Техника двухпроводной наплавки: Глубокое погружение в аддитивное производство | MachineMFG

Техника двухпроводной наплавки: Глубокое погружение в аддитивное производство

0
(0)

Процесс наплавки отличается высокой эффективностью и низкой стоимостью оборудования, широко используется при изготовлении и ремонте деталей, модификации поверхностей материалов, а также при гибком производстве малых и средних партий металлических деталей.

В процессе эксплуатации подземного инженерного оборудования оно подвергается воздействию сложных сил и жестких условий работы.

Например, тоннелепроходческий станок - это проходческая машина, использующая щитовой метод. В процессе эксплуатации тоннелепроходческой машины под землей режущая головка и связанные с ней компоненты, такие как защитные блоки режущей головки, режущее седло и седло скребка кромки, неизбежно подвергаются износу.

Наложение процесс сварки применяется не только для восстановления и ремонта изношенных компонентов режущей головки, но и для присадки износостойких слоев и износостойких сеток деталей с целью повышения износостойкости деталей. В реальном производстве для повышения эффективности производства часто используется больший сварочный ток.

Однако из-за ограничений оверлея качество сваркиПри слишком большом токе скорость разбавления увеличивается, что может привести к таким дефектам, как расслоение сплава и потеря жидкого металла в процессе наплавки.

Напротив, когда сварочный ток в накладке применение сварки относительно мала, это приведет к снижению эффективности производства.

Сварка двойной проволокой, как эффективный метод сваркии все больше волнует людей. Сварка двойной проволокой позволяет достичь высокой скорости наплавки, а также улучшить состав и кристаллизацию сварной шов за счет использования температурного поля и термического цикла сварки двойной проволокой, что улучшает микроструктуру и характеристики наплавленного сварочного слоя.

Поэтому изучение возможности применения сварки двойной проволокой в накладной сварке, балансировка формирования и качества накладной сварки, а также повышение фактической эффективности производства имеют большое значение для практического технического применения накладной сварки.

Система присадочного производства с накладной сваркой

Сайт источник сварочного тока В эксперименте использовался аппарат QINEO PULSE 600 от CLOOS. При использовании сварочного аппарата QINEO для выполнения сварки малым током импульсная сваркаБрызги мелкие, а формовка красивая.

На основе этого был разработан процесс сварки двойной проволокой, который не только улучшает качество сварного шва, но и значительно повышает эффективность сварочного наплавления. Оборудование для сварки двойной проволокой имеет структуру пистолета с двойной проволокой, в котором две проволоки постоянно плавятся в одной ванне.

Передняя проволока обеспечивает предварительный нагрев задней проволоки, а задняя проволока нагревает переднюю проволоку, что улучшает микроструктуру и характеристики наплавленного сварочного слоя.

Поскольку оба провода изолированы друг от друга, можно использовать самые разнообразные и гибкие комбинации.

Это позволяет не только независимо регулировать параметры двух проволок, но и выбирать два разных диаметра и разные материалы проволок в соответствии с конкретными требованиями, охватывая тем самым широкий спектр применения.

Принцип работы сварки двойной проволокой в общем плавильном бассейне показан на рисунке 1.

Рисунок 1 Принцип работы сварки двойной проволокой в общем плавильном бассейне.
Рисунок 1. Принцип работы сварки двойной проволокой в общем плавильном бассейне.

По сравнению с однопроволочной сваркой в эксперименте одинарная и двойная проволока свободно переключаются через систему двухпроволочной сварки, в то время как другие методы сварки и условия защитного газа остаются неизменными.

В эксперименте используется сварочный аппарат QINEO PULSE 600 компании CLOOS. сварочная мощность источник для расплавления сварочной проволоки для наплавки, а робот CLOOS оснащен сварочным пистолетом с двойной проволокой для обеспечения точности перемещения сварочного пистолета во время сварки и контроля скорости сварки. Некоторые части системы и оборудования для сварки внахлест показаны на рисунке 2.

Рисунок 2: Система и оборудование для накладной сварки.

Экспериментальные методы и процессы

В качестве базового материала в эксперименте используется Q235 сталь толщиной 12 мм, основной химический состав которой приведен в таблице 1. В эксперименте использовалась износостойкая сварочная проволока UTP AF ROBOTIC 600, модель DIN 8555: MSG 6-GF-60-GP, а ее основной химический состав приведен в таблице 2. Диаметр сварочной проволоки составляет 1,2 мм. В качестве защитного газа используется 80% Ar + 20% CO2.

Таблица 1: Химический состав базового материала (массовая доля) (%)

CSiMnSP
0.220.350.140.0450.045

Таблица 2: Химический состав сварочной проволоки (массовая доля) (%)

CSiMnCrМо
0.572.560.548.960.01

Традиционные сварочные параметры для однопроволочной сварки приведены в таблице 3.

Таблица 3: Параметры сварки для накладной сварки

Сварочный ток IAНапряжение дуги IVСкорость сварки
/(см/мин)
Сухое удлинение
/мм
Расход газа
(л/мин)
Маятник параметры сварки
16419.8181518/

Результат сварки показан на рисунке 3, ширина шва составляет 10,64 мм, высота шва - 3,43 мм, глубина проплавления - 1,13 мм.

Рисунок 3: Эффект однопроволочной сварки внахлест

Для испытания сварки внахлестку двойной проволокой, метод сварки и защитный газ Условия были такими же, как при однопроволочной наплавке. Сухое удлинение в эксперименте составило 20 мм. Используя ортогональный метод эксперимента, ток передней проволоки, ток задней проволоки и скорость сварки были отрегулированы для проведения трехфакторного и четырехуровневого ортогонального эксперимента. Данные о ширине и высоте сварного шва были получены путем наблюдения и измерения формирования шва. Некоторые параметры сварки и размеры шва приведены в таблице 4.

Таблица 4: Параметры сварки двойной проволокой

Сварочный ток передней проволоки
A
Напряжение дуги на переднем проводе
V
Сварочный ток задней проволоки
/A
Напряжение дуги на заднем проводе
V
Скорость сварки
/(см/мин)
Сварочный шов ширина
/мм
Высота сварочного шва
/мм
12020.410020.9308.922.75
14021.310020.9358.932.83
16022.210020.9409.013.02
18023.010020.9459.023.45
12020.412021.23012.033.05
14021.312021.23511.123.25
16022.212021.24011.233.08
18023.012021.24512.243.52
12020.414022.43011.843.06
14021.314022.43512.263.07
16022.214022.44012.883.13
18023.014022.44513.023.21
12020.416023.33512.722.86
14021.316023.34013.232.88
16022.216023.34513.903.02
18023.016023.35013.923.01

Анализируя данные о сварочном токе, ширине и высоте шва при двухпроволочной сварке, можно заметить, что при изменении сварочного тока и скорости сварки, учитывая колебания ширины и высоты шва, вызванные изменениями в формировании шва и погрешностями измерений, изменение высоты шва незначительно, в то время как изменение ширины шва более заметно.

При постоянной скорости сварки 35 см/мин, 40 см/мин и 45 см/мин, соответственно, зависимость между шириной шва и током передней/задней проволоки определяется уравнением поверхности.

Установленная модельная функция уравнения поверхности:

В формуле:

y - ширина сварного шва (мм);
x1 - ток переднего провода (A);
x2 - ток обратного провода (A);
a0, a1, a2, a3, a4 и a5 - коэффициенты.

При скоростях сварки 35 см/мин, 40 см/мин и 45 см/мин коэффициенты a3, a4 и a5 в уравнении равны приблизительно 0. При скорости 35 см/мин уравнение подгонки поверхности имеет вид:

Таким образом, можно сделать вывод, что члены x1x2, x12 и x22 в уравнении подгонки оказывают относительно небольшое влияние на значение y.

При использовании формулы подгонки для проверки экспериментальных данных на скоростях 40 см/мин и 45 см/мин и вводе значений тока передней и задней проволок для получения значения y, рассчитанные значения y и фактическая ширина шва имеют достаточно равномерную погрешность.

Зависимость между шириной шва и силой тока при сварке двойной проволокой можно получить из формулы (2), как показано на рисунке 4.

Рисунок 4: Зависимость между шириной шва и силой тока при сварке двойной проволокой.

Согласно формуле (2), ширина шва положительно зависит от силы тока передней и задней проволоки и приближается к линейной зависимости, причем влияние силы тока задней проволоки больше. В реальном процессе сварки передняя проволока оказывает предварительное нагревательное воздействие на заднюю проволоку, а задняя проволока оказывает значительное влияние на расплавленную ванну.

На расплавленную ванну воздействует сила дуги обратной проволоки и непрерывный нагрев, что увеличивает тенденцию течения металлической жидкости в расплавленной ванне и в конечном итоге приводит к увеличению ширины шва.

При сварочных токах двухпроводной наплавки 140А и 120А и скорости сварки 30 см/мин ширина шва составляет 10,73 мм, высота - 3,23 мм, глубина проплавления - 0,82 мм. Эффект наплавки хороший, как показано на рисунке 5.

В это время размер двухпроволочной наплавки аналогичен размеру однопроволочной наплавки, а глубина проникновения двухпроволочной наплавки меньше. Сайт зона термического влияния уменьшается, степень реакции с основным металлом снижается, а скорость разбавления уменьшается, что благоприятно сказывается на улучшении качества наплавки.

Скорость сварки увеличивается более чем на 50% по сравнению с традиционной однопроволочной наплавкой, что значительно повышает эффективность производства.

Рисунок 5: Эффект от наплавки двойной проволокой.

Испытания и анализ микроструктуры:

Для образцов наплавки двойной проволокой и наплавки одинарной проволокой путем резки был получен образец наплавки размером 20×10×10 мм, его характеристики были проверены и проанализированы. Параметры сварки приведены в таблице 5.

Таблица 5 Основные параметры сварки образцов

ПроектСварочный ток
IA
Напряжение дуги
IV
Скорость сварки
(см/мин)
Испытание на сварку двойной проволокой 1120 (спереди)
100 (задний)
20,4 (спереди)
20,9 (зад)
30
Испытание на сварку двойной проволокой 2120 (спереди)
120 (задний)
20,4 (спереди)
21,2 (задний)
30
Испытание на сварку двойной проволокой 3140 (спереди)
120 (задний)
21,3 (спереди)
21,2 (задний)
30
Образец для сварки одной проволокой16419.818

Испытание на микротвердость

Для проведения испытаний образцов на микротвердость использовался имиджевый микротвердомер типа 600HVS-1000AVT из Китая. Индентор Виккерса имел форму четырехгранной пирамиды. Нагрузка составляла 300 г (2,94 Н) и 100 г (98 Н), а время выдержки - 15 с.

Образцы для двухпроволочной и однопроволочной сварки измерялись вдоль линии сплавления, начиная с поверхности шва в качестве начальной точки измерения, с интервалом в 1 мм для измерения точек.

В каждой точке измерения проводилось несколько измерений, после чего получалось среднее значение, в результате чего получалась кривая распределения микротвердости в поперечном сечении (см. рис. 6).

Из рисунка 6 видно, что в месте расположения поверхности шва значения твердости образцов для двухпроволочной и однопроволочной сварки одинаковы.

От поверхности сварочного шва до расстояния 3 мм от поверхности сварочного шва значение твердости образца для сварки двойной проволокой остается практически неизменным, при этом значение твердости образца для сварки двойной проволокой 2 немного увеличивается, а значение твердости образца для сварки одинарной проволокой постепенно снижается.

На расстоянии 3-5 мм от поверхности сварной фаски значения твердости образцов для двухпроволочной и однопроволочной сварки быстро уменьшаются, пока не приближаются к твердости матрицы (140HV0.2).

Рисунок 6: Распределение микротвердости вдоль продольного сечения образца.

По результатам испытаний на микротвердость видно, что поверхностная твердость наплавочного слоя образца для двухпроволочной сварки составляет более 700HV0,2, что соответствует требованиям к твердости, предъявляемым при наплавке.

При однопроволочном и двухпроволочном наплавлении элементы сплава наплавленного слоя диффундирует к основному металлу, и чем ближе наплавленный слой к основному металлу, тем очевиднее снижение твердости.

Из кривой распределения твердости можно сделать вывод, что при однопроволочной наплавке процесс диффузии относительно стабилен, а величина твердости существенно зависит от расстояния.

По мере приближения наплавленного слоя к основному металлу значение твердости постепенно снижается.

При двухпроволочной наплавке использование температурных полей и термических циклов при двухпроволочной сварке улучшает процесс диффузии элементов, оптимизирует структуру и свойства наплавленного слоя, а в определенном диапазоне расстояния от поверхности наплавленного слоя значение твердости остается практически неизменным.

Испытания на трение и износ

Образец наплавки с двойной проволокой и образец наплавки с одинарной проволокой были подвергнуты испытаниям на износ при сухом скольжении в одинаковых условиях окружающей среды (температура: 28-30°C, влажность: 60%) на станке HT 1000 ball-on-disc.

Для испытания был выбран шарик Si3N4 диаметром 4 мм, нагрузка была зафиксирована на уровне 10 Н, скорость скольжения - на уровне 59 мм/с, а время износа - 30 минут. Величина износа измерялась с помощью прецизионных весов FA2104.

Наблюдая за процессом испытаний, было обнаружено, что при небольших нагрузках и низких скоростях образец 2 для сварки двойной проволокой испытывал короткий период мягкого износа, сочетающего абразивный износ и пластическую деформацию, но стабилизировался примерно через 1 минуту.

Тенденция изменения кривой коэффициента трения была такой же, как и у образца для однопроволочной сварки. Коэффициент трения образца 1 для сварки двойной проволокой сильно колебался, а образец 3 для сварки двойной проволокой вошел в стадию устойчивого трения через более длительный период времени.

Коэффициент трения при однопроволочной сварке был наименьшим и колебался около 0,4, а коэффициент трения при двухпроволочной сварке составлял 0,6-0,8.

Из-за низкой температуры образца ни в одном из образцов не наблюдалось износа при плавлении. Результаты испытаний на трение и износ показаны на рисунке 7.

Из рисунка 7b видно, что образец для сварки двойной проволокой имеет чрезвычайно малые потери на трение, в то время как потери на трение образца для сварки одинарной проволокой составляют приблизительно 1,5g.

Результаты испытаний на трение и износ показывают, что по сравнению с однопроволочной наплавкой двухпроволочная наплавка приводит к увеличению коэффициента трения и уменьшению величины износа.

a) Мгновенный коэффициент трения
b) Потеря массы в процессе трения

Рисунок 7: Результаты испытаний образцов на трение и износ.

Испытание структурных характеристик изнашиваемой поверхности

Износ материала - сложный процесс. Чтобы подтвердить причину потери величины износа, с помощью растрового электронного микроскопа ZeissSigma (SEM) и энергодисперсионной спектроскопии Smartedx (EDS) был проведен анализ морфологии и компонентов изношенной поверхности образца для сварки с двойным наплавлением и образца для сварки с одинарным наплавлением после испытания на трение.

Изображения SEM и EDS изношенной поверхности образца для сварки с двойной проволокой и образца для сварки с одинарной проволокой после испытания на трение показаны на рис. 8.

Из рис. 8 видно, что поверхность образца 1 для двухпроволочной сварки состоит в основном из мелких и тонких следов от плуга с небольшим количеством следов адгезии.

В это время износ в основном абразивный. Площадь склеивания поверхности образца для однопроволочной сварки увеличивается, и на ней появляется множество белых частиц.

Путем сравнения и анализа EDS было установлено, что белые частицы в основном представляют собой соединения, содержащие элементы Si. Соединение кремния в основном связано с высокой твердостью пары трения в процессе износа при сухом трении.

Частицы износа прикрепляются к поверхности образца, в это время износ происходит в основном за счет абразивного износа и адгезионного износа.

Предполагается, что металлические кристаллы, образующие соединения кремния при однопроволочном осаждении, обладают плохими антиадгезионными свойствами, что увеличивает износ адгезива при трении и повышает износ.

При двухпроводном осаждении улучшается состав и кристаллизация кремниевых соединений, что снижает износ.

a) Образец для сварки двойной проволокой 1
b) Образец однопроволочной сварки

Заключение

При сварке используется метод двухпроволочной сварки с наплавкой. Регулируя параметры сварки и контролируя размер формируемого слоя, а также используя температурное поле и характеристики термического цикла при двухпроволочной сварке, можно улучшить состав и кристаллизацию шва и снизить скорость разбавления.

Это в определенной степени улучшает организационные характеристики и износостойкость наплавленного слоя, а также значительно повышает эффективность наплавки.

Результаты данного исследования имеют справочное значение для применения сварки с осадкой в подземном инженерном оборудовании, а также для применения двухпроволочной сварки в области сварки с осадкой и дугового присадочного производства.

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх