К управлению процессом повышения надежности сварных соединений горнотехнического оборудования

Abstract

Целью статьи является обоснование способа повышения надежности горных машин путем снятия напряжений в сварных швах, являющихся наиболее слабым звеном в сварных конструкциях горнотехнического оборудования. Многими исследователями установлено, что на качество сварного шва главным образом влияет его напряженное состояние. Задачей разработки является исследование влияния вибрационной обработки на механические свойства и перераспределение остаточных напряжений в сварных соединениях горно-технического оборудования, изготавливаемых из конструкционных сталей. Для решения поставленной задачи выполнены экспериментальные работы, в которых исследовались сварные соединения, полученные сваркой ТВЧ (токи высокой частоты); электродуговой сваркой без вибрации и с вибрацией в процессе сварочных работ. Методом магнитной памяти металла выполнены замеры концентрации напряжений в сварных соединениях и получены зависимости изменения напряжений по всей длине исследуемого образца для трех видов сварки: токами высокой частоты (ТВЧ), электродуговой и электродуговой с вибрацией. Из полученных зависимостей установлено, что напряжения в сварном шве минимальны при сварке с вибрацией. В двух других случаях напряжения в среднем выше в 2 раза (сварка ТВЧ) и 4 раза (электродуговая). Проведены исследования структуры поверхности шлифов для швов вышеперечисленных сварных соединений и получены 3D модели их поверхностей. Результаты исследований по снижению остаточных напряжений в сварных соединениях c применением вибрационной обработки позволяют рекомендовать ее для повышения качества и надежности горных машин. При применении вибрационной обработки в 2-4 раза снижаются остаточные напряжения в области сварного шва, в его структуре уменьшается число различных неоднородностей, которые являются очагами разрушения сварного соединения и приводят к преждевременному выходу из строя горного оборудования.

Метою статті є обґрунтування способу підвищення надійності гірничих машин шляхом зняття напружень у зварних швах, які є найбільш слабкою ланкою в зварнихконструкціях гірничотехнічного обладнання. Багатьма дослідниками встановлено, що на якість зварного шва головним чином впливає його напружений стан. Завданням розробки є дослідження впливу вібраційної обробки на механічні властивості і перерозподіл залишкових напружень у зварних з'єднаннях гірничотехнічного обладнання, що виготовляються з конструкційних сталей. Для вирішення поставленого завдання виконано експериментальні роботи, в яких досліджувалися зварні з'єднання, отримані зварюванням CВЧ (струми високої частоти); електродугової зварюванням без вібрації і з вібрацією в процесі зварювальних робіт. Методом магнітної пам'яті металу виконані заміри концентрації напружень в зварних з'єднаннях і отримані залежності зміни напружень по всій довжині досліджуваного зразка для трьох видів зварювання: струмами високої частоти (CВЧ), електродугової і електродугової з вібрацією. З отриманих залежностей встановлено, що напруги в зварному шві мінімальні при зварюванні з вібрацією. У двох інших випадках напруги в середньому вище в 2 рази (зварювання ТВЧ) і 4 рази (електродугова). Проведено дослідження структури поверхні шліфів для швів вищеперелічених зварних з'єднань і отримані 3D моделі їх поверхонь. Результати досліджень щодо зниження залишкових напружень у зварних з'єднаннях c застосуванням вібраційної обробки дозволяють рекомендувати її для підвищення якості та надійності гірничих машин. При застосуванні вібраційної обробки в 2-4 рази знижуються залишкові напруги в області зварного шва, в його структурі зменшується число різних неоднорідностей, що є осередками руйнування зварного з'єднання і призводять до передчасного виходу з ладу гірничого обладнання.

The key issue of the article is a study of ways for improving reliability of the mining equipment by removing the stresses from the welded joins, which are the weakest areas in the welded structures of the mining equipment. Many researchers have found that quality of a welded join is mainly affected by its stressed state. The objective of the work was to study an impact of vibromechanical treatment on mechanical properties of and redistribution of residual stresses in the welded joints of the mining technical equipment made of structural steel. To solve the assigned task the experiments were performed in order to investigate the welded joints made by: HFC welding (high-frequency currents); and electric-arc welding with and without vibration during the welding operations. Stress concentration in the welded joints were measured by method of metal magnetic memory which showed dependences between the stress changes along the entire length of the test sample and the three types of welding: HFC welding, electric arc welding and electric arc welding with vibration. The obtained dependencies showed that stress in the welded joint was the lowest at welding with vibration. In two other cases, stress was, on average, twice higher at high frequency welding and 4 times higher at electric arc welding. Thin sections of the seam surfaces of the above mentioned types of welding joints were investigated, and 3D models of the joint surfaces were created. Results of the research of reducing the residual stresses in the welded joints have given the grounds to recommend the vibromechanical treatment for improving quality and reliability of the mining machines. Thanks to the vibromechanical treatment, residual stresses in the area of the welded seam reduces by 2-4 times, and number of different irregularities in the seam structure, which are the sites of the weld failure leading to premature failure of the mining equipment, essentially reduces.