Search

The relevance of using slag crust separation methods, which are characterized by easy separation and are based on thermo-deformation processes in the sample, is shown in the development of new welding materials. The developed method of assessing slag separation based on the theoretical calculation of thermo-deformation processes in the base metal has passed the stages of experimental research The experimental approbation of the proposed methodology for assessing the separation of the slag coating from the surface of welded joints under experimental fluxes based on the TiO2-MnO-SiO2–MgO–CaO-FeO-Al2O3 slag system was carried out for different welding regimes. The evaluation criterion for the high-temperature separation of the slag coating takes into account: the ratio of the geometric parameters of the test sample, the amount of heat input during the surfacing process, and the factor of the presence of spinel-forming components at the slag-metal interface. The selected parameters for evaluating the separation of the slag crust in points, where the guaranteed separation of the slag coating is counted for the arbitrary separation of the slag during its destruction or the arbitrary separation of the slag by a monolithic layer. The practical value of the proposed method lies in the possibility of quantitative assessment of the probability of high-temperature separation of the slag coating for a wide range of fluxes for surfacing. The results of the conducted experiments show the efficiency of the developed methodology for evaluating the high-temperature separation of the slag coating from the surface of the weld metal., Показана актуальність використання при розроблені нових зварювальних матеріалів способів віддільності шлакової корки, що характеризуються легкою віддільністю і базуються на термодеформаційцних процесах в зразку. Розроблений спосіб оцінки відділення шлаку на основі теоретичного розрахунку термодеформаційних процесів в основному металі пройшов етапи експериментального дослідження. Експериментальна апробація запропонованої методики оцінки відокремлення шлакового покриття з поверхні наплавлених швів на зразки із сталі Сталь 3сп, 40Х під дослідними флюсами (ДФК №2, ДФК №3) на основі шлакової системи TiO2-MnO-SiO2–MgO–СаО-FeO-Al2O3 дротами 30ХГСА та Св – 08Г1HMA проведена для різних режимів наплавлення. Критерій оцінки високотемпературного відокремлення шлакового покриття враховує: співвідношення геометричних параметрів дослідного зразка, кількість вкладеного тепла в процесі наплавлення та фактор наявності шпінелеутворюючих компонентів на міжфазній границі шлак-метал. Обрані параметри оцінювання відокремлення шлакової корки в балах, де гарантована віддільність шлакового покриття зараховується при самовільній віддільності шлаку при його руйнуванні або самовільній віддільності шлаку монолітним шаром. Практична цінність запропонованої методики полягає в можливості кількісного оцінювання вірогідності високотемпературного відокремлення шлакового покриття для широкої номенклатури флюсів для наплавлення. Результати проведених експериментів показують працездатність розробленої методики оцінки високотемпературного відокремлення шлакового покриття з поверхні металу шва.

В работе представлена технология получения металлических изделий электродуговым послойным выращиванием, а также и результаты экспериментальных исследований. В качестве способа для выращивания была выбрана наплавка плавящимся электродом в среде защитных газов. Показана принципиальная возможность применения данного метода для получения металлических изделий. The paper presents the technology of obtaining metal products by electric arc layer-by-layer cultivation, as well as the results of experimental studies. Surfacing with a melting electrode in a protective gas environment was chosen as a method for growing. The principal possibility of using this method to produce metal products is shown.

The possibility of forming on the surface of the product by arc deposition a layer with variable chemical composition with a predefined distribution of properties is considered. With the arc deposition of a layer of variable chemical composition, there are some difficulties for obtaining its high quality realization caused by the influence of the molten base metal of the welding pool on the distribution of chemical elements along the length of the deposited layer. When surfacing such layers with the use of ceramic alloying fluxes, there is a limit on the number of alloys that are introduced into the welding pool from the flux without impairing of the surfacing quality. This problem is solved through the use of arc surfacing with a tape electrode, which provides a minimum share of the base metal in the weld, as well as the inclusion of arc spraying technology during the formation of the working layer by arc surfacing, which makes it possible to introduce additional alloying elements into the weld pool. Currently, the process of arc spraying is carried out at equal feed rates of the electrodes in the metallizer. The electrodes have the same chemical composition and the electric arc is supplied with direct or alternating current. A variant of the metallizer design is proposed, which allows controlling the chemical composition of the deposited metal through the use of two electrodes of different chemical composition, while the metallizer has the ability to separately control the feed rates of these electrodes. By adjusting the ratio of the feed rates, while ensuring at a constant level the total mass rate of their melting (feed), one can change the chemical composition of the sprayed layer. The paper presents schemes for the implementation of the metal arc spraying process of a layer with variable chemical composition, Рассмотрена возможность формирования на поверхности изделия путем наплавки слоя переменного химического состава с регламентированным распределением свойств. Эта задача решается за счет использования дуговой наплавки ленточным электродом, которая обеспечивает минимальную долю участия основного металла в шве, а также включение в процессе формирования рабочего слоя дуговой наплавкой технологии дугового напыления, которое дает возможность вводить в сварочную ванну дополнительные легирующие элементы. Предложен вариант конструкции металлизатора, который позволяет управлять химическим составом напыленного металла за счет использования двух электродов различного химического состава, при этом металлизатор имеет возможность раздельной регулировки скоростей подачи этих электродов. Регулируя соотношение скоростей их подачи, обеспечив при этом на постоянном уровне суммарную массовую скорость их плавления (подачи), можно изменять химический состав напыленного слоя. В работе приведены схемы реализации процесса напыления слоя переменного химического состава, Розглянута можливість формування на поверхні виробу шляхом наплавлення шару змінного хімічного складу з регламентованим розподілом властивостей. Ця задача вирішується за рахунок використання дугового наплавлення стрічковим електродом, яке забезпечує мінімальну долю участі основного металу у шві, а також включення в процесі формування робочого шару дуговим наплавленням технології дугового напилення, що дозволяє вводити у зварювальну ванну додаткові легуючі елементи. Запропоновано варіант конструкції металізатора, який дозволяє керувати хімічним складом напиленого металу за рахунок використання двох електродів різного хімічного складу, при цьому металізатор має можливість роздільного регулювання швидкостей подачі цих електродів. Регулюючи співвідношення швидкостей їх подачі, забезпечивши при цьому на постійному рівні сумарну масову швидкість їх плавлення (подачі), можна змінювати хімічний склад напиляного шару. В роботі наведені схеми реалізації процесу напилення шару змінного хімічного складу

Збільшення розмірів обладнання, підвищення його швидкодії і продуктивності супроводжуються посиленням умов роботи його вузлів і механізмів. Збільшення терміну служби деталей машин можна забезпечити шляхом утворення на поверхні цих деталей і елементів верств або покриттів, що володіють високим рівнем необхідних властивостей - корозійної стійкості при високих температурах, зносостійкості, твердості, жаростійкості та ін. Такий шлях представляє значні резерви економії сировинних ресурсів. Застосування технології поліпшення властивостей поверхні матеріалів розширює перспективу проектування і виробництва різного устаткування з більш високим рівнем експлуатаційних показників, що, в свою чергу, дозволяє скоротити споживання енергії і підвищити продуктивність праці в різних галузях промисловості. При розробці технології виробництва будь-якої продукції розробники прагнуть зменшити трудомісткість, підвищити якість і продуктивність настільки, наскільки це доцільно з точки зору витрат, необхідних для провадження цієї технології. Як показує практика, велика кількість литих деталей вантажних вагонів, у тому числі і деталі п’яткових вузлів, після досягнення гранично допустимого зносу підлягають відновленню методами дугового наплавлення з наступною механічною обробкою до креслярських розмірів. З позиції відтворення машин економічна доцільність ремонту обумовлена можливістю повторного використання більшості деталей як придатних, так і гранично зношених після відновлення. Це дозволяє здійснювати ремонт в більш короткі терміни з меншими витратами металу в порівнянні з витратами при виготовленні нових деталей. Наплавлювальні матеріали, що застосовувалися до теперішнього часу на ремонтних підприємствах залізничного транспорту, забезпечували міжремонтний пробіг відремонтованих деталей близько 110 тис. км. За весь термін служби деталь підлягала ремонту наплавленням більше 10 разів. Таким чином, щорічні витрати на відновлення литих деталей вантажних вагонів залізничного транспорту України обчислюється мільйонами гривень. Перспективною технологією відновлення і підвищення зносостійкості литих деталей вантажних вагонів може бути метод дугового наплавлення легованими зносостійкими наплавлювальними матеріалами. An increase in the size of equipment, an increase in its productivity and productivity is accompanied by an increase in the working conditions of its components and mechanisms. An increase in the service life of machine parts can be achieved by the formation on the surface of these parts and elements of layers or coatings with a high level of the necessary properties - corrosion resistance at high temperatures, wear resistance, hardness, heat resistance, etc. This way represents significant reserves for saving raw materials. The application of technology to improve the surface properties of materials expands the prospect of designing and manufacturing various equipment with a higher level of operational performance, which, in turn, can reduce energy consumption and increase labor productivity in various industries. When developing production technology for any product, developers strive to reduce the complexity, improve quality and productivity as much as is reasonable from the point of view of costs required to implement this technology. As practice shows, a large number of molded parts of freight cars, including the details of the heel assemblies, upon reaching the maximum allowable wear are subject to restoration by arc surfacing with subsequent machining to drawing dimensions. From the point of view of the reproduction of machines, the economic feasibility of the repair is due to the possibility of reuse of most parts, both suitable and extremely worn after restoration. This allows you to repair in a shorter time with lower metal costs compared with the cost of manufacturing new parts. Surfacing materials that have been used to date at repair enterprises of railway transport, provided an overhaul run of repaired parts of about 110 thousand km. Over the entire service life, the part was subject to repair by surfacing more than 10 times. Thus, the annual cost of restoration of cast parts of freight cars of railway transport of Ukraine is estimated in millions of UAH. A promising technology for restoring and increasing the wear resistance of cast parts of freight cars may be the method of arc surfacing with alloyed wear-resistant surfacing materials.

Increasing the productivity of the arc surfacing process with a ribbon electrode can be achieved by increasing the width of the electrode. However, as the width of the electrode increases, the likelihood of weld defects forming is increased. This is due to the dispersion of the thermal influence of the arc on the base metal; increasing the size of the weld pool; the occurrence of a magnetic blast effect, because of which the displacement of weld pool liquid metal is possible; the appearance of cuts, irregularities of the edges of the deposited metal. By taking control over the movement of the welding arc at the end of the ribbon electrode, thereby stabilizing the melting of the base metal, it is possible to use the magnetic control of the arc movement at the end of the electrode and eliminate the effect of «magnetic blast». In the presented article, the possibility of controlling the process of moving the arc along the end of the tape electrode due to its interaction with the induced magnetic field is considered. Two ways of controlling the surfacing process are proposed – one for case of using profiled ribbon electrode tape and the other – for case of using flat (non-profiled) ribbon electrode. The possibility of controlling the regularity of the process of moving the arc along the end of the electrode depending on the conditions of heat input of the arc energy into the electrode and the base metal and the weld pool is shown. This will allow to use ribbon electrodes with increased width, thus improving deposition process efficiency. Schemes of the process of magnetic control of arc movement along the end of the tape electrode due to the action of a magnetic field are presented, Рассмотрена возможность регламентированного управления процессом перемещения дуги по торцу ленточного электрода за счет ее взаимодействия с наведенным магнитным полем. Предложены два пути управления процессом наплавки – с применением профилированной электродной ленты и плоской (непрофилированной). Показана возможность управления закономерностью процесса перемещения дуги по торцу электрода в зависимости от условий тепловложения энергии дуги в электрод и основной металл и сварочную ванну. Приведены схемы процесса магнитного управления перемещением дуги по торцу ленточного электрода за счет действия магнитного поля, Розглянуто можливість регламентованого керування процесом переміщення дуги по торцю стрічкового електрода за рахунок її взаємодії з наведеним магнітним полем. Запропоновано два шляхи керування процесом наплавлення – із застосуванням профільованої електродної стрічки і плоскої (непрофільованої). Показано можливість управління закономірністю процесу переміщення дуги по торцю електрода в залежності від умов тепловкладення енергії дуги в електрод і основний метал та зварювальну ванну. Наведено схеми процесу магнітного управління переміщенням дуги по торцю стрічкового електрода за рахунок дії магнітного поля

Авторами запропоновано функціональну схему системи управління процесом електродугового наплавлення за двома ідентичними каналами, які містять регулятор і блок управління кроковим двигуном. Показано, що в системі керування доцільно використовувати крокові двигуни з енкодером положення вала. Інформація про його положення по кожному з каналів надходить на вхід регулятора для формування сигналів управління, пропорційних величині неузгодженості. За допомогою інтегрованого середовища розробки проведено тестування програмного забезпечення для управління швидкістю обертання двигунів із застосуванням широтно-імпульсної модуляції. З метою практичної реалізації моделі управління кроковим двигуном було розроблено програмно-технічний комплекс. До складу комплексу входять: персональний комп’ютер, програмований мікроконтролер і драйвер силової частини. На базі програмованого мікроконтролера була розроблена альтернативна схема управління колекторними двигунами постійного струму типу СЛ із застосуванням тиристорного перетворювача. Програмування мікроконтролера здійснюється із застосуванням персонального комп’ютера. Формування сигналів управління приводами подачі електродів з різним вмістом легуючих елементів здійснюється програмно відповідно до заданого закону (функціональною залежністю). Встановлено, що узгоджене управління всіма приводами установки дозволяє управляти процесом нанесення шару складної конфігурації і змінного хімічного складу. Це відкриває нові можливості підвищення ефективності модернізації існуючих наплавлювальних установок, Предложена функциональная схема системы управления процессом электродуговой наплавки, состоящая из регулятора и блока управления шаговым двигателем. Показано, что в системе управления целесообразно использовать шаговые двигатели с энкодером положения вала. С помощью специализированной интерактивной среды проведено тестирование программного обеспечения для управления скоростью вращения двигателей с применением широтно-импульсной модуляции. На базе программируемого микроконтроллера разработана схема управления коллекторными двигателями постоянного тока типа СЛ. Установлено, что согласованное управление всеми приводами установки позволяет управлять процессом нанесения слоя сложной конфигурации и переменного химического состава. Это открывает новые возможности повышения эффективности модернизации существующих и перспективных наплавочных установок, A functional diagram of a control system for controlling the process of electric arc surfacing along two identical channels that contain a controller and a control unit for a stepper motor, is proposed. It is shown that in the control system it’s advisable to use stepper motors with a shaft position encoder. Information about its position on each of the channels is fed to the input of the controller for generating control signals proportional to the value of the mismatch. On a simulation model including virtual module, software was tested to control the rotation speed of motors using width-pulse modulation. For the purpose of practical implementation of the simulation model of stepper motor control, a software and hardware complex has been developed. It consists of a personal computer, a programmable microcontroller, a driver of the power unit. Based on the programmable microcontroller, a control circuit for the DC collector motors has been developed. Programming the controller and managing the system is carried out using a personal computer. A standard converter was used to generate current pulses for controlling the supply drives of electrodes with different content of alloying elements. It was found that the coordinated management of all drives of the installation allows the process control of applying a layer of complicated configuration and variable chemical composition. This opens up new possibilities for improving the efficiency of modernization of existing and promising surfacing installation

Рассмотрена технология восстановления деталей наплавкой. В качестве модификатора восстановительных покрытий использовали немагнитную составляющую детонационной шихты, полученную от утилизации боеприпасов. Для анализа степени эффективности предложенной технологии сопоставительно проведены комплексные исследования и оценено влияние состава электрода, используемого модификатора на качество сварного шва, переходной зоны, а также структуру металла восстановленного покрытия. Показано, что лучшие результаты достигнуты при обмазке модифицирующей шихтой электрода Т590. Максимальная микротвердость при нагрузке 0,245 N составила 1498,3 МПа. Это обеспечивает повышение износостойкости модифицированного наплавленного слоя на 17 %. The technology of restoring by surfacing parts from high-carbon alloy steel is considered. The non-magnetic component of the detonation charge obtained from the disposal of ammunition was used as a modifier of recovery coatings. To analyze the degree of effectiveness of the proposed technology, comprehensive studies were carried out using optical and electron microscopy, X-ray spectral analysis, and microhardness assessment. A comparative study was made of the influence of the composition of the electrode and the used modifier from recycled materials on the quality of the weld, transition zone, and also the metal structure of the reduced coating. It is shown that cracks are formed when surfacing with the TsL11 electrode without a modifier; when using ANO-21, zones with a significant drop in microhardness are present. The features of the distribution of components during surfacing were studied, and stability studies of the properties of the reduced layer with the introduction of a charge were carried out. It was shown that the modifying additive is distributed not only in the deposited layer, but also in the transition layer. The use of additives 2-3 times reduces the width of the transition layer, contributes to greater adhesion. The best results were achieved when coated with a modifying mixture of the T590 electrode. The maximum microhardness at a load of 0.245N was 1498.3 MPa. This provides an increase in wear resistance of the modified deposited layer by 17%.

Наведено результати досліджень зі створення зносостійких покриттів на робочих поверхнях обладнання та інструменту, що працює в умовах інтенсивного абразивного зношування. Основою для створення покриттів слугувала високомарганцева сталь із високою здатністю до деформаційного зміцнення, легована карбідами титану. Покриття наносили шляхом електродугового наплавлення порошковими електродами, шихта яких складалась із феросилікомарганцю, порошку титану, графіту та компонентів, які забезпечують захист дуги від дії атмосфери. Структура розроблених покриттів складається із марганцевого аустеніту та дисперсних включень карбіду титану розмірами ~ 1 мкм. Твердість за методом Роквелла вимірювали на твердомірі ТК-2 (ГОСТ 3882-74) втискуванням алмазного конуса при навантаженні ~ 150 Н (шкала С). Перед вимірюванням твердості проводилось деформування поверхневого наплавленого шару із використанням твердоміру ТШ-2. При цьому як індентор використовувалась твердосплавна кулька діаметром 10 мм, виготовлена за ГОСТ 3722-81. Зусилля втискування становило 3000 кг. Твердість вимірювалась як у лунці, так і поза нею. За різницею твердості розраховували ступінь наклепу. Розроблені покриття характеризуються здатністю до деформаційного зміцнення в умовах пластичної деформації. При цьому встановлено, що твердість деформованих покриттів перевищує твердість покриттів у вихідному стані на понад 57 %. Експериментальні дослідження абразивної зносостійкості за умов тертя по закріпленому абразиву проводились шляхом порівняння розроблених покриттів та серійних матеріалів для наплавлення. Результати порівняння абразивної зносостійкості показали, що розроблені покриття характеризуються зносостійкістю, майже удвічі вищою порівняно із серійними високохромистими сплавами для наплавлення. Зносостійкість покриттів за умов аероабразивної ерозії проводились із використанням відцентрового прискорювача Клейса у середовищі кварцового піску за кутів атаки 30°, 60° та 90°. Результати випробовувань показали, що найвища зносостійкість у розроблених покриттів за кута атаки, рівному 90°. Аналіз поверхні покриттів проведений методом електронної мікроскопії показав відсутність слідів крихкого руйнування. Отже, розроблені покриття можуть бути застосовані для підвищення довговічності робочих поверхонь нафтогазового обладнання, яке працює в умовах абразивного зношування., Приведены результаты исследований по созданию износостойких покрытий на рабочих поверхностях оборудования и инструмента, работающего в условиях интенсивного абразивного износа. Основой для создания покрытий служила высокомарганцовистая сталь с высокой способностью к деформационному упрочнению, легированная карбидами титана. Покрытие наносили путем электродугового наплавления порошковыми электродами, шихта которых состояла из ферросиликомарганца, порошка титана, графита и компонентов, обеспечивающих защиту дуги от влияния атмосферы. Структура разработанных покрытий состоит из марганцевого аустенита с дисперсными включениями карбида титана с размерами зерен ~ 1 мкм. Твердость измеряли по методу Роквелла с помощью твердомера ТК-2 (ГОСТ 3882-74) путем вдавливания алмазного конуса при нагрузке ~ 150 Н (шкала С). Перед измерением твердости проводилось деформирование поверхностного наплавленного слоя с использованием твердомера ТШ-2. При этом как индентор использовался твердосплавный шарик диаметром 10 мм, изготовленный по ГОСТ 3722-81. Усилие вдавливания составляло 3000 кг. Твердость измерялась как в лунке, так и в недеформированных зонах. По изменению твердости рассчитывали степень наклепа. Разработанные покрытия характеризуются способностью к деформационному упрочнению в условиях пластической деформации. Установлено, что твердость деформированных покрытий превышает твердость покрытий в исходном состоянии более чем на 57%. Экспериментальные исследования абразивной износостойкости в условиях трения по закрепленному абразиву проводились путем сравнения разработанных покрытий и серийных материалов для наплавки. Результаты сравнения абразивной износостойкости показали, что разработанные покрытия характеризуются износостойкостью, высшей по сравнению с серийными высокохромистымы сплавами для наплавки почти в 2 раза. Износостойкость покрытий в условиях аероабразивной эрозии проводились с использованием центробежного ускорителя Клейса в среде кварцевого песка при углах атаки 30°, 60° и 90°. По результатам испытаний наибольшей износостойкостью обладали покрытия, нанесенные при угле атаки, равном 90°. Анализ поверхности покрытий, проведенный методом электронной микроскопии, показал отсутствие следов хрупкого разрушения. Разработанные покрытия могут быть применены для повышения долговечности рабочих поверхностей нефтегазового оборудования, работающего в условиях абразивного износа., The paper presents the results of research on the development of wear-resistant coatings on the working surfaces of equipment and tools operating in conditions of intense abrasive wear. Titanium carbide alloyed highmanganese steel with a high strain hardening capacity served as the basis for coatings. The coating was made by electric arc surfacing with powder electrodes, the charge of which consisted of ferrosilicomanganese, titanium powder, graphite, and components that protect the arc from the atmosphere. The coatings consiss of manganese austenite and dispersed inclusions of titanium carbide with dimensions of ~ 1 micron. Rockwell hardness was measured my means of TK-2 hardness testers (GOST 3882-74) by indentation of a diamond cone under a load of ~ 150 N (scale C). Before measuring the hardness, the surface deposited layer was deformed using the TS-2 hardness gage. At the same time, a carbide ball with a diameter of 10 mm manufactured according to GOST 3722-81 was used as an indenter. The indentation effort was 3,000 kg. Hardness was measured both in the well and in the undeformed zones. By the difference in hardness, the degree of work hardening was calculated. The developed coatings are characterized by the capacity for strain hardening under plastic deformation conditions. It was found that the hardness of the deformed coatings exceeds the hardness of the coatings in the initial state by 57% higher. Experimental studies of abrasive wear resistance under friction conditions on a fixed abrasive were carried out by comparing the developed coatings and serial materials for surfacing. The results of the comparison of abrasive wear resistance showed that the developed coatings are characterized by wear resistance higher compared to serial high-chromium alloys for surfacing almost 2 times. The wear resistance of coatings under conditions of aero-abrasive erosion was carried out using a Kleis centrifugal accelerator in an environment of quartz sand at angles of attack of 30 °, 60 ° and 90 °. The test results showed that the highest wear resistance of the developed coatings was determined at an angle of attack of 90 °. Analysis of the surface of the coatings carried out by electron microscopy showed no signs of brittle fracture. The developed coatings can be applied to increase the durability of the working surfaces of oil and gas equipment operating in abrasive conditions.