Технология и оборудование для стыковой сварки сопротивлением деталей большого сечения из разнородных сталей
Контактная сварка сопротивлением находит новые области применения. Цель работы — разработка технологии контактной стыковой сварки (КСС ) сопротивлением тавровых соединений штоков и проушин гидроцилиндров из разнородных сталей 45 и 17ГС в диапазоне диаметров от 16 до 60 мм. Задачи исследований — выбо...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2016 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2016
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/146573 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Технология и оборудование для стыковой сварки сопротивлением деталей большого сечения из разнородных сталей / С.И. Кучук-Яценко, А.А. Наконечный, И.В. Зяхор, С.В. Чернобай, М.С. Завертанный // Автоматическая сварка. — 2016. — № 5-6 (753). — С. 21-27. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-146573 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Кучук-Яценко, С.И. Наконечный, А.А. Зяхор, И.В. Чернобай, С.В. Завертанный, М.С. 2019-02-10T09:00:42Z 2019-02-10T09:00:42Z 2016 Технология и оборудование для стыковой сварки сопротивлением деталей большого сечения из разнородных сталей / С.И. Кучук-Яценко, А.А. Наконечный, И.В. Зяхор, С.В. Чернобай, М.С. Завертанный // Автоматическая сварка. — 2016. — № 5-6 (753). — С. 21-27. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 0005-111X DOI: https://doi.org/10.15407/as2016.06.03 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/146573 621.791.762.1 Контактная сварка сопротивлением находит новые области применения. Цель работы — разработка технологии контактной стыковой сварки (КСС ) сопротивлением тавровых соединений штоков и проушин гидроцилиндров из разнородных сталей 45 и 17ГС в диапазоне диаметров от 16 до 60 мм. Задачи исследований — выбор оптимальной технологической схемы процесса КСС сопротивлением деталей большого сечения, отработка технологических приемов, обеспечивающих локализацию процессов нагрева и деформации металла в зоне контакта. Исследовали процесс КСС сопротивлением и структуру соединений разнородных сталей 45 и 17ГС , выполненных с предварительной подготовкой свариваемых кромок и с использованием композиционных вставок. Установлено, что при КСС сопротивлением тавровых соединений сталей 45 и 17ГС с оптимальной подготовкой свариваемых кромок и программируемым изменением сварочного усилия на стадии нагрева удается локализовать тепловыделение в зоне сварки, избежать образования дефектов и обеспечить высокие механические характеристики сварных соединений. При механических испытаниях сварных штоков на загиб разрушение происходит по основному металлу штока. Разработана технология КСС сопротивлением тавровых соединений разнородных сталей с использованием композиционных вставок. Технология КСС сопротивлением штоков гидроцилиндров диаметром 16…60 мм реализована на специализированной сварочной машине К1040, спроектированной и изготовленной в Институте электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины. The resistance butt welding finds new areas of application. The aim of the work is the development of technology for RBW of T-joints of rods and eyelets of hydraulic cylinders of dissimilar steels 45 and 17GS in the range of diameters from 16 to 60 mm. The tasks of investigations were the selection of optimal technological scheme of RBW process of large cross-section parts, testing of technological methods, providing localization of heating and deformation of metal in the contact zone. The RBW process and the structure of joints of these dissimilar steels produced with preliminary preparation of welded edges and using the composite inserts were investigated. It was found that in RBW of T-joints of steels 45 and 17GS with optimum preparation of welded edges and programmable change in welding force at the stage of heating it is succeeded to localize the heat generation in welding zone, to avoid the formation of defects and to provide the high mechanical properties of welded joints. During mechanical tests of welded rods on bending the fracture occurs in the base metal of the rod. The technology for RBW of T-joints of dissimilar steels using the composite inserts was developed. The technology of RBW of rods of hydraulic cylinders of 16–60 mm diameter was realized in specialized welding machine K1040, designed and manufactured at the PWI. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Контактная стыковая сварка Технология и оборудование для стыковой сварки сопротивлением деталей большого сечения из разнородных сталей Technology and equipment for resistance butt welding of large-section parts of dissimilar steels Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Технология и оборудование для стыковой сварки сопротивлением деталей большого сечения из разнородных сталей |
| spellingShingle |
Технология и оборудование для стыковой сварки сопротивлением деталей большого сечения из разнородных сталей Кучук-Яценко, С.И. Наконечный, А.А. Зяхор, И.В. Чернобай, С.В. Завертанный, М.С. Контактная стыковая сварка |
| title_short |
Технология и оборудование для стыковой сварки сопротивлением деталей большого сечения из разнородных сталей |
| title_full |
Технология и оборудование для стыковой сварки сопротивлением деталей большого сечения из разнородных сталей |
| title_fullStr |
Технология и оборудование для стыковой сварки сопротивлением деталей большого сечения из разнородных сталей |
| title_full_unstemmed |
Технология и оборудование для стыковой сварки сопротивлением деталей большого сечения из разнородных сталей |
| title_sort |
технология и оборудование для стыковой сварки сопротивлением деталей большого сечения из разнородных сталей |
| author |
Кучук-Яценко, С.И. Наконечный, А.А. Зяхор, И.В. Чернобай, С.В. Завертанный, М.С. |
| author_facet |
Кучук-Яценко, С.И. Наконечный, А.А. Зяхор, И.В. Чернобай, С.В. Завертанный, М.С. |
| topic |
Контактная стыковая сварка |
| topic_facet |
Контактная стыковая сварка |
| publishDate |
2016 |
| language |
Russian |
| container_title |
Автоматическая сварка |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Technology and equipment for resistance butt welding of large-section parts of dissimilar steels |
| description |
Контактная сварка сопротивлением находит новые области применения. Цель работы — разработка технологии контактной стыковой сварки (КСС ) сопротивлением тавровых соединений штоков и проушин гидроцилиндров из разнородных сталей 45 и 17ГС в диапазоне диаметров от 16 до 60 мм. Задачи исследований — выбор оптимальной технологической схемы процесса КСС сопротивлением деталей большого сечения, отработка технологических приемов, обеспечивающих локализацию процессов нагрева и деформации металла в зоне контакта. Исследовали процесс КСС сопротивлением и структуру соединений разнородных сталей 45 и 17ГС , выполненных с предварительной подготовкой свариваемых кромок и с использованием композиционных вставок. Установлено, что при КСС сопротивлением тавровых соединений сталей 45 и 17ГС с оптимальной подготовкой свариваемых кромок и программируемым изменением сварочного усилия на стадии нагрева удается локализовать тепловыделение в зоне сварки, избежать образования дефектов и обеспечить высокие механические характеристики сварных соединений. При механических испытаниях сварных штоков на загиб разрушение происходит по основному металлу штока. Разработана технология КСС сопротивлением тавровых соединений разнородных сталей с использованием композиционных вставок. Технология КСС сопротивлением штоков гидроцилиндров диаметром 16…60 мм реализована на специализированной сварочной машине К1040, спроектированной и изготовленной в Институте электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины.
The resistance butt welding finds new areas of application. The aim of the work is the development of technology for RBW of T-joints of rods and eyelets of hydraulic cylinders of dissimilar steels 45 and 17GS in the range of diameters from 16 to 60 mm. The tasks of investigations were the selection of optimal technological scheme of RBW process of large cross-section parts, testing of technological methods, providing localization of heating and deformation of metal in the contact zone. The RBW process and the structure of joints of these dissimilar steels produced with preliminary preparation of welded edges and using the composite inserts were investigated. It was found that in RBW of T-joints of steels 45 and 17GS with optimum preparation of welded edges and programmable change in welding force at the stage of heating it is succeeded to localize the heat generation in welding zone, to avoid the formation of defects and to provide the high mechanical properties of welded joints. During mechanical tests of welded rods on bending the fracture occurs in the base metal of the rod. The technology for RBW of T-joints of dissimilar steels using the composite inserts was developed. The technology of RBW of rods of hydraulic cylinders of 16–60 mm diameter was realized in specialized welding machine K1040, designed and manufactured at the PWI.
|
| issn |
0005-111X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/146573 |
| citation_txt |
Технология и оборудование для стыковой сварки сопротивлением деталей большого сечения из разнородных сталей / С.И. Кучук-Яценко, А.А. Наконечный, И.В. Зяхор, С.В. Чернобай, М.С. Завертанный // Автоматическая сварка. — 2016. — № 5-6 (753). — С. 21-27. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT kučukâcenkosi tehnologiâioborudovaniedlâstykovoisvarkisoprotivleniemdetaleibolʹšogosečeniâizraznorodnyhstalei AT nakonečnyiaa tehnologiâioborudovaniedlâstykovoisvarkisoprotivleniemdetaleibolʹšogosečeniâizraznorodnyhstalei AT zâhoriv tehnologiâioborudovaniedlâstykovoisvarkisoprotivleniemdetaleibolʹšogosečeniâizraznorodnyhstalei AT černobaisv tehnologiâioborudovaniedlâstykovoisvarkisoprotivleniemdetaleibolʹšogosečeniâizraznorodnyhstalei AT zavertannyims tehnologiâioborudovaniedlâstykovoisvarkisoprotivleniemdetaleibolʹšogosečeniâizraznorodnyhstalei AT kučukâcenkosi technologyandequipmentforresistancebuttweldingoflargesectionpartsofdissimilarsteels AT nakonečnyiaa technologyandequipmentforresistancebuttweldingoflargesectionpartsofdissimilarsteels AT zâhoriv technologyandequipmentforresistancebuttweldingoflargesectionpartsofdissimilarsteels AT černobaisv technologyandequipmentforresistancebuttweldingoflargesectionpartsofdissimilarsteels AT zavertannyims technologyandequipmentforresistancebuttweldingoflargesectionpartsofdissimilarsteels |
| first_indexed |
2025-11-25T20:55:34Z |
| last_indexed |
2025-11-25T20:55:34Z |
| _version_ |
1850543543418880000 |
| fulltext |
Контактная стыковая сварка
2 1 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА -
УДК 621.791.762.1
технология и оБорУДование Для стыКовой сварКи
сопротивлением Деталей БольШого сечения
из разнороДных сталей
С. И. КУЧУК-ЯЦЕНКО, А. А. НАКОНЕЧНЫЙ, И. В. ЗЯХОР, С. В. ЧЕРНОБАЙ, М. С. ЗАВЕРТАННЫЙ
иЭс им. е. о. патона нан Украины. 03680, г. Киев, ул. Казимира малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
Контактная сварка сопротивлением находит новые области применения. Цель работы — разработка технологии контакт-
ной стыковой сварки (Ксс) сопротивлением тавровых соединений штоков и проушин гидроцилиндров из разнородных
сталей 45 и 17гс в диапазоне диаметров от 16 до 60 мм. задачи исследований — выбор оптимальной технологической
схемы процесса Ксс сопротивлением деталей большого сечения, отработка технологических приемов, обеспечивающих
локализацию процессов нагрева и деформации металла в зоне контакта. исследовали процесс Ксс сопротивлением
и структуру соединений разнородных сталей 45 и 17гс, выполненных с предварительной подготовкой свариваемых
кромок и с использованием композиционных вставок. Установлено, что при Ксс сопротивлением тавровых соединений
сталей 45 и 17гс с оптимальной подготовкой свариваемых кромок и программируемым изменением сварочного усилия
на стадии нагрева удается локализовать тепловыделение в зоне сварки, избежать образования дефектов и обеспечить
высокие механические характеристики сварных соединений. при механических испытаниях сварных штоков на загиб
разрушение происходит по основному металлу штока. разработана технология Ксс сопротивлением тавровых соеди-
нений разнородных сталей с использованием композиционных вставок. технология Ксс сопротивлением штоков ги-
дроцилиндров диаметром 16…60 мм реализована на специализированной сварочной машине К1040, спроектированной
и изготовленной в институте электросварки им. е. о. патона нан Украины. Библиогр. 14, рис. 15.
К л ю ч е в ы е с л о в а : контактная стыковая сварка сопротивлением, тавровое соединение, шток гидроцилиндра,
разнородные стали, сварное соединение, подготовка свариваемых кромок, композиционная вставка
Для отечественного машиностроения актуальной
проблемой является разработка и внедрение эф-
фективной высокопроизводительной технологии
сварки штоков гидроцилиндров. заготовки штока
из высокопрочной стали 45 диаметром 16…60 мм
необходимо соединять с проушинами из стали
17гс диаметром 20…200 мм с толщиной стенки
5...24 мм. значительный объем производства свар-
ных штоков гидроцилиндров обусловливает необ-
ходимость применения высокопроизводительных
технологии и оборудования, которые обеспечива-
ют выполнение в автоматическом или полуавтома-
тическом режиме операций по зажатию, центров-
ке и сварке, а также, в ряде случаев, термической
обработке изделий.
в настоящее время в различных отраслях
промышленности используются высокопроиз-
водительные способы сварки давлением, в част-
ности, сварка трением и контактная стыковая
сварка (Ксс). сварка трением удовлетворяет
большинству из указанных выше требований,
однако весьма высокая стоимость современ-
ного оборудования является сдерживающим
фактором использования ее в отечественном
машиностроении.
проведенный анализ показал, что с точки зре-
ния технической и экономической эффективно-
сти решению задачи сварки штоков гидроцилин-
дров в наибольшей степени отвечает применение
Ксс сопротивлением. Этот способ широко ис-
пользуется в промышленности для неразъемного
соединения металлорежущего инструмента, лен-
точных пил, проводов, прутков, трубок из сталей
и цветных металлов [1–3]. Широкое распростра-
нение Ксс сопротивлением получила благода-
ря высокой производительности, гигиеничности
процесса, приемлемой стоимости оборудования,
необходимого для его осуществления. актуальной
является Ксс сопротивлением с использованием
промежуточных прослоек при сварке высокопроч-
ных алюминиевых сплавов [4], перспективных
конструкционных материалов, в частности, спла-
вов на основе алюминидов титана [5, 6], порошко-
вых материалов [7].
однако традиционной технологии Ксс со-
противлением присущи некоторые недостатки, в
частности, снижение механических свойств сое-
динений, особенно показателей пластичности [1,
8], что связано с перегревом металла, формирова-
нием в зоне соединения крупнозернистой струк-
туры, а также дефектов в виде оксидных пленок и
микротрещин. в значительной степени это проявля-
ется при сварке деталей большого сечения. пробле-
ма обеспечения стабильно высокого качества свар-
ных соединений при Ксс сопротивлением изделий
© с. и. Кучук-яценко, а. а. наконечный, и. в. зяхор, с. в. чернобай, м. с. завертанный, 2016
Контактная стыковая сварка
2 2 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА -
из высокопрочных сталей большого сечения являет-
ся актуальной в течение многих лет.
Цель работы — разработка технологии Ксс
сопротивлением тавровых соединений штоков и
проушин гидроцилиндров из разнородных сталей
45 и 17гс в диапазоне диаметров от 16 до 60 мм.
Штоки гидроцилиндров изготавливаются из
углеродистой стали 45, которая имеет в состоянии
поставки показатели: предел прочности 590 мпа,
твердость НВ 2100 мпа, поверхность штока по-
крыта хромом толщиной 0,15 мм. проушина изго-
тавливается фрезерованием из стали 17гс, имеет
в состоянии поставки предел прочности 510 мпа,
НВ 1800 мпа.
при проведении экспериментов использовали
сварочную установку К1040, разработанную и из-
готовленную в институте электросварки им. е. о.
патона. машина К1040 обеспечивает реализацию
процесса Ксс сопротивлением с постоянным или
ступенчатым изменением сварочного усилия в ди-
апазоне от 600 до 7200 кг. система управления
машины на базе КсУ Кс02 обеспечивает авто-
матический цикл сварки и термообработки, кон-
троль качества и регистрацию параметров сварки,
а также управление преобразователем частоты.
при Ксс сопротивлением деталей большого сече-
ния преобладают значительные нагрузки на элек-
трическую сеть с импульсным увеличением тока.
поэтому использовали трехфазно-однофазный
преобразователь [9], обеспечивающий равномер-
ную трехфазную нагрузку сети.
исходными требованиями при разработке тех-
нологии Ксс сопротивлением тавровых соедине-
ний штоков гидроцилиндров являлись обеспече-
ние формирования бездефектных соединений с
механическими свойствами на уровне показателей
основного металла, соблюдение заданных допу-
сков на размеры изделия. известно, что высокое
качество соединений при Ксс сопротивлением
обеспечивается при высоких плотностях тока, ми-
нимальном времени нагрева, соответствующих
конкретному сечению заготовок циклах тока и
давления (постоянном или ступенчатом), увели-
ченных припусках на осадку [1, 3]. в этом случае
исключается образование крупнозернистой струк-
туры и обеспечивается удаление загрязнений, ок-
сидных фаз и перегретого металла из зоны сварки.
Для процесса Ксс сопротивлением тавровых
соединений разнородных сталей характерны зна-
чительные отличия в условиях нагрева прилега-
ющих к стыку объемов металла деталей, что об-
условливает асимметрию условий деформации,
усложняет вытеснение из стыка пленок оксидов
и формирование качественных соединений. поэ-
тому при разработке технологии Ксс сопротив-
лением штоков гидроцилиндров ставились зада-
чи изыскания способов локализации процессов
нагрева и деформации металла в зоне контакта,
повышения эффективности диспергирования,
растворения оксидных фаз и их вытеснения из
стыка.
при отработке технологии сварки штоков ги-
дроцилиндров исследовали следующие техно-
логические схемы: Ксс сопротивлением с пред-
варительной подготовкой свариваемых кромок
— схема 1 (рис. 1), Ксс с применением компо-
зиционных вставок (Кв) — схема 2 [10] (рис. 2).
предполагалось, что предварительная подготовка
кромок и использование Кв позволит расширить
технологические возможности процесса Ксс со-
противлением заготовок большого сечения при
получении разнородных соединений конструкци-
онных сталей.
Кв (рис. 2) состоит из металлической основы и
флюса [10], состав которого задается таким обра-
зом, чтобы температура Тпл-ф его плавления была
ниже температуры плавления Тпл-ом основного ме-
талла свариваемых деталей. наличие флюса по-
зволяет защитить нагретый в зоне контакта ме-
талл от окисления, обеспечивает формирование
качественных соединений в процессе осадки дета-
рис. 1. схема предварительной подготовки свариваемых кро-
мок штока и проушины при Ксс сопротивлением
рис. 2. схема Кв с активирующим флюсом (а), металличе-
ская профилированная вставка (б)
Контактная стыковая сварка
2 3 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА -
лей. при этом появляется возможность получения
соединений при температуре нагрева приконтакт-
ных слоев металла ниже температуры солидус ос-
новного металла, а для формирования соединений
необходима меньшая деформация торцов, чем при
традиционной технологии Ксс сопротивлением.
основу Кв составляет профилированный лист
(рис. 2, б), высота и шаг профиля выбираются из
расчета допустимой плотности тока и определяют
интенсивность тепловыделения в контакте. Фор-
ма рельефа Кв влияет на интенсивность тепловы-
деления в зоне контакта, особенно на начальном
этапе нагрева, и на формирование сварного сое-
динения. повышение концентрации тепловыделе-
ния определяется высокой плотностью тока в зоне
контакта. параметры металлической профили-
рованной вставки изменяли в пределах: толщина
листа 0,8…2,0 мм, шаг профиля 2…4 мм, высота
вершин 1…2 мм.
состав сварочного флюса является одним из
определяющих факторов технологии Ксс сопро-
тивлением с использованием Кв. Флюс защищает
зону сварки от атмосферы, является источником
тепловыделения в зоне контакта деталей, очищает
поверхность металла от оксидных пленок и спо-
собствует растеканию расплавленного металла по
поверхности. Кроме того, флюс раскисляет ме-
талл в контакте деталей и влияет на смятие про-
филированной вставки. Для обеспечения высоко-
го качества сварного соединения свойства флюса
должны отвечать следующим требованиям: всту-
пать во взаимодействие с оксидами раньше обра-
зования жидкой металлической фазы; смачивать
металл свариваемых деталей и металл вставки, не
вызывать коррозионного воздействия на соединя-
емые детали, не изменять своего химического со-
става при нагревании вследствие испарения от-
дельных компонентов.
в работе использовались оксидно-солевые
флюсы системы Na2B2O7–Li3AlF6–TiO–KF и соле-
вой флюс системы Na2B2O7–CaF2–BaF2–LiF. Флюс
наносили в виде спиртового шликера на поверх-
ность профилированной вставки. в состав флюса
в качестве вяжущего добавляли 5 % нитролаков,
что предотвращало осыпание флюса после высы-
хания с поверхности профилированной вставки.
Для образования жидкой фазы, смачивания им по-
верхностей свариваемых деталей и вытеснения из
стыка остатков флюсования в состав флюса вхо-
дили элементы-депрессанты, которые вступают в
реакцию контактного плавления с металлом дета-
лей и профилированной вставки. при сварке угле-
родистых и низколегированных сталей этими эле-
ментами являются углерод и марганец, вводимые
в состав флюса в количестве 15 и 10 % соответ-
ственно. Это позволяет получить жидкую метал-
лическую фазу уже при 1150 °с.
на начальной стадии процесса Ксс сварочный
флюс препятствует смятию рельефа металличе-
ской профилированной вставки. при пропуска-
нии электрического тока через стык с Кв (рис. 3),
наблюдается интенсивный нагрев и расплавление
вставки вследствие значительного внутреннего
сопротивления. при этом происходит локализация
нагрева по сравнению с традиционным способом
нагрева сопротивлением. значение переходного
сопротивления в зоне контакта затем снижается
(рис. 4), что согласуется с данными работы [11].
выбор циклограммы изменения параметров
процесса Ксс сопротивлением проводили исходя
из литературных данных [1, 3], результатов пред-
шествующих исследований авторов [12] и техни-
ческих возможностей сварочного оборудования. в
сварочной машине К1040 усилия сжатия обеспе-
чиваются четырехсекционным пневмоцилиндром,
что позволяет путем переключения пневмоклапа-
нов каждой секции, управляемых микропроцессо-
ром, реализовать требуемую циклограмму процес-
са Ксс сопротивлением (рис. 5).
первая серия экспериментов по Ксс сопро-
тивлением штоков гидроцилиндров из сталей 45
и 17гс была проведена с применением предвари-
тельной подготовки кромок по схеме, представ-
ленной на рис. 1. параметры подготовки кромок
были оптимизированы таким образом, чтобы пер-
воначальный контакт был у вершины конуса и дна
проточки, а общий припуск на сварку устанавли-
вали в зависимости от диаметра заготовок таким
рис. 3. схема процесса Ксс с использованием Кв: 1, 2 — де-
тали; 3 — Кв с флюсом (4)
рис. 4. изменение во времени полного сопротивления R в
зоне контакта при Ксс сопротивлением сталей 45 и 17гс
(диаметр образцов 32 мм)
Контактная стыковая сварка
2 4 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА -
образом, чтобы при пластической деформации за-
готовок остатки литого металла, оксидные пленки
вытеснялись за пределы свариваемого сечения.
исследовали формирование соединений при
Ксс сопротивлением по схеме 1. такая схема ре-
комендуется [13, 14] для сварки тавровых соедине-
ний и называется «сваркой по острой кромке». про-
веденными исследованиями установлено, что при
Ксс с одноступенчатой циклограммой приложения
усилия сварки не удается локализовать тепловыде-
ление в зоне сварки, в стыке обнаруживаются остат-
ки литого металла и образуются дефекты вследствие
запрессовки воздуха в соединении (рис. 6). поэтому
дальнейшие эксперименты по Ксс сопротивлением
проводили с программируемым изменением свароч-
ного усилия в соответствии с циклограммой, пред-
ставленной на рис. 5, и оптимизированной формой
подготовки кромок, исключающей запрессовку воз-
духа в зоне соединения.
макроструктура сварного соединения штока
с проушиной из сталей 45 и 17гс, выполненно-
го Ксс сопротивлением по схеме 1, представлена
на рис. 7, а микроструктура металла в различных
участках соединения — на рис. 8–10. оптиче-
ской и сканирующей электронной микроскопией
(сЭм) установлено, что в зоне соединения в раз-
личных участках сечения — центральном (рис. 8),
среднем (рис. 9) и периферийном (рис. 10), отсут-
ствуют непровары, оксидные пленки, трещины,
вызванные образованием закалочных структур.
отсутствие на границе раздела участков с литой
и крупнозернистой структурой, характерной для
перегретого металла, свидетельствует о том, что
процесс кристаллизации металла в зоне соеди-
нения происходил в условиях интенсивной сдви-
говой деформации при осадке. структура в зоне
рис. 5. Циклограмма процесса Ксс сопротивлением с про-
граммируемым изменением усилия сварки
рис. 6. микроструктура сварного соединения сталь 45 —
сталь 17гс, выполненного по схеме 1 при одноступенчатой
циклограмме усилия
рис. 7. макроструктура (×4) сварного соединения сталь 45 —
сталь 17гс (микроструктура указанных участков приведена
на рис. 8–10)
рис. 8. микроструктура металла участка І, ×25 (а), ×100 (б)
Контактная стыковая сварка
2 5 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА -
соединения и зоне термомеханического влияния
— ферритно-перлитная, участков с мартенситной
структурой не обнаружено.
известно, что скорость деформирования ока-
зывает существенное влияние на структуру и
свойства металла сварных заготовок: при ее уве-
личении образуется более мелкозернистая струк-
тура в зоне соединения. Это объясняется тем, что
процесс рекристаллизации подавляется процес-
сом деформации, сопровождающейся измельчени-
ем зерен. поэтому при способах сварки давлени-
ем рекомендуется применить схему всестороннего
неравномерного сжатия, которая позволяет управ-
лять объемным напряженным состоянием, харак-
тером пластической деформации.
при разработанных оптимальных режимах
Ксс сопротивлением по схеме 1 деформирование
металла происходит в условиях всестороннего не-
равномерного сжатия и имеет характер вязкого те-
чения (как при экструзии), которое способствует
схватыванию свариваемых поверхностей, очище-
нию их от оксидных плен, «залечиванию» микро-
несплошностей и измельчению структуры. при
завершении осадки большая часть металла, нагре-
того до отключения тока, выдавливается за пре-
делы свариваемого сечения и в зоне соединения
остается металл, который не подвергали нагреву
до высоких температур.
механические испытания сварных штоков на
загиб в зоне сварки проводили на гидравлическом
прессе с максимальным усилием 100 т. сварной
шток считали качественным при условии разру-
шения вне зоны сварного соединения. на рис. 11,
а представлен сварной шток после испытаний; ло-
кализация разрушения — по основному металлу
штока. таким образом, при Ксс сопротивлением
с оптимальной подготовкой свариваемых кромок и
программируемым изменением сварочного усилия
на стадии нагрева удается локализовать тепловыде-
ление в зоне сварки, избежать образования дефек-
тов в соединениях штоков в исследуемом диапазо-
не диаметров и обеспечить высокие механические
характеристики сварных изделий.
сварной шток, выполненный Ксс сопротив-
лением по схеме 2 (см. рис. 3) с использовани-
ем Кв из стали 09г2с с активирующим флюсом,
представлен на рис. 11, б. микроструктура ме-
талла в разных участках соединения представле-
на на рис. 12, 13, распределение микротвердости
металла в зоне соединения — на рис. 14. при ме-
таллографических исследованиях в зоне соеди-
нений не обнаруживаются какие-либо дефекты
(трещины, непровары, поры, оксидные пленки,
остатки флюса). с целью предотвращения образо-
вания закалочных структур при соединении што-
ков большого диаметра (более 32 мм) проводилась
рис. 9. микроструктура металла участка ІI (а, б); а — ×100;
состав металла в зоне соединения, сЭм (б)
рис. 10. микроструктура металла участка III, х100 (а), ×400 (б)
Контактная стыковая сварка
2 6 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА -
послесварочная термическая обработка штоков в
зажимах сварочной машины путем пропускания
импульсов тока, при этом осуществляли пироме-
трический контроль температуры нагрева.
на основе результатов исследований разрабо-
тана технология Ксс сопротивлением штоков ги-
дроцилиндров из сталей 45 и 17гс диаметром от 16
до 60 мм. технология реализована на спроектиро-
ванной и изготовленной в институте электросварки
им. е. о. патона специализированной сварочной ма-
шине К1040. машина обеспечивает усилие сварки
от 600 до 7200 кг, сварочный ток от 15 до 65 ка при
сварке штоков различных типоразмеров и времени
сварки от 0,8 до 3,5 с.
впервые для сварочных машин такой мощно-
сти применен трехфазный преобразователь часто-
ты, который обеспечивает равномерную загрузку
фаз. Ксс сопротивлением с послесварочной термо-
обработкой в зажимах машины обеспечивает проч-
ность сварного соединения штока и проушины ги-
дроцилиндра — на уровне прочности основного
металла штока. разработаны режимы сварки для
96 вариантов соединений штоков и проушин. в
результате экспериментов были оптимизированы
параметры предварительной подготовки кромок
рис. 11. сварной шток Ш25, выполненный Ксс сопротивле-
нием по схеме 1, после испытаний на загиб (а); шток, выпол-
ненный по схеме 2 (б)
рис. 12. микроструктура металла в зоне соединения, выпол-
ненного Ксс сопротивлением по схеме 2, центр сечения, ×50
(а); ×200 (б)
рис. 13. микроструктура металла в зоне соединения, выпол-
ненного Ксс сопротивлением по схеме 2, периферия сече-
ния, ×50 (а); ×200 (б)
рис. 14. распределение микротвердости в зоне сварного сое-
динения после термической обработки в зажимах сварочной
машины
Контактная стыковая сварка
2 7 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА -
для различных типоразмеров штока и проушины.
при разработанной технологии Ксс сопротивле-
нием штоков в диапазоне диаметров 16…60 мм
обеспечивается качественное формирование со-
единений без выплесков, с высокими механиче-
скими свойствами и высокая точность геометрии
сварного изделия — допуск по длине и диаметру
не превышает 0,5 мм. гидроцилиндры со штоками,
сваренными по разработанной технологии Ксс со-
противлением, успешно прошли сертификационные
испытания и поставляются в страны ес, восточной
европы и иран.
Выводы
при Ксс сопротивлением тавровых соединений
большого сечения формирование качественных
соединений усложняется вследствие асимметрии
условий нагрева и деформации, что обусловли-
вает образование дефектов и низких показателей
статической и циклической прочности.
исследован процесс Ксс сопротивлением тав-
ровых соединений штоков и проушин гидроци-
линдров, в том числе с большим сечением (ди-
аметр заготовок до 60 мм) из сталей 45 и 17гс.
Установлено, что при Ксс сопротивлением с оп-
тимальной подготовкой свариваемых кромок и
программируемым изменением сварочного уси-
лия на стадии нагрева удается локализовать те-
пловыделение в зоне сварки штоков в исследуе-
мом диапазоне диаметров, избежать образования
дефектов и обеспечить высокие механические ха-
рактеристики сварных соединений.
металлографическими исследованиями уста-
новлено, что в соединениях отсутствуют непро-
вары, оксидные пленки, трещины, вызванные
образованием закалочных структур. структура
металла в зоне соединения и зоне термомеханиче-
ского влияния — ферритно-перлитная; участков
с мартенситной структурой не обнаружено. при
механических испытаниях сварных штоков на за-
гиб разрушение происходит по основному метал-
лу штока.
разработана технология Ксс сопротивлени-
ем тавровых соединений разнородных сталей с ис-
пользованием композиционных вставок. техноло-
гия Ксс сопротивлением штоков гидроцилиндров
диаметром 16…60 мм реализована на специализи-
рованной сварочной машине К1040, спроектиро-
ванной и изготовленной в институте электросварки
им. е. о. патона нан Украины. в ней используется
трехфазный преобразователь частоты, который обе-
спечивает равномерную загрузку фаз. сварные ги-
дроцилиндры успешно прошли сертификацион-
ные испытания.
1. сахацкий г. п. исследование контактной стыковой свар-
ки оплавлением и сопротивлением / г. п. сахацкий // ав-
томатическая сварка. – 1963. – № 10. – с. 26–32.
2. лебедев в. К. Контактная стыковая сварка сопротивле-
нием и инерционная сварка трением заготовок концево-
го металлорежущего инструмента / в. К. лебедев, и. а.
Беспрозванный, Ю. а. миргород // автоматическая свар-
ка. – 1979. – № 8. – с. 39–43.
3. Zhang H. Resistance welding fundamentals and applications
/ Zhang H., Senkara J. – Boca Raton, 2006. – 239 p.
4. особенности контактной сварки алюминиевых сплавов с
использованием наноструктурных алюминиево-никеле-
вых и алюминиево-медных фольг / в. с. Кучук-яценко,
в. и. Швец, а. г. сахацкий [и др.] // сварочное производ-
ство. – 2007. – № 9. – с. 12–14.
5. особенности контактной сварки алюминидов титана с ис-
пользованием нанослойных алюминиево-титановых фольг
/ в. с. Кучук-яценко, в. и. Швец, а. г. сахацкий [и др.] //
автоматическая сварка. – 2009. – № 3. – с. 19–22.
6. структура соединений алюминида титана γ-TiAl при
контактной стыковой сварке сопротивлением с исполь-
зованием промежуточных прослоек / с. и. Кучук-яцен-
ко, и. в. зяхор, с.в. чернобай [и др.] // автоматическая
сварка. – 2015. – № 9. – с. 7–14.
7. зварюваність нових сплавів системи Al–Cr–Fe–Ti, що
зміцнені наноквазікристалічними частками / г. К. хар-
ченко, о. о. новомлинець, в. Є. Федорчук [та ін.] // віс-
ник чернігівського державного технологічного універси-
тету. – 2007. – № 30. – с. 55–60.
8. Формирование структуры соединений при контактной
стыковой сварке сопротивлением и оплавлением / с. и.
Кучук-яценко, г. К. харченко, в. Ф. загадарчук [и др.] //
автоматическая сварка.– 2004. – № 2 – с. 16–19.
9. преобразователь частоты и числа фаз для контактной
стыковой сварки рельсов / с. и. Кучук-яценко, п. м. ру-
денко, в. с. гавриш [и др.] // автоматическая сварка.–
2015. – № 7 – с. 41–43.
10. Pat. 8,426,762, B2 US. Method of resistance butt welding us-
ing corrugated flux-filled metal inserts / V. S. Kuchuk-Yatsen-
ko, A. A. Nakonechnyi, A. G. Sakhatskiy. – 23, apr., 2013.
11. Song Q. An experimental study determines the electrical con-
tact resistance in resistance welding / Q. Song, W. Zhang,
N. Bay // Welding Journal. – 2005. – 84 (5). – P. 73–76.
12. технология рельефной сварки деталей больших тол-
щин с т-образными соединениями / в. с. Кучук-яценко,
а. а. наконечный, в. с. гавриш [и др.] // автоматиче-
ская сварка.– 2012. – № 8. – с. 45–47.
13. липа м. Контакная рельефная сварка / м. липа, я. гола-
сек. – К.: техніка, 1970. – 324 с.
14. гилевич в. а. технология и оборудование рельефной
сварки / в. а. гилевич. – л.: машиностроение, 1976. –
152 с.
поступила в редакцию 16.05.2016
рис. 15. Cварные штоки, выполненные Ксс сопротивлением
|