Учебное пособие 2170

При проверке капиллярным контролем мы не видим сам дефект, мы видим индикацию от этого дефекта. Индикационный след – окрашенный пенетрантом участок контролируемого объекта в зоне расположения несплошности. Индикации в зависимости от различных факторов могут быть разнообразными. Индикационные следы подразделяются на две группы: протяженные и округлые.

Округлые индикации – след с отношением его максимальной длины к максимальной ширине менее 3мм.

Протяженные индикации - индикационный след с отношением его максимальной длины к максимальной ширине более

3мм.

Что же такое дефект – это критическое значение, недопустимое отклонение, прописанное в нормативно технической документации.

Определить, является ли индикация на самом деле дефектом или же это ложная индикация, мы на 100% быть уверенными не можем. Именно такое сложное решение предстоит делать дефектоскописту, после каждой проверки. Только опытный дефектоскопист может выносить какой-либо вердикт, опираясь на полученные знания и свой многолетний опыт работы.

Давай те же разберемся, как работает капиллярный метод контроля.

Нанесем на поверхность металла пенетрант, который хорошо смачивает поверхность металла, под действием капиллярного давления P1(направленное вниз) суспензия будет проникать вглубь трещины и образовывать выпуклый мениск. Это давление вызывает всасывание жидкости в трещину.

Рис. 2. Действие давления P1

210

Удалив излишки пенетранта, появиться еще один мениск, давление P2 будет препятствовать прохождению суспензии в трещину, но так как давление P1>P2 жидкость продолжает проникать внутрь трещины.

Рис. 3. Действие давления P2

Когда мы нанесем на поверхность трещины проявитель, который имеет пористую структуру. Верхний мениск исчезает, в полостях пенетранта образуется множество маленьких менисков, каждый из которых создает большое капиллярное давление, из-за чего пенетрант поднимается из трещины и выходит на поверхность Р2>P1, тем самым мы видим индикаторный след дефекта.

Рис. 4. Действие давления P1, P2 после нанесения Проявителя

Капиллярные методы контроля делятся на три группы:

1.Цветной

2.Люминесцентный

3.Люминесцентно-цветной

211

Их разница заключается в оптических свойствах проникающих жидкостей и индикаторных рисунков выявленных дефектов.

При цветном методе индикация имеет красный цвет и видна при дневном свете. При люминесцентном методе индикация светится в ультрафиолетовом освещении. При люминесцентно-цветном методе индикация видна как при дневном свете, так и при ультрафиолетовом. Каждый из методов подразделяется на три категории: порошковый, суспензионный и лакокрасочный.

Для проверки различных конструкций обычно используют несколько методов контроля, так как порой невозможно обнаружить все дефекты с помощью одного метода.

Литература

1.«НТЦ ЭКСПЕРТ» http://www.ntcexpert.ru/.

2.Методические указания по капиллярному контролю РД 153-34.1 – 17.461 – 00, Москва 2000г.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3:621/919/2

Ю.А. Цеханов, д-р техн. наук, проф., Е.А. Балаганская, канд. техн. наук, доц., О.В. Терновская, канд. пед. наук, доц.

ТРЁХСЛОЙНЫЙ ТВЁРДОСПЛАВНЫЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ДЕФОРМИРУЮЩЕГО ПРОТЯГИВАНИЯ ОТВЕРСТИЙ

БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА

Рассмотрены вопросы проектирования и изготовления инструмента для обработки отверстий большого диаметра. Предложена конструкция сборного деформирующего элемента, прочность которого была изучена с помощью метода конечных элементов. Для расчёта максимального значения эквивалентного напряжения в рассмотренной конструкции инструмента предложена аппроксимирующая формула, которой можно пользоваться при практических инженерных расчетах по выбору конструктивных параметров инструмента

Ключевые слова: деформирующие протяжки, эквивалентное напряжение, метод конечных элементов, прочность

212

Деформирующие протяжки с твердосплавными деформирующими элементами доказали свою эффективность при обработке большой номенклатуры изделий из самых разных конструкционных и инструментальных материалов [1]. Однако дефицит и высокая стоимость вольфрамосодержащих твердосплавных компонент поставили ряд новых конструкторских и технологических проблем по их применению. В частности, себестоимость элементов для обработки отверстий большого диаметра (свыше 150 мм) оказывается настолько высокой, что их применение в обычной технологической практике часто становится практически невозможным. Ранее были предприняты попытки создания стального инструмента, рабочая поверхность которого покрыта износостойкими сверхтвердыми покрытиями (и твердосплавными, в частности) [2]. Однако их не следует считать достаточно удачными из-за высокой склонности таких покрытий к малоцикловой усталости. Поэтому задача создания дешевого стального инструмента, рабочая поверхность которого имеет свойства вольфрамосодержащего спеченного твердого сплава, остается весьма актуальной.

Одним из путей ее решения является изготовление составного трехслойного деформирующего элемента (рис. 1), состоящего из массивной стальной основы 1, наружного тонкостенного твердосплавного кольца 3 и, между ними, тонкого промежуточного слоя 2 из легкоплавкого пластичного металла [3]. Изготавливается такой инструмент в следующей последовательности. Спекается тонкостенное наружное твердосплавное кольцо. Из-за технологических ограничений толщина его стенки, например, при наружном диаметре 150 мм не может быть меньше 10 мм, а неизбежное коробление при спекании вызывает некруглость его отверстия до 1 мм. Для того чтобы напрессовать его на стальное кольцо необходимо предварительное точное чистовое шлифование по внутреннему диаметру, что для такого тонкостенного покоробленного кольца сделать чрезвычайно сложно. Поэтому между стальным и твердосплавным кольцами создается гарантированный зазор, который заливается легкоплавким пластичным металлом (свинцом, оловом). Величина этого зазора должна перекрывать допуск на некруглость твердосплавного кольца и обеспечить его хорошую заполняемость легкоплавким компонентом.

213

Однако большим этот зазор делать нельзя, так как его несущая способность, а значит и прочность твердосплавного кольца, при этом уменьшаются. После этого наружная рабочая поверхность составного элемента шлифуется по стандартной технологии [4].

Рис. 1. Сборный деформирующий элемент: 1 – твердосплавное кольцо; 2 – промежуточный легкоплавкий слой; 3 – стальное кольцо;

lk – ширина контакта

Для проектирования такого инструмента необходимо иметь расчетную схему, позволяющую рассчитывать его на прочность от действия рабочих нагрузок, а значит, и определять его конструктивные размеры. Существующая методика прочностного расчета сплошного твердосплавного кольца [4] в данном случае неприемлема из-за большой разницы упругих характеристик трех материалов, используемых для создания данного инструмента. Попытки создания простой для практического пользования инженерной расчетной схемы такого инструмента успехом не увенчались. В частности, расчеты по формулам Ламе для составной трехслойной трубы дают очень большую погрешность. Поэтому прочность такого инструмента исследовалась с помощью метода конечных элементов. В этих расчетах варьировались различные конструктивные параметры: H, l, t, t0 и др. Для сокращения объема вычислений они были выбраны безразмерными, отнесенными к внутреннему диаметру d1 элемента. Для каждого варианта расче-

214

тов по критерию Писаренко-Лебедева определялась величина эк-

вивалентного напряжения э по всему объему инструмента, ее

max

максимальное значение Э и область, где оно возникает. Ха-

рактерная картина изолиний э приведена на рис. 2. Видно, что

опасная область находится у внутренней поверхности наружного слоя. Однако для очень тонких наружных твердосплавных слоев эти опасные области даже выходят на наружную поверхность инструмента.

Рис. 2. Изолинии эквивалентного напряжения э, МПа в составном элементе; q 10МПа; t0 /d1 0.12

Установлено, что изменение безразмерной толщины промежуточного компенсирующего слоя t/d1 от 0 до 0,02 (т.е., например, до t = 3 мм при d4 = 150 мм) практически не влияет на прочность наружного твердосплавного кольца. Поэтому в расчетах его можно не учитывать. Для всех расчетных случаев оптимальным оказалось “симметричное” приложение контактной нагрузки q, когда координата середины ширины контакта l1 l/2. Статистической обработкой результатов численных расчетов получена ап-

проксимирующая формула для определения maxЭ (МПа) в зави-

симости от конструктивных параметров деформирующего элемента:

215

Этой формулой, дающей погрешность в 4% по сравнению с решением методом конечных элементов, уже можно пользоваться при практических инженерных расчетах по выбору конструктивных параметров инструмента. Величина контактного давления определяется в зависимости от параметров технологического процесса деформирующего протягивания по методике, изло-

max

женной в работе [1]. Приравнивая выражение для Э пределу прочности на растяжение для твердого сплава ВК15М ВР =850

МПа, получаем уравнение, связывающее различные конструктивные параметры составного деформирующего элемента. Часть из них может задаваться технологическими или другими условиями. Тогда другие вычисляются из этого уравнения, например, методом итераций.

Литература:

1.Розенберг О.А. Механика взаимодействия инструмента

сизделием при деформирующем протягивании. - Киев: Наук. думка, 1981. - 288с.

2.Розенберг О.А., Цеханов Ю.А., Царенко И.М. О работоспособности инструмента с детонационным покрытием для деформирующего протягивания // Сверхтвердые материалы. – 1991. - № 4. - С. 43-48.

3.АС №1609623 СССР. Деформирующий элемент протяжки/ Цеханов Ю.А., Шейкин С.Е., Рябко О.О. и др. Опубл. 30.11.90, Бюл. N44.

4.Розенберг А.М., Розенберг О.А. Прочность твердосплавных рабочих элементов деформирующих протяжек. - Киев: Техника, 1971.- 123 с.

Воронежский государственный технический университет

216

УДК 621.791.037

И.А. Бутырин, магистрант, инженер-технолог ПАО «ВАСО»; А.Е. Самсонов, ведущий инженер – технолог ПАО «ВАСО»

ПРИМЕНЕНИЕ АВТОМАТИЧЕСКОЙ МИКРОПЛАЗМЕННОЙ СВАРКИ СИЛЬФОНА КОМПЕНСАТОРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ ФИРМЫ EWM ICROPLASMA-50

В работе была проверена и доказана возможность применения для сварки продольных швов тонколистовых гильз компенсаторов автоматической микроплазменной сварки с применением «Microplasma-50», взамен аргонодуговой сварки. Проверена возможность сваривать гофры без отбортовки кромок. Получены оптимальные режимы сварки

Ключевые слова: сильфон, компенсатор, микроплазма, приспособление, сварка, малые толщины, обечайка, сварной шов, формовка, гофрообразование, проплав, отбортовка

Введение

Развитие современного машиностроения и аэрокосмической техники тесно связано с созданием тонкостенных конструкций способных работать в условия повышенных температур, высоких нагрузках, под действием агрессивных сред. Это требует усовершенствования существующего технологического процесса сварки.

Сварные конструкции металлов и сплавов малых толщин (от 0,05 до1,5 мм) составляют значительный объем сварочных работ. Однако получение качественных сварных соединений в таких конструкциях связанно с рядом трудностей. При сварке металлов малых толщин достаточно сложно выдерживать оптимальные геометрические характеристики шва и, следовательно, получать стабильное качество сварного соединения, при этом возрастает вероятность образования прожогов металла и других дефектов.

К числу таких тонколистовых конструкций относятся гильзы сильфонного компенсаторы.

Компенсатор используется в трубопроводах системы кондиционирования воздуха, а также в трубопроводах противообледелительных систем воздушных суден, для компенсации угловых

217

перемещений трубопровода в эксплуатации. Компенсаторы существуют в различных конструктивных исполнениях, но имеют один принципиально общий рабочий элемент – сильфон. Сильфон в свою очередь, представляет собой двойной пакет гильз из обечаек с продольными швами длинной до 450мм, материал 12Х18Н10Т, толщина обечайки от 0,15мм до 0,25мм. Именно гильзе сильфона уделяется особое внимание при автоматической аргонодуговой сварке, так как существуют трудности в сварке малых толщин.

В последствии гильза сильфона подвергается раскатке и формовке с гофрообразованием. Исходя из этого, необходимо иметь минимальные геометрические параметры сварного шва, в тоже время обеспечивающие надлежащую прочность и пластичность.

Существующий технологический процесс включает в себя автоматическую аргонодуговую сварку вольфрамовым электродом по отбортовке кромок.

Цель работы заключается в замене аргонодуговой сварки на микроплазменную сварку, с целью сокращения трудозатрат на производство сильфона и улучшения качества.

Важным преимуществом микроплазменной сварки является стабильность горения сжатой электрической дуги при очень малых токах. Плазменная струя имеет высокую концентрацию и интенсивность распределения теплового потока.

Переход на микроплазменный метод сварки решает несколько проблем:

–Исключение из технологического процесса операции по отбортовке кромок.

–Уменьшение коробления и ЗТВ, за счет минимального тепловложения.

–Увеличение скорости сварки.

1. Характеристика объекта исследования.

1.1. Краткое описание проблемы сварки тонколистовых конструкций

Сварка тонколистовых конструкций связанна с рядом весьма сложных проблем:

– Коробление металла;

218

При сварке листов встык происходит усадка металла шва и соседних участков листов, разогретых до высокой температуры. Усадка вызывается ограничением теплового расширения металла. Усадка в различных волокнах шва происходит с разной скоростью, зависящих от скорости охлаждения. В направлении, поперечном к шву, действует все три вида несимметрии усадки. Вследствие того, что на поверхности шва, обращенной к источнику тепла, температура выше, усадка здесь больше и происходит быстрее. Под воздействием трех видов несимметрии усадки в процессе сварки свободных тонких листов последние поворачиваются. Поворот этот происходит вокруг оси стыка свариваемых листов ввиду несимметричного расположения зон усадки относительно этой оси. Следовательно, причиной коробления тонких листов при сварке их встык является не симметрияусадки, вызывающая поперечные и продольные прогибы свариваемых листов.

– Прожоги; Это проплавление основного металла с образованием

сквозных отверстий. Они возникают вследствие зазора между кромок, завышенного сварочного тока, малой скорости сварки.

–Отклонение геометрических параметров сварного шва;

–Сложность при подготовке кромок под сварку.

Ввиду малой толщины металла (0,2 мм) есть сложность при подготовке кромок под сварку. Так основная трудность заключается в подгонке кромок друг к другу, с целью минимизировать или полностью удалить зазор между ними. Так же требуется специализированное приспособление для сварки, которое обеспечивает теплоотвод от сварного шва (медная или водоохлаждаемая подкладка), механизм жесткой фиксации кромок для исключения перекоса.

Все эти проблемы должны решаться комплексом мер. Начиная от подготовки свариваемых кромок заканчивая выбором способа сварки.

1.2. Цель работы Проверка возможности применения для сварки продоль-

ных швов тонколистовых гильз компенсаторов автоматической

219