управляемого переноса капель жидкого металла является:

mк max < mкр (4)

С уменьшением диаметра электрода dэ критическая масса капли уменьшается.

С увеличением диаметра электрода все недостатки, присущие меньшим диаметрам электрода переходят в преимущества и наоборот. На основании имеющихся статистических данных, полученных в ходе экспериментальных исследований дуговой точечной наплавки, установлены некоторые эмпирические зависимости связывающие диаметр капли, диаметр и вылет электрода.

1. Наиболее приемлемым соотношением между диаметром капли dк и диаметром электрода dэ является:

dк »(2..2.25)dэ , (5)

2. Условие приемлемой точности дозирования массы электродного металла и точности нанесения наплавленного выступа:

lэ »(5.0 .. 7.0)dэ (2.15)

Данное выражение отражает компромисс между точностью нанесения и точностью дозирования массы капли. С увеличением коэффициентов точность дозирования увеличивается, а точность нанесения уменьшается.

На основании вышеприведенного выбираем

, ,

, .

2.3 Выбор способа переноса капель расплавленного металла

Перенос электродного металла оказывает большое влияние на процесс формирования сварного соединения, от него также зависит стабильность дозирования электродного металла, точность постановки, размеры и форма наплавленной точки.

Для дозированного нанесения электродного металла необходим управляемый его перенос. Все способы управляемого переноса можно условно разделить на три группы. К первой группе относятся способы, при которых перенос электродного металла происходит за счет изменения величины и соотношения между силами, действующими в обычных условиях дуговой обработки[23].

Ко второй группе относятся способы, при которых перенос электродного металла осуществляется дополнительными управляющими силами, создающимися специальными приемами и воздействиями (способы принудительного переноса). В качестве приемов используется: движение с ускорением сварочной головки, электродной проволоки или мундштука (механические способы (рис.2.4,а)); наложение электромагнитных полей (электромагнитные способы (рис.2.4,б)); подача дополнительных непрерывных или импульсных потоков газа (газодинамические способы (рис.2.4,в)); изменение тока и напряжения дуги по определенной программе (импульсно-дуговые способы)[24].

А б в

Рис.2.4. Способы отрыва капли от электрода.

К третьей группе относятся комбинированные способы.

Анализ способов управляемого переноса электродного металла показал, что для получения шипов на листовых деталях самолета со стабильностью массы ±5%, точностью постановки ±1,0мм, с отношением

наиболее целесообразно применять принудительные способы. Основными параметрами, характеризующими способ управляемого переноса, были приняты: точность постановки и стабильность дозирования электродного металла.

Как видно из таблицы 2.3, для наплавки шипов из титановых сплавов наиболее приемлемым способом принудительного отрыва капель является газодинамический. Электромагнитный способ из-за низкой электропроводности титановых сплавов требует высокой напряженности электромагнитного поля, что сильно усложняет конструкцию горелки и магнитно-импульсной установки. Механические способы из-за неперпендикулярности поверхности раздела жидкой капли и электрода направлению движения при разгоне не обеспечивают точности нанесения капель на лист. Кроме того, в случае использования движущегося мундштука происходит перегрев, и износ его рабочей части вследствие контактирования с расплавившимся металлом.

Таблица 2.3

Способ управляемого переноса	Точность дозирования		Точность постановки

Коэффиц.
вариации

Мат.ожид.,мг

пред.откл.,%

Мода,мм 1.Механический 396,4/
-5,84;4,12 0,07 1,03/1,85 0,823 2.Электромагнитный 403,1/
-1,64;2,31 0,09 0,439/1,12 0,352 3.Газодинамический 401,7/
-2,88;1,67 0,01 0,384/0,98 0,3075

Газодинамический способ обеспечивает приемлемую точность дозирования массы капель сплава СПТ-2 и имеет достаточно высокую точность нанесения точки на поверхность листа. Способ позволяет достаточно просто и оперативно изменять параметры системы. К недостаткам газодинамического способа можно отнести дополнительный расход защитного газа, и некоторое усложнение оборудования из-за наличия газодинамической системы.