Дипломы-2 / ВЗД-172 / Документы / Производство / ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

Рис. 2. Распределение микротвердости в сечениях сварных соединений, полученных по режимам сварки 1 и 8 опытов матрицы планирования ПФЭ

Результаты исследования распределения микротвердости в сечении сварных соединений из стали 30ХГСА показали, что максимальное значение микротвердости ЗТВ зависит от вылета электрода. Уменьшение вылета электрода приводит к увеличению пика микротвердости. Это можно объяснить повышением плотности и скорости истечения защитного газа (при одном и том же расходе), что приводит к возрастанию скорости охлаждения металла под сварочным соплом и, соответственно, увеличению микротвердости в ЗТВ [11].

Микроструктура зон сварных соединений, полученных по режимам сварки 1 и 8 опытов матрицы планирования ПФЭ (табл. 1), представлена на рисунке 3.

Анализ микроструктуры в комплексе с анализом распределения микротвердости показал, что выбранные управляемые параметры режима сварки (Q, L, Iсв) сильно влияют на микроструктуру сварного шва и ЗТВ, а также на ее протяженность.

На полученных сварных образцах провели измерение геометрических размеров сварных швов (Е – ширина шва, g – усиление шва, h – глубина проплавления) (табл. 2).

Таблица 2

Осредненные геометрические размеры сварных швов

329

Секция 5. Проблемы надежности машиностроения и машиностроительные технологии.

По результатам исследований были разработаны многофакторные зависимости геометрических размеров однопроходных сварных швов (E, g, h) от управляемых параметров сварки в условиях двухструйной газовой защиты, в которых управляемые параметры представлены в виде безразмерных величин (х1 – Q, х2 – L, х3 – Iсв), изменяющихся в диапазоне от –1 до +1. Относительная погрешность вычислений не превышает 10 %:

1. Регрессионная зависимость ширины сварного шва (мм) от управляемых параметров.

E 9,6 0,55 x1 0,2 x3 0,175 x1 x3 0,2 x2 x3 0,175 x1 x2 x3 (2)

2. Регрессионная зависимость усиления сварного шва (мм) от управляемых параметров.

3. Регрессионная зависимость глубины проплавления сварного шва (мм) от управляемых параметров.

330

ВТСНТ – 2013

ЗТВ 4мм от оси шва

ЗТВ 6мм от оси шва

Рис.3. Микроструктура в зонах сварных соединений, полученных по режимам сварки 1 и 8 опытов матрицы планирования ПФЭ, по линии Y=2мм

Значительное влияние на все геометрические размеры однопроходных сварных швов (E, g, h) соединений из стали 30ХГСА (в условиях данного опыта) оказывает сварочный ток, расход защитного газа и их совместное действие, а также совместное действие трех факторов одновременно (Q, L, Iсв). Также отмечено значительное влияние вылета электрода в сочетании с расходом защитного газа и сварочным током на ширину шва и глубину проплавления.

Установлено, что газодинамическое воздействие при сварке с двухструйной газовой защитой оказывает значимое влияние на структурно-фазовое состояние, распределение микротвердости в поперечном сечении сварных соединений и геометрию сварного шва, т.е. позволяет управлять эксплуатационными свойствами сварных соединений из легированных сталей склонных к закалке.

Список литературы

1.Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: учебник для высших технических учебных заведений. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение. 1990. – 528 с.

2.Сварка и свариваемые материалы: В 3-х т. Т. 1. Свариваемость материалов: справ. изд. / под ред. Э.Л. Макарова. – М.: Металлургия, 1991 – 528 с.

3.Чинахов Д.А., Сараев Ю.Н., Федько В.Т., Брунов О.Г. Сравнительный анализ способов дуговой сварки закаливающихся сталей в щелевую разделку // Известия Томского политехнического университета. – 2006. – Т. 309 – № 2. – С. 192–195.

331

Секция 5. Проблемы надежности машиностроения и машиностроительные технологии.

4.Елагин В.П., Снисарь В.В., Савицкий М.М., Гордань Г.Н., Васильев В.Г., Дорошенко Л.К. Химическая и структурная неоднородности в зоне сплавления низкоуглеродистой стали с аустенитным швом при сварке в защитных газах / Автоматическая сварка. 2001. № 4. С. 8-13.

5.Ленивкин В.А., Дюргеров Н.Г., Сагиров Х.Н. Технологические свойства сварочной дуги в защитных газах. М.: Машиностроение. – 1989. – 264 с.

6.Патон Б.Е., Воропай Н.М., Бучинский В.Н. и др. Управление процессом дуговой сварки путем программирования скорости подачи электродной проволоки // Автоматическая сварка. – 1977. – № 1. – С. 1–5.

7.Потапьевский А.Г. Сварка в защитных газах плавящимся электродом. М.: Машиностроение. – 1974. – 240 с.

8.Федько В.Т., Киянов С.С., Шматченко В.С., Сапожков С.Б. Применение двухструйных сопловых устройств для сварки в среде защитных газов / Автоматизация и современные технологии. 2003. № 3. С. 12-18.

9.Штрикман М.М., Павлов А.С., Сабанцев А.Н., Егоров В.Н. Дуговая сварка с воздействием на сварочную ванну направленных газоструйных потоков / Сварочное производство. 1999. № 12. С. 3-6.

10.Чинахов Д.А. Роль газодинамического воздействия струи защитного газа на процессы сварки плавящимся электродом: монография / Д.А. Чинахов; Юргинский технологический институт. − Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. − 151 с.

11.Чинахов Д.А., Давыдов А.А. Влияние технологических параметров сварки плавлением на распределение микротвердости в соединениях из стали 30ХГСА // Сборник трудов Международной научно-практической конференции с элементами научной школы для молодых ученых «Инновационные технологии и экономика в машиностроении»/ ЮТИ ТПУ. − Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. − С. 53-56.

ТАХОМЕТРИЯ ЧАСТОТЫ ДВИГАТЕЛЯ БУРИЛЬНЫХ МАШИН

П.Г. Юровский, студент группы 2Е01 Научный руководитель: Мартюшев Н.В., доц. каф. МТМ ИФВТ ТПУ

Национальный исследовательский Томский политехнический университет, 634050, Россия, г. Томск, пр. Ленина, 30

Прогрессивным направлением в развитии машин и механизмов ударного действия является создание силовых импульсных систем с гидравлическим приводом [2]. Исследования вращательного бурения, режущим инструментом с наложением на него высокоэнергетических упругих колебаний, показали возможность в 2-2,5 раза интенсифицировать процесс разрушения горных пород, в 1,5-2 раза повысить износостойкость режущего инструмента, на 2-3 категории крепости пород по шкале проф. М.М. Протодьяконова расширить область эффективного применения вращательного бурения скважин при повышении производительности труда на 40-70 % [3].

Учитывая эти обстоятельства, разработан гидроимпульсный силовой механизм, который может быть использован вместо ударных узлов бурильных машин вращательно-ударного действия, либо в качестве источника

332

ВТСНТ – 2013

высокоэнергетических направленных упругих колебаний для бурильных машин вращательного действия.

Импульсы давления жидкости формируются следующим образом. При работе гидропульсатора, плунжер совершает возвратно-поступательное движение, при этом создаются импульсы давления жидкости, которые передаются в гидроцилиндр. Так как гидроцилиндр поджат упругой силой, происходит его раскачка вместе с инерционной массой m. При этом происходит периодическое преобразование кинетической энергии массы m в потенциальную энергию деформированной системы жидкости и рукава – повышению давления в системе и обратно. При режиме работы системы близкого к резонансному, возникают импульсы давления значительной величины, которые через поршень и буровую штангу передаются на обрабатываемую среду.

Рис. 1. Модель гидроимульсного механизма:1 – гидроцилиндр с активной массой; 2 – плунжер; 3 – рукав высокого давления (РВД); 4 – бурильный инструмент; 5 – разрушаемая порода

Для вывода уравнений, описывающих данную систему, полагаем, что между двумя следующими друг за другом силовыми импульсами, гидроцилиндр неподвижен. Вводим следующие обобщенные координаты: x1 – координата перемещения корпуса гидроцилиндра; x2 – координата перемещения плунжера

(рис. 1).

Учитывая принятые допущения, дифференциальное уравнение движения гидроцилиндра можно представить в виде:

где m – масса, прикрепленная к корпусу гидроцилиндра; kTP – коэффициент трения между поршнем и гидроцилиндром; с – жесткость пружины; p – давление в гидроцилиндре; Fподж – постоянное усилие поджима; SГЦ – площадь поршня гидроцилиндра.

Уравнение расходов:

где Sпл – площадь плунжера, сv – коэффициент упругости гидросистемы, определяющий расход на деформацию элементов гидросистемы и сжимаемость жидкости.

Основным деформируемым элементом, в данном случае, будет рукав высокого давления, деформациями гидроцилиндра и плунжера можно пренебречь.

333

Секция 5. Проблемы надежности машиностроения и машиностроительные технологии.

Коэффициент упругости для рукавов высокого давления рассчитывается по формуле:

V

СV РВД EПР ,

где VРВД – объем рукавов высокого давления, EПР – приведенный модуль упругости, учитывающий сжимаемость жидкости и деформацию рукавов.

Проинтегрировав выражение (2) получили

привода плунжера. Подставляем закон движения плунжера в выражение (4) и дважды дифференцируем

334

ВТСНТ – 2013

где AB a2 b2 , tg( ) b/a.

Делим (6) на m1 и получаем дифференциальное уравнение вынужденных колебаний с вязким сопротивлением [1]. Обозначим:

двигателя плунжера, при которой система находится в резонансе и амплитуда скачка давления максимальна:

Список литературы

1.Мартюшев Н.В. Программные средства для автоматического металлографического анализа // Современные проблемы науки и образования. - 2012 - №. 5 - C. 1-6. - Режим доступа: http://www.science-education.ru/105-r6745

2.Пашков Е.Н., Мартюшев Н.В., Кузнецов И.В. Исследование эффективности балансировки жидкостным автобалансирующими устройствами // Современные проблемы науки и образования – 2013. – № 1. – с. 2-10. – Режим доступа: http://www.science-education.ru/107-7919

3. Пашков Е.Н., Мартюшев Н.В., Кузнецов И.В. Влияние эллипсности и эксцентриситета резервуара на точность автоматической балансировки // Современные проблемы науки и образования – 2013. – № 2. – с. 8-13. – Режим доступа: http://www.science-education.ru/108-8472

4.Пашков Е.Н., Мартюшев Н.В., Зиякаев Г.Р., Кузнецов И.В. Стационарное вращение неуравновешенного ротора, частично заполненного жидкостью при действии сил внешнего трения // Современные проблемы науки и образования – 2012. – № 6. – с. 102-107. – Режим доступа: http://www.science-education.ru/106- 7825

335

Секция 6. Моделирование физико-химических процессов в современных технологиях.

РАСПРОСТРАНЕНИЕ ФРОНТА ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ В УСЛОВИЯХ СВС-СВАРКИ В РЕЖИМЕ ГОРЕНИЯ

К.А. Алигожина1, Научный руководитель А.Г. Князева1,2, д.ф.-м. н., проф.

1Национальный исследовательский Томский государственный университет

634050, г. Томск, пр. Ленина, 30, тел. (3822)-529-585

2Национальный исследовательский Томский политехнический университет

634050, г. Томск, пр. Ленина, 30, тел. (3822)-421-480

Email: kam.777@mail.ru

Математическая модель, на основе которой проводится численное исследование режимов превращения в конденсированном веществе в щели между разнородными инертными материалами, представляет собой двумерную трехслойную сопряженную задачу теплопроводности с источником химического тепловыделения в промежуточной области. Химическая реакция описана простой суммарной схемой. На границах раздела материалов используется условие идеального теплового контакта. Инициирование реакции осуществляется кратковременным тепловым импульсом с поверхности с формированием волны горения и её распространения по ненагретому исходному веществу.

Задача рассматривается в следующей постановке (рис.1).

z реагент y

Образец равномерно нагревается в плоскости x=0. Таким образом, процессы, происходящие в каждом сечении, перпендикулярном оси z, будут идентичны, что позволяет перейти к двумерной задаче.

Для уменьшения числа переменных и количества необходимых численных расчетов задача приведена к безразмерной форме. Математическая постановка включает в себя уравнения теплопроводности для слоев:

уравнение кинетики:

338