Экспериментальные исследования разнотолщинности покрытия электродов при опрессовке

С применением осциллографических и математико-статистических методов изучены закономерности образования разнотолщинности покрытия экспериментальных электродов УОНИ 13/55 с диаметром стержня 4 мм при их изготовлении на угловом гидравлическом прессе в условиях, максимально приближенных к производствен...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2017
Main Author:	Марченко, А.Е.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2017
Series:	Автоматическая сварка
Subjects:	Научно-технический раздел
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/148006
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Экспериментальные исследования разнотолщинности покрытия электродов при опрессовке / А.Е. Марченко // Автоматическая сварка. — 2017. — № 1 (760). — С. 26-34. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-148006
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1480062025-02-09T09:35:55Z Экспериментальные исследования разнотолщинности покрытия электродов при опрессовке Експериментальні дослідження різнотовщинності покриття електродів під час опресування Experimental studies of electrode coating thickness variation at pressing Марченко, А.Е. Научно-технический раздел С применением осциллографических и математико-статистических методов изучены закономерности образования разнотолщинности покрытия экспериментальных электродов УОНИ 13/55 с диаметром стержня 4 мм при их изготовлении на угловом гидравлическом прессе в условиях, максимально приближенных к производственным. Выявлено, что изменение разнотолщинности покрытия это непрерывный, многостадийный, немонотонный (волнообразный) и гармонический процесс, в котором возмущения, возникшие на стартовой стадии, могут ощущаются на последующих стадиях опрессовки электродов. Разнотолщинность покрытия вызывается, прежде всего, нарушением баланса упругости и вязкости, который зависит от консистенции электродных обмазочных масс. Вместе с тем на вероятность образования разнотолщинности покрытия существенно влияют конструктивные особенности формующего тракта электрообмазочного пресса. Із застосуванням осцилографічних і математико-статистичних методів вивчені закономірності утворення різнотовщинності покриття експериментальних електродів УОНИ 13/55 з діаметром стрижня 4 мм під час їх виготовлення на кутовому гідравлічному пресі в умовах, максимально наближених до виробничих. Виявлено, що зміна різнотовщинності покриття це безперервний, багатостадійний, немонотонний (хвилеподібний) і гармонійний процес, в якому обурення, що виникли на стартовій стадії, можуть відчуватись на наступних стадіях опресування електродів. Різнотовщинність покриття викликається, насамперед, порушенням балансу пружності і в'язкості, який залежить від консистенції електродних обмазувальних мас. Разом з тим на ймовірність утворення різнотовщинності покриття суттєво впливають конструктивні особливості формуючого тракту електрообмазувального преса. Oscillographic and mathematical statistics methods were applied to study the regularities of formation of coating thickness variation in experimental electrodes UONI 13/55 with 4 mm rod diameter at their manufacture in angle hydraulic press under the conditions maximum close to production ones. It is found that coating thickness variation is a continuous, multistage, nonmonotonic (wavelike) and harmonic process, in which disturbances, arising at the starting stage, can be felt in subsequent stages of electrode pressing. Coating thickness variation is caused, primarily, by violation of elasticity and viscosity balance, on which the consistency of electrode coating masses depends. At the same time the probability of appearance of coating thickness variations is essentially influenced by the features of forming path of electrode coating press. По материалам доклада, представленного на IX международной конференции «Дуговая сварка. Материалы и качество» (31 мая–03 июня 2016 г., г. Волгоград, РФ) 2017 Article Экспериментальные исследования разнотолщинности покрытия электродов при опрессовке / А.Е. Марченко // Автоматическая сварка. — 2017. — № 1 (760). — С. 26-34. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 0005-111X DOI: https://doi.org/10.15407/as2017.01.03 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/148006 621. 791. ru Автоматическая сварка application/pdf Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Марченко, А.Е. Экспериментальные исследования разнотолщинности покрытия электродов при опрессовке Автоматическая сварка
description	С применением осциллографических и математико-статистических методов изучены закономерности образования разнотолщинности покрытия экспериментальных электродов УОНИ 13/55 с диаметром стержня 4 мм при их изготовлении на угловом гидравлическом прессе в условиях, максимально приближенных к производственным. Выявлено, что изменение разнотолщинности покрытия это непрерывный, многостадийный, немонотонный (волнообразный) и гармонический процесс, в котором возмущения, возникшие на стартовой стадии, могут ощущаются на последующих стадиях опрессовки электродов. Разнотолщинность покрытия вызывается, прежде всего, нарушением баланса упругости и вязкости, который зависит от консистенции электродных обмазочных масс. Вместе с тем на вероятность образования разнотолщинности покрытия существенно влияют конструктивные особенности формующего тракта электрообмазочного пресса.
format	Article
author	Марченко, А.Е.
author_facet	Марченко, А.Е.
author_sort	Марченко, А.Е.
title	Экспериментальные исследования разнотолщинности покрытия электродов при опрессовке
title_short	Экспериментальные исследования разнотолщинности покрытия электродов при опрессовке
title_full	Экспериментальные исследования разнотолщинности покрытия электродов при опрессовке
title_fullStr	Экспериментальные исследования разнотолщинности покрытия электродов при опрессовке
title_full_unstemmed	Экспериментальные исследования разнотолщинности покрытия электродов при опрессовке
title_sort	экспериментальные исследования разнотолщинности покрытия электродов при опрессовке
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2017
topic_facet	Научно-технический раздел
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/148006
citation_txt	Экспериментальные исследования разнотолщинности покрытия электродов при опрессовке / А.Е. Марченко // Автоматическая сварка. — 2017. — № 1 (760). — С. 26-34. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.
series	Автоматическая сварка
work_keys_str_mv	AT marčenkoae éksperimentalʹnyeissledovaniâraznotolŝinnostipokrytiâélektrodovpriopressovke AT marčenkoae eksperimentalʹnídoslídžennâríznotovŝinnostípokrittâelektrodívpídčasopresuvannâ AT marčenkoae experimentalstudiesofelectrodecoatingthicknessvariationatpressing
first_indexed	2025-11-25T07:14:23Z
last_indexed	2025-11-25T07:14:23Z
_version_	1849745592851365888
fulltext	С Р 26 С С Р УДК 621.791.75.042 эКспериМентальные исслеДоВания разнотолщинности поКрытия элеКтроДоВ при опрессоВКе* А. Е. МАРЧЕНКО иэс им. е. о. патона нан Украины. 03680, г. Киев-150, ул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua с применением осциллографических и математико-статистических методов изучены закономерности образования разнотолщинности покрытия экспериментальных электродов Уони 13/55 с диаметром стержня 4 мм при их изготов- лении на угловом гидравлическом прессе в условиях, максимально приближенных к производственным. Выявлено, что изменение разнотолщинности покрытия это непрерывный, многостадийный, немонотонный (волнообразный) и гармонический процесс, в котором возмущения, возникшие на стартовой стадии, могут ощущаются на последующих стадиях опрессовки электродов. разнотолщинность покрытия вызывается, прежде всего, нарушением баланса упругости и вязкости, который зависит от консистенции электродных обмазочных масс. Вместе с тем на вероятность образования разнотолщинности покрытия существенно влияют конструктивные особенности формующего тракта электрообмазоч- ного пресса. Библиогр. 15, рис. 7. К л ю ч е в ы е с л о в а : дуговая сварка, покрытые электроды, опрессовка, разнотолщинность покрытия, осциллогра- фирование, математическая статистика Вязкоупругость электродных обмазочных масс следует считать главной причиной разнотолщин- ности покрытия. с точки зрения качества свар- ных швов — это опаснейший дефект, возникаю- щий, прежде всего, по причине быстрой разрядки упругих напряжений, накапливаемых обмазкой в ходе ее нанесения на стержни [1–5]. Множество из предполагаемых причин разнотолщинности по- крытия, прежде наиболее часто обсуждавшихся в публикациях, например [1, 6, 7], не всегда явля- ются основными. тем не менее, многие из них в определенной степени могут облегчить проявле- ние разнотолщинности покрытия, вызванной ука- занной эластической турбулентностью обмазок. Другой важной причиной разнотолщинно- сти покрытия следует рассматривать естествен- ное стремление обмазки в ходе взаимодействия в прессовой камере с упругим стержнем найти конфигурацию поперечного сечения оболочки, обеспечивающую минимально возможные затра- ты энергии на течение. оно, по-видимому, осу- ществляется по гидродинамическому, т. е. более сложному механизму, чем традиционная (как, на- пример, в работе [1]) схема упругой деформации консольной части стержня под напором обмазки, нагнетаемой в прессовую камеру. иначе трудно объяснить, почему разнотолщинность покрытия возникает при изготовлении электродов на прямо- точных прессах. В самых неблагоприятных случаях накопление и разрядка упругих напряжений идут непрерывно, протекают очень быстро и непредсказуемо. так же быстро изменяется и разнотолщинность по- крытия. разобраться в этом стохастическом про- цессе должно помочь применение равноценных по быстродействию методов ее исследования. К числу таких методов относится осциллографи- рование, сочетающееся с математико-статистиче- ской обработкой зарегистрированных результатов. В иэс им е. о. патона осциллографические исследования разнотолщинности начаты давно [8]. однако многие из полученных результатов стало возможным проанализировать и объяснить с позиций избытка упругости над вязкостью лишь сейчас, когда вязкоупругую природу обмазок мож- но считать вполне доказанной реологическими ис- следованиями [2–5]. Объект и метод исследования. исследования проведены при изготовлении экспериментальных электродов Уони 13/55 с участием персонала экспериментального производства иэс им е. о. патона на промышленном технологическом обо- рудовании, которым оно экипировано. Вещественный состав шихты для покрытия электродов (мас. %): мрамор — 51,5; флюори- товый концентрат — 19; кварцевый песок — 6; ферромарганец среднеуглеродистый — 6,5; фер- росилиций Фс-45 — 7; ферротитан — 7; слю- да-мусковит — 3 и очищенная Na-КМЦ — 1 (сверх 100). *по материалам доклада, представленного на IX междуна- родной конференции «Дуговая сварка. Материалы и каче- ство» (31 мая–03 июня 2016 г., г. Волгоград, рФ). © а. е. Марченко, 2017 С Р 27 С С Р при подготовке оборудования, наладке про- цесса изготовления электродов, методики осцил- лографирования разнотолщинности, оцифровки осциллограмм и статистической обработки ре- зультатов использовали следующий фракционный состав смеси, выраженный как суммарные массо- вые остатки на сетках 0315, 02, 016, 01 и 0063 по гост 6613–86: 2, 10, 15, 25 и 35 мас. %, соответ- ственно. проход через сетку 0063 – 65 %. обмазку готовили на NaK жидком стекле с модулем 3,05, плотностью 1,435 г·см–3 и вязкостью 900 мпа·с, доза стекла — 30 мас. %. сухую смесь для обмазки готовили в ци- линдрическом плужном смесителе интенсив- ного типа, а обмазочную массу в однокатковом смесителе. электроды изготавливали на гидравлическом электродообмазочном прессе фирмы «хейвелок инжиниринг» с угловой подачей обмазочной мас- сы (90°). Диаметр стержня электродов 4 мм, тол- щина покрытия 1,1…1,2 мм. скорость опрессовки 420 электродов в минуту. проволока и материалы покрытия отвечали требованиям соответствующих гостов, а допу- ски на отклонения размеров формующего инстру- мента – требованиям действующей нормативной документации. Фильеры, наконечники стержне- проводки и стержнеподающие ролики в других целях, кроме экспериментов, выполняемых в на- стоящей работе, не использовались. поток обмазочной массы, предварительно повернутый вдоль направляющей стержней, в прессе «хейвелок инжиниринг» редуцируется трижды: – в двуканальной щелевой массопроводке, фик- сирующей направляющую стержней; – в прессовой камере, расположенной между торцом наконечника направляющей стержней и конусом калибрующей втулки; – в канале калибрующей втулки. поворот потока обмазки и каждое из назван- ных ее редуцирований осуществляются в пере- ходном режиме течения, поэтому являются источ- ником гидродинамических возмущений в нем. средний градиент скорости сдвига, которым определяется сопротивление, преодолеваемое об- мазкой во время редуцирования, пропорционален степени обжатия струи и определяется характер- ным размером формирующего канала. Для кру- гового цилиндрического канала, как у калибрую- щей втулки, — это диаметр, а для плоского или кольцевого (щелевого) канала, как у массопро- водки, — его ширина. наряду с этим ускорение потока обмазки в двухканальной массопроводке изменяется еще в 2 раза в зависимости от того, позволяет ли консистенция обмазки пройти сра- зу обе части щелевого канала или только одну из них. штатный зазор между торцом наконечника стержнепроводки и калибрующей втулкой 1,5 мм. Для непрерывной регистрации разнотолщинно- сти покрытия в процессе опрессовки электродов ис- пользован специализированный монитор с блоком электромагнитных датчиков, которым ком- плектуется пресс фирмы «хейвелок инжиниринг». Вместе с калибрующей втулкой блок закрепляется на предусмотренной для этого базовой площадке пресса. положение калибрующей втулки, в том чис- ле и на ходу, регулируется четырьмя болтами с из- вестным шагом резьбы. общий вид прибора в рабо- чем положении приведен на рис. 1 [9]. электромагнитные сигналы, пропорциональные горизонтальной и вертикальной координатным со- ставляющим вектора разнотолщинности электрод- ного покрытия (Кс Врп), сформированные в элек- тронном блоке монитора, в штатной экипировке считываются со шкал двух контрольных стрелочных приборов. о фактическом состоянии разнотолщин- ности судят по отклонению стрелок от нуля. Для непрерывной регистрации этих отклонений мы ис- пользовали шлейфный осциллограф 8SO-4. запись вели на аэрофотопленке чувствительностью 1200 ед. по гост 100691–63 шириной 120 мм. пленка очень быстро проявляется на свету. скорость записи вы- брана в ходе предварительных опытов и составляла 10 мм/с. Данные, зарегистрированные на пленке, пе- реводили в цифровую форму во время ее последу- ющей обработки, определяя координаты точек, уда- ленных друг от друга на кривых на расстоянии 5…6 мм. обмазочную массу готовили в количестве 50 или 100 кг (замес), брикетировали и делили на три зарядки пресса, в каждой не более двух бри- кетов. В ходе выпрессовки первой зарядки настра- ивали подачу обмазки и стержней, упреждающее взаимное смещение осей калибрующей втулки и стержней, положение шлейфовых лучей, а также проводили отладку записи на пленке. В ходе вы- прессовки второй зарядки делали основные запи- рис. 1. головка-датчик для измерения разнотолщинности по- крытия, установленная на прессе «хейвелок инжиниринг» (указана стрелкой) С Р 28 С С Р си продолжительностью от 50 до 360 с. послед- нюю зарядку использовали как контрольную, а в случае необходимости — для проверки «живуче- сти» обмазок брикеты выдерживали в течение до одного часа. их хранили в условиях, традиционно используемых в производстве для предотвраще- ния потери влаги. В ходе опрессовки через каждые 7…10 с отби- рали по одному электроду. их тут же контролирова- ли на переносном концентрометре (указан на рис. 1 сдвоенной стрелкой). результаты сразу записыва- ли на пленке (летучий контроль). В конце зарядки отбирали разовые пробы в количестве не менее 10 электродов, которые маркировали, а затем контроли- ровали и результаты статистически обобщали в ла- бораторных условиях (групповой контроль). результаты летучего и группового контроля ис- пользовались для корректировки настройки прес- са, осциллографа с целью уточнения положения на пленке нулевых линий (X0, Y0), предназначен- ных для отсчета горизонтальных (xi) и вертикаль- ных (yi) составляющих Врп. смещение xi вверх или вниз от нуля означало, соответственно, утол- щение правой или левой половины оболочки по- крытия. аналогичное смещение yi свидетельство- вало об утолщении верхней или нижней ее частей. пользуясь значениями xi и yi, рассчитывали ин- дивидуальные значения вектора разнотолщинности покрытия (ei) и угла его ориентирования в сечении, перпендикулярном оси электрода (tgαi = xi/yi), затем строили карту ei в сопоставлении с линиями сред- них (eic) и граничных значений, регламентирован- ных гост 9466–75. значения и угол ориентации ei являются случай- ными величинами. Уже в ходе предварительных опытов была выявлена необходимость использова- ния статистических методов их оценки и представ- ления. с этой целью индивидуальные значения ei, найденные по 100 замерам, группировали в услов- ные выборки, каждая из пяти значений ei. Количе- ство выборок 20 шт. рассчитывались выборочные средние (eс), среднеквадратичные отклонения (sp) и размахи (R), а также их генеральные средние значе- ния по 20 выборкам (Ec, Sp и Rc). представленные в графическом виде эти данные четче отражают из- менчивость процессов и их тенденции, чем индиви- дуальные показатели [10]. Характер осциллограмм КС ВРП. Кривые горизонтальной и вертикальной составляющих Врп, как и получаемые на капиллярном пласто- метре оБ 1435 [3] экструзионные кривые об- мазочных масс, отражают стартовую, структур- ную, установившуюся и заключительную стадии опрессовки. запись в большинстве опытов начинали не сра- зу после пуска стержнеподающего станка. поэто- му на коротких осциллограммах, которые отража- ют ход опрессовки в течение 15…35 с, стартовая стадия, как правило, не регистрируется. иногда на пленку попадала только заключительная часть ее структурной (нисходящей) ветви, переходящей в, условно говоря, установившуюся ветвь. Как сле- дует из рис. 2, у обмазки, использованной нами для отработки методики, стартовая часть осцил- лограмм Кс Врп имеет ярко выраженный осцил- лирующий вид. причем у вертикальной составля- ющей — это почти идеальная синусоида со слабо выраженной экстремальностью осевой линии, по- степенно затухающая и, в конце концов, приобре- тающая форму нерегулярных колебаний, а горизон- тальная является таковой с самого начала. при этом возмущения, зарегистрированные на осциллограмме вертикальных составляющих как смещения луча от шлейфа вверх или вниз, почти синхронно отражают- ся на осциллограмме горизонтальных отклонений как смещение соответствующего луча вправо-вле- во (на рис. 2 отмечены стрелками). это объясняется довольно упругой консистенцией исследуемой об- мазки и конфигурацией формующей зоны использо- ванного пресса, в частности, расположением по вер- тикали двух массопроводящих щелей, в результате чего вязкоупругая обмазка имеет возможность пе- риодически изменять траекторию потока, переска- кивая из верхнего окна в нижнее и наоборот. гори- зонтальная составляющая дополнительно отражает следствия гидродинамических возмущений, возни- кающих еще до прохождения обмазкой сквозь щели массопроводки, которые вызваны поворотом потока на 90°; на них накладываются циклы, связанные с поочередными прохождениями обмазкой упомяну- тых выше двух щелевых каналов массопроводки. протяженность синусоидального участка вер- тикальной осциллограммы зависит от изменения консистенции обмазки, вызванного выдержкой брикетов перед использованием. Для первой, са- мой свежей зарядки эту стадию не удалось заре- гистрировать из-за продолжительной настройки пресса (получен лишь стационарный участок дли- тельностью 45 с.). протяженность синусоидаль- ного участка во второй зарядке составляет 15 с, а рис. 2. осциллограммы Кс Врп, полученные при опрессов- ке электродов Уони 13/55 (Х — горизонтальная, Y — вер- тикальная составляющая; стрелками отмечены отклики вер- тикальной составляющей на изменение горизонтальной компоненты) С Р 29 С С Р в третьей, которая дольше первых двух выдержи- валась перед использованием, — вдвое больше. результаты расчета показателя затухания сину- соидальных амплитуд, записанных при опрессов- ке электродов из второй и третьей зарядки обмазки, представлены на рис. 3. Видно, что, несмотря на от- носительно непродолжительную выдержку обмаз- ки в состоянии брикета, период ее релаксации уве- личился в 3 раза. Консистенция обмазки изменилась за счет процессов структурообразования, которые прошли в ней в течение этого времени. нами установлены следующие общие законо- мерности изменения формы кривых Кс Врп в за- висимости от консистенции обмазок для низко- водородных электродов при их изготовлении на прессе «хейвелок инжиниринг». Для очень упру- гих обмазок обе осциллограммы xi = f(t) и yi = f(t) в стартовой стадии опрессовки имеют вид синусо- ид, правда, не всегда столь идеальных по форме, как на рис. 2. В дальнейшем они постепенно вы- рождаются в осциллирующие кривые иррегуляр- ного вида, причем для осциллограмм xi = f(t) это часто наступает раньше, чем для yi = f(t). Для обмазок, близких по консистенции к пред- ставленной в настоящей работе, синусоидаль- ной является только осциллограмма yi = f(t) и то лишь в начале опрессовки. Для еще более мягких обмазок осциллограмма yi = f(t) почти сливается с нулевой линией, в то время как кривая xi = f(t) дольше сохраняет иррегулярный вид. Для жидко- образных обмазок обе осциллограммы с самого начала имеют вид малоамплитудных синусоид. Кривые эволюции вектора разнотолщин- ности покрытия. эволюция индивидуальных значений вектора разнотолщинности покрытия представлена на рис. 4. В стартовой стадии она имеет вид не столь идеальной синусоиды, как вертикальная составляющая Врп. наряду с этим, между большими амплитудами местами вкли- ниваются одна или две слабые амплитуды. и те и другие постепенно (как и синусоиды Кс Врп) затухают, свидетельствуя о релаксационной при- роде процесса, который они отражают. затем они эволюционируют в своего рода гармоническую функциональную зависимость с более чем двумя переменными. пока удалось выделить четыре гар- моники с частотой колебаний от 1 до 0,04 с–1. Врп изменяется в пульсирующем режиме не только по величине, но и по ориентации в простран- стве. об этом можно судить, наблюдая за измене- ниями «следа» Врп как проекции ei на плоскость, перпендикулярную электродам, выходящим из го- ловки пресса. Вид такого рода фазовых траекторий, полученных в течение стартовой стадии опрессовки электродов, представлен на рис. 5. начальная точка в каждой выборке отмечена крестиком, концевая — стрелкой. первые две выборки состоят из 20, а тре- тья — из 10 электродов. Как видим, с самого начала амплитуда пуль- саций по yi (особенно положительной ее части) уменьшается одновременно с менее заметным уменьшением xi. В результате происходит общее сжатие xi, и yi, а, следовательно, одновременно с уменьшением величины ei происходит постепен- ное его смещение в нулевую область. Дальнейшие изменения величины и ориента- ции ei оценивали по следующим десяти выборкам электродов, выделенным из стационарной стадии. они показаны на рис. 6 в виде лепестков, включа- ющих 10 индивидуальных значений xi, и yi из ка- ждой выборки. рис. 3. сравнение амплитуд колебаний вертикальной состав- ляющей вектора разнотолщинности покрытия на протяжении стартовой стадии опрессовки электродов из второй (2) и тре- тьей (3) зарядки обмазки рис. 4. эволюция Врп электродов, изготовленных в течение выпрессовки второй зарядки обмазки: стартовая (а), стаци- онарная (б, в) и заключительная (г) стадии из первой (1) и второй (2) зарядки обмазки; ei, eic — индивидуальные и выбо- рочные средние значения разнотолщинности покрытия С Р 30 С С Р Вместе с рис. 4 он показывает, что с точки зре- ния эволюции Врп стационарной эту стадию можно называть с большой натяжкой. Вектор разнотолщин- ности покрытия электродов, опрессованных в тече- ние этой стадии, сначала уменьшается, а затем резко возрастает, а дислокация изменяется по пульсирую- щей спирали, в виде последовательных вращатель- ных переходов из III в IV, I, II, а затем снова в IV квадрант. В пределах каждой выборки, а также при переходе от выборки к выборке это происходит не- монотонно, с разной скоростью на протяжении всего лишь 60-ти секунд. с учетом того, что каждую ми- нуту из головки пресса выходило 420 электродов, скорость этих изменений в расчете на длину элек- трода поистине огромна, и объяснить это, исходя только с позиций изменения вязкости обмазки, как это многие пытались сделать до сих пор, невозмож- но. Для этого нужно одновременно учитывать из- менения соответствующего по смыслу показателя упругости обмазки. Эволюция статистических выборочных по- казателей ВРП. на рис. 7 отражены изменения вы- борочных средних и размахов разнотолщинности покрытия на протяжении «стационарной» стадии в сравнении с их средними выборочными значения- ми для каждой группы — начальной, средней и за- ключительной. они отчетливее, чем ei, отражают общую эволюцию разнотолщинности. У электродов начальной группы (а) заметно ощущаются послед- ствия стартовой стадии процесса. за понижением ei, которое имело место в конце стартовой стадии, следу- ют два всплеска, разделенные непродолжительной ста- билизаций. В целом величина выборочных значений разнотолщинности растет, и этот рост продолжается в новой серии выборок (б), тоже волнообразно, хотя и в несколько более спокойной форме. лишь в заключи- тельной фазе (в) наметились признаки понижения это- го показателя, но видимо только в качестве очередной нисходящей ветви волны. Косвенное подтверждение этому – постоянство значения генерального среднего Ec на уровне 0,17 мм. тем не менее, процесс постепенно успокаива- ется, о чем свидетельствует отраженное на рис. 7 уменьшение колебаний и генеральных средних вы- борочных значений размахов (Rc = 0,090 мм в началь- ной и 0,025 мм в заключительной серии выборок). Мы не приводим выборочных среднеквадра- тичных отклонений ei, хотя наряду с размахами рассчитывали их и учитывали при анализе полу- ченных результатов. характер их изменений такой же, как и у размахов. но абсолютные значения в 2…3 раза меньше. если возникает необходимость оценить долю скрытого брака по ei, значение sp должно учитываться обязательно [10]. постоянство Ec в проанализированных выше выборках из электродов зарядки 2 не следует рас- рис. 5. Вид фазовых траекторий вектора разнотолщинности покрытия в течение стартовой стадии опрессовки электродов. но- мера замеров разнотолщинности, включенных в выборки: а — 1...20; б— 21...40; в — 41...50 рис. 6. характер изменения показателей разнотолщинности покрытия электродов, опрессованных из обмазки зарядки 2. Цифрами отмечен номер выборки, каждая из 10 электродов С Р 31 С С Р сматривать как свидетельство того, что их величи- на и дальше не может уменьшаться. результаты, полученные при исследовании электродов пер- вой зарядки, которые для сравнения приведены на рис. 4, г, показывают, что в этом случае Ec, в конце концов, понизилось до значений 0,04 мм (в зарядке 2) в сравнении с 0,17 мм. разницу тоже можно в какой-то мере увязать с изменением консистенции обмазки в течение ее выдержки в брикетах. Обсуждение результатов. изложенные резуль- таты исследований показывают, что главной при- чиной образования разнотолщинности покрытия является нестабильное течение обмазочной массы. нестабильности в напорном потоке обычно возни- кают, когда упругость, накопленная в нем во время деформирования обмазки, превышает уровень, кото- рый может быть демпфирован ее вязкостью до того, как она встретится в прессовой камере со стержнем. разнотолщинность как раз и является одним из не- желательных видов быстрой разрядки избыточной упругости во время формирования оболочки из об- мазки на стержне. Другой вид обсуждается ниже. накопление и релаксация упругих напряжений в напорном потоке обмазочной массы, из кото- рой формируется электродное покрытие в головке пресса, следует рассматривать как непрерывный процесс, который стартует в момент, когда начи- нается течение обмазки, и может продолжаться, пока не будет полностью выработана зарядка мас- сы. результаты проведенных исследований пока- зывают, что это: – в целом, релаксационный процесс, в котором в благоприятных условиях статистическое сред- нее значение и показатели рассеяния разнотол- щинности постепенно понижаются, т. е. улучша- ется общий баланс вязкости и упругости, прежде всего, за счет релаксации упругих напряжений; рис. 7. изменение статистических характеристик Врп в ходе опрессовки электродов из обмазки в зарядке 2 (а, б, в — см. в тексте) С Р 32 С С Р – многостадийный процесс, характеризующий- ся разными на разных стадиях уровнями и соотно- шениями упругости и вязкости; – «наследственный» процесс, в котором воз- мущения, возникшие на предыдущих, ощущают- ся на последующих его стадиях, включая в самом неблагоприятном случае и стартовую, и заключи- тельную стадии; – немонотонный, а, скорее, волнообразный процесс, в ходе которого разнотолщинность, по- нижаясь со временем, после достижения очеред- ного минимума, вновь возрастает до прежнего или до несколько меньшего уровня; – гармонический процесс, поскольку в преде- лах длительного цикла идут кратковременные ци- клы с меньшими амплитудами пульсирования. главные источники упругости — стартовая де- формация обмазочной массы, которая вызывается ее объемным сжатием, с одной стороны, и пово- рот потока обмазки на 90°, существенно ускоряю- щий слои в его внешнем обводе. Действие перво- го источника начинается, когда шток переводится с маршевой скорости на рабочую. релаксируя, они продолжаются после включения стержнеподаю- щего станка и заканчиваются после полной релак- сации стартовой упругости. продолжительность действия второго источника видимо действует на протяжении всего цикла прессования. Возникшие в этот период упругие напряжения релаксируют разным путем и скоростью в каналах массопроводки, прессовой камере и калибрую- щей втулке. накладываясь друг на друга, они про- являются в качестве гармоник на кривой эволю- ции показателя разнотолщинности. В каждой из них генерируется дополнительная упругая энер- гия благодаря редуцированию потока обмазки. ре- лаксация ее происходит на последующих стадиях формования потока. В этой сложной картине возникновения и ре- лаксации упругих напряжений, провоцирующих разнотолщинность, требует выяснения, в чем же причины немонотонной эволюции ее значений в ходе опрессовки электродов. Для этого извест- ные положения гидродинамики течения ньюто- новской жидкости через кольцевой канал, образо- ванный двумя неподвижными неконцентричными трубами, нужно уточнить, учитывая вязкоупру- гую природу электродных обмазочных масс. на- ряду с этим вместо неподвижной внутренней тру- бы следует рассматривать упругий стержень, тоже склонный к обратимым деформациям, движущий- ся синхронно с оболочкой и имеющий, находясь в ней, определенную степень свободы в попереч- ных перемещениях. В соответствии с гидродинамической теорией те- чения жидкостей объемная скорость потока жидко- сти сквозь круглую трубу с внутренним сердечни- ком круглого сечения зависит от осевого смещения сердечника относительно наружной трубы. В случае их концентричного положения — жидкость в кольцевом зазоре течет, обволакивая сердечник слоем с симметричным профилем ско- рости. чем больше сердечник смещен относитель- но концентричного положения, тем больше объ- емная скорость (расход) жидкости по широкому сечению зазора, несмотря на то, что величина об- щего сечения, по которому перетекает жидкость, остается неизменной [11, 12]. этот вывод справедлив для напорных потоков ньютоновских, простых и сложных неньютоновских жидкостей, а также для вязкопластичных материа- лов, таких как тело Бингама. он, в принципе, не за- висит от того, вызывается ли несоосность покрытия и стержня небрежной предварительной настройкой элементов прессовой камеры, или она возникает как естественное смещение упругого стержня, вызван- ного упругостью обмазки. и в том, и другом случае увеличение степени несоосности приводит к увели- чению статистического показателя рассеяния разно- толщинности. таким образом, стремление кольце- вого потока обмазки нарушить соосное положение калибрующей втулки со стержнем следует считать вполне естественным явлением. этот вывод не те- ряет значения и для электродных обмазочных масс, которые по реологическим свойствам не являются жидкостями, и перемещаются синхронно со стерж- нем, а не в виде аксиально неподвижного ядра, как рассмотрено выше. наши исследования реологических свойств электродных обмазок показывают, что есть ряд причин, почему система «обмазка–стержень», выведенная из концентричного состояния, как правило не сохраняет максимальную разнотол- щинность, при которой достигаются наиболее благоприятные энергетические условия для ее напорного течения. с определенной периодич- ностью она выходит из него, постепенно прибли- жаясь к стационарному состоянию. прежде всего следует учитывать, что увеличение объемной ско- рости течения обмазки, вызванное нарушением соосности втулки и стержня, сопровождается по- вышением градиента скорости сдвига γ в режиме γ = const, в котором происходит наибольший ее диссипативный разогрев [13]. и то, и другое уменьшает сдвиговую вязкость обмазки η и, в значительно большей степени, ξ — коэффициент первой разности нормальных на- пряжений. он характеризует скорость уменьше- ния упругости обмазки под влиянием увеличения градиента скорости сдвига [5]. таким образом, с повышением γ , вызванным увеличением раз- нотолщинности, способность обмазки гасить ее С Р 33 С С Р упругие показатели тоже должна возрасти, т. е. вероятность дальнейшего увеличения разнотол- щинности покрытия со временем уменьшается. В результате этого каждый раз за периодом возрас- тания ei следует ее снижение, система «стержень– покрытие» разряжается от упругих напряжений и постепенно достигает очередного минимума разнотолщинности. после этого начинается новый ее цикл, по- скольку достигнутые при этом γ и T будут спо- собствовать накоплению упругих напряжений. нельзя упускать из виду, что упругие напря- жения в напорном потоке могут релаксировать не только в поперечных (xi и yi) направлениях, но и вдоль перемещающегося электрода (направ- ление zi) с последствиями, которые не регистри- руются принятым нами осциллографическим методом. их можно оценить косвенным путем. представим себе электрод в виде двухслойного стратифицированного потока, в котором сталь- ной стержень заменен обмазкой, отличающей- ся от обмазки в наружном слое соотношением упругости и вязкости. например, наполнителем обмазки для внутреннего слоя выберем порошок мрамора, а для наружного — шихту покрытия и наоборот. Консистенция сопоставляемых обма- зок разная: пластическая прочность и давление экструзии у первой, более мягкой обмазки: Pm = = 0,35 Мпа, а Pэ = 6,0 Мпа, а у второй, более ту- гой, 1,95 и 23,5 Мпа, соответственно. представим сначала, что более мягкая обмазка находится внутри двухслойного брикета, а упругая — аксиально по от- ношению к нему снаружи. эксперимент показыва- ет, что, в полученном из такой заготовки экструда- те внутренний слой разрывается на цилиндрические куски, разведенные вдоль оси материалом наруж- ного слоя почти на одинаковые расстояния друг от друга. Когда же более мягкий компонент разместить снаружи двухслойного брикета, а упругий — вну- три него, межфазная граница в экструдате остается сплошной, но приобретает волнообразную форму. В реальном электроде межфазная граница не может деформироваться подобным образом. но периоди- ческая продольная разрядка упругих напряжений, накопленных в процессе деформации обмазки, обво- лакивающей стальной пруток, может реализоваться как восстановление струи [14] путем проскальзыва- ния оболочки покрытия вдоль поверхности стерж- ня. В результате сцепление оболочки покрытия со стержнем нарушается. чем мельче наполнитель обмазки, тем выше прочность образца прокаленного из нее экструда- та, но ниже прочность оболочки покрытия из нее же у прокаленных электродов [15]. особенно, ког- да обмазка готовится на высокомодульном жид- ком стекле низкой вязкости. таким образом, есть основания полагать, что упругость обмазки, накапливающейся в ней при опрессовке электродов, не только вызывает разно- толщинность, но и, ослабляя в результате релак- сации упругости адгезию покрытия со стержнем, может способствовать понижению конечной его прочности у прокаленных электродов. Выводы 1. с применением осциллографических и мате- матико-статистических методов изучены законо- мерности образования разнотолщинности покры- тия экспериментальных электродов Уони 13/55 с диаметром стержня 4 мм при их изготовлении на угловом гидравлическом прессе в условиях, максимально приближенных к производствен- ным. значения вертикальных и горизонтальных составляющих вектора разнотощинности реги- стрировались на аэрофотопленке, движущуйся со скоростью 10 мм·с–1 при скорости опрессовки 420 электродов в минуту. продолжительность наблю- дения в опыте изменяли от 30 до 240 с. 2. результаты проведенных экспериментов по- зволяют считать, что разнотолщинность покры- тия вызывается дисбалансом характеристик упру- гости и вязкости электродных обмазочных масс, возникающем в процессе экструзионного нане- сения обмазки на прутки. Упругость нужно рас- сматривать как показатель, провоцирующий в ре- зультате мгновенных релаксаций накопленных упругих напряжений появление разнотолщинно- сти покрытия, а вязкость — как демпфирующий фактор, ослабляющий или подавляющий неблаго- приятную с этой точки зрения роль упругости. 3. накопление и релаксация упругих напря- жений в напорном потоке обмазочной массы, из которой формируется электродное покрытие в головке пресса, — это непрерывный, многоста- дийный, немонотонный (волнообразный) и гар- монический процесс. В нем возмущения, от- ветственные за появления разнотолщинности, возникшие на предыдущих стадиях, ощущают- ся на последующих стадиях опрессовки, в числе которых в самом неблагоприятном случае могут быть даже заключительная стадия. 4. Вероятность образования разнотолщинно- сти покрытия определяется консистенцией обма- зочных масс и зависит от конструктивных особен- ностей формующего тракта электрообмазочного пресса. склонность к несимметричной конфигу- рации оболочки из обмазки на стержне — резуль- тат ее стремления обеспечить наиболее благопри- ятные энергетические условия потока. степень отклонения стержня от соосного по отношению к оболочке положения зависит от того, как изменя- ется соотношение упругости и вязкости в резуль- С Р 34 С С Р тате такого отклонения. В реальных неизотерми- ческих условиях на эволюцию этого соотношения наряду со скоростью накладывается влияние вяз- костного разогрева обмазки, в результате чего эво- люция становится циклической. гармоники в пре- делах каждого цикла отражают влияние на нее центров генерирования упругости, которые вызы- вают нарушение стабильности течения обмазки (к примеру, ускорения, поворота, редуцирования, разделения и стратифицирования потока). Коли- чество и разновидность этих центров зависят от конструктивных особенностей формующей голов- ки электрообмазочного пресса. 5. разнотолщинность покрытия, с одной сторо- ны, тонко реагирует на изменение консистенции обмазочной массы и конфигурацию формующего тракта, а с другой стороны, ее значение при этом изменяется по величине и ориентации резко и не- предсказуемо. В результате мониторинг процесса с целью улучшения качества продукции по этому показателю может стать весьма проблематичным. с точки зрения реологии обмазочных масс основ- ным направлением их совершенствования с целью уменьшения разнотолщинности покрытия долж- но стать понижение их склонности к накоплению упругости в состоянии напорного течения. 1. Ворновицкий и. н. разнотолщинность покрытия – основ- ной показатель качества электродов / и. н. Ворновицкий // сварочное производство. – 1989. – № 4. – с. 7–9. 2. Марченко а. е. разнотолщинность покрытия как ин- дикатор состояния процесса и качества изготовления сварочных электродов / а. е. Марченко // электродное производство на пороге нового тысячелетия: материа- лы научно-технического семинара (г. санкт-петербург, 22–26 мая 2000 г). – череповец: ассоциация «электрод», 2000. – с. 124–125. 3. Марченко а. е. разнотолщинность покрытия как след- ствие эластической турбулентности электродных обма- зочных масс в состоянии неизотермического напорного потока / а. е. Марченко // автоматическая сварка. – 2014. – № 6-7. – с. 182–194. 4. Марченко а. е. исследование вязкоупругих характери- стик электродных обмазочных масс в состоянии напор- ного течения сквозь цилиндрические формующие на- садки / а. е. Марченко // сварочные материалы 2015. петраньевские чтения: сб. докладов санкт-петербург- ской международной научно-технической конференции 15–17 окт. 2015 г. – с. 79–89. 5. Марченко а. е. реологические исследования неизотер- мических напорных потоков обмазочных масс для сва- рочных электродов в прямоточных ступенчатых каналах / а. е. Марченко // автоматическая сварка. – 2016. – № 1. – с. 1–19. 6. Cтепаносов а. р. экспертная оценка причин разнотол- щинности покрытия сварочных электродов / а. р. Cтепа- носов // сварочное производство. – 1989. – № 4. – с. 9–11. 7. Ворновицкий и. н. Управление качеством сварочных электродов в процессе их изготовления / и. н. Ворновиц- кий. – М.: издательство иКар, 2001. – 110 с. 8. Марченко а. е. особенности формирования разнотол- щинности покрытия, обнаруженные осциллографирова- нием / а. е. Марченко, М. Ф. гнатенко // Металлургия сварки и сварочные материалы: междунар. научно-техн. конф., 1–2 июня 1992 г.: тезис. докл. – санкт-петербург, 1993. – с. 98–100. 9. патон Б. е. сварочная техника в Великобритании / Б. е. патон, и. К. походня // автоматическая сварка. – 1961. – № 6. – с. 75–92. 10. саката сиро практическое руководство по управлению качеством / саката сиро; пер. с 4-го япон. издания с. и. Мышкиной; под ред. В. и. гостева. – М.: Машинострое- ние, 1980. – 215 с. 11. Redderger P. J. Axial Laminar Flow in a Circular Pipe a Fixed Core. Canad / P. J. Redderger, M. E. Charles // J. of Chemical Engineering. – 1962. – Aug. – р. 148–151. 12. хаппель Дж. гидродинамика при малых числах рейнольдса / Дж. хаппель, г. Бреннер. – М.: Мир, 1976. – 630 с. 13. Марченко а. е. о тепловой обстановке, создаваемой вяз- костным разогревом электродной обмазочной массы, в зоне формирования напорного потока / а. е. Марченко // сварочные материалы 2015. петраньевские чтения: cб. докладов санкт-петербургской международной на- уч.-техн. конф. 15–17 окт. 2015 г. – с. 65–78. 14. Виноградов г. В. реология полимеров / г. В. Виноградов, а. я. Малкин. – М.: химия, 1977. – 440 с. 15. Марченко а. е. о физико-химической природе прочно- сти электродных покрытий и технологических путях ее обеспечения / а. е. Марченко // сварочные материалы. технологии. производство. Качество. Конкурентоспо- собность: V межд. конф., 7–11 июня 2010 г., артемовск: сб. докл. – Киев, 2010. – с. 78–99. а. ю. Марченко Іез ім. Є. о. патона нан України. 03680, м. Київ-150, вул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua еКспериМентальнІ ДослІДЖення рІзнотоВщинностІ поКриття елеКтроДІВ пІД час опресУВання Із застосуванням осцилографічних і математико-статистич- них методів вивчені закономірності утворення різнотовщин- ності покриття експериментальних електродів Уони 13/55 з діаметром стрижня 4 мм під час їх виготовлення на кутовому гідравлічному пресі в умовах, максимально наближених до виробничих. Виявлено, що зміна різнотовщинності покриття це безперервний, багатостадійний, немонотонний (хвилепо- дібний) і гармонійний процес, в якому обурення, що вини- кли на стартовій стадії, можуть відчуватись на наступних стадіях опресування електродів. різнотовщинність покриття викликається, насамперед, порушенням балансу пружності і в'язкості, який залежить від консистенції електродних обма- зувальних мас. разом з тим на ймовірність утворення різно- товщинності покриття суттєво впливають конструктивні осо- бливості формуючого тракту електрообмазувального преса. Бібліогр. 15, рис. 7. Ключові слова: дугове зварювання, покриті електроди, опре- совування, різнотовщинність покриття, осцилографування, математична статистика поступила в редакцию 28.11.2016

Экспериментальные исследования разнотолщинности покрытия электродов при опрессовке

Institution

Similar Items