УДК 621.791(075)

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ МАШИН ТЕХНОЛОГИЕЙ СМТ

 

RESTORATION OF MACHINE PARTS USING SMT TECHNOLOGY

 

Зологин В. Г., Пилюшина Г.А.

(Брянский государственный технический университет, г. Брянск, РФ)

Zologin V. G., Pilyushina G. A.

(Bryansk State Technical University, Bryansk, Russia)

 

В данной статье рассмотрен метод холодного переноса металла, который открывает совершенно новые перспективы при решении технических задач при восстановлении деталей машин. Применение технологии СМТ сварки позволяет оптимизировать весь производственный процесс и обеспечить развитие производства.

This article discusses the method of cold metal transfer, which opens up completely new perspectives in solving technical problems when restoring machine parts. The use of SMT welding technology allows you to optimize the entire production process and ensure the development of production.

 

Ключевые слова: сварочные технологии, холодный перенос, цифровое управление, электрод, наплавка, сварочный шов, электрическая дуга, сварочная ванна

Keywords: welding technologies, cold transfer, digital control, electrode, surfacing, welding seam, electric arc, welding bath

 

Сварка - один из наиболее распространенных способов восстановления изношенных и поврежденных деталей при ремонте машин. С помощью сварки наплавляют изношенные поверхности деталей, заваривают трещины, сваривают разрушенные детали и т. д. Сварочные работы характеризуются высокой производительностью, низкой себестоимостью, простотой технологии.

Сварка имеет также и ряд существенных недостатков, как - нарушение термической обработки и структуры металла, снижение усталостной прочности, появление местных напряжений, приводящих к возникновению трещин и короблению деталей, выгоранию составных частей присадочного материала. К назначению сварки как способа восстановления деталей следует подходить осторожно, особенно тогда, когда восстанавливаемые детали изготовлены из металлов, склонных к образованию трещин и короблению.

Поэтому процесс CMT (Cold Мetal Transfer - холодный перенос металла) можно назвать революцией в сварочной технологии, как в области сварки, сварочного оборудования и в области специфики самого процесса. С помощью этого процесса стало возможным открыть новые области применения сварки, как технологии соединения материалов.

Особенность технология СМТ заключается в том, что подводимая теплота ниже по сравнению с традиционной дуговой сваркой. По этой причине слово «холодный» присутствует в названии процесса. Первые сообщения о «холодном переносе металла» появились в 2005 году. Они стали одним из результатов многолетних исследований фирмы Fronius [1].

Поэтому целью данной работы являлось изучение процесса СМТ и возможность применения данной технологии при ремонте автомобильной техники. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) выполнить обзор литературных источников по данной теме;

2) тщательно проанализировать процесса сварочного производства;

3) определить возможные области применения технологии СМТ.

Дуговая сварка плавящимся электродом — это метод, при котором между свариваемым изделием и концом электрода возникает электрическая дуга, под действием которой основной металл и электрод начинают плавиться, образуя сварочную ванну, а обмазочный материал электрода при этом создает газовую защитную среду, необходимую для качественного шва [2]. Недостатком этого процесса является: большое количество вредных веществ; не стабильное качество сварного шва; низкая производительность; отклонение дуги постоянном токе, что затрудняет процесс сварки; нарушение газовой защиты при сдувании струи газа движением воздуха; потеря металла на разбрызгивание.

Отличием CMT от обычной дуговой сварки является полное цифровое управление процессом сварки. В ходе сварки или пайки технологии СМТ используется процесс движения проволоки, при этом цифровое управление позволяет оперативно обнаруживать момент короткого замыкания и отделять металл в сварочную ванну буквально по капле без образования брызг. Хотя на первый взгляд это кажется простым, на самом деле является достаточно сложным взаимодействием алгоритмов управления дугой и перемещения проволочного электрода.

Процесс СМТ в основном работает в режиме передачи с коротким замыканием, который определяется низким током и напряжением, что означает низкий подвод тепла (рисунок 1).

https://www.ok-t.ru/studopediaru/baza14/1007756388087.files/image353.jpg

Рисунок 1 – Основной принцип СМТ процесса

Микроконтроллер контролирует подачу проволоки для процесса CMT через двигатели подачи, больше не зависящие от электрических характеристик. Образуется начальный высокий импульс тока, который создает дугу между продвигающимся электродом и подложкой, которая и расплавляет наконечник электрода. Ток уменьшается после импульса, как только появляется короткое замыкание, напряжение снижается, ток дополнительно уменьшается до низкого фонового значения, и электрод отводится, что приводит к отрыву расплавленной капли [3].  В результате средняя температура процесса значительно ниже, чем при обычной сварке.

Цикл обработки CMT варьируется в зависимости от подходящего выбора сварочных характеристик. Операции подачи  и  отвода проволоки выполняются в среднем 63 раза (макс. 70 раз) каждую секунду, во время попеременного повторения горячих и холодных процессов.

Такая технология позволяет добиться наименьшего тепловложения и проплавления, соответственно, меньшим будет разбавление или перемешивание с основным металлом. Как следствие, более низким оказывается содержание феррита в верхнем слое наплавки. При этом экономится целый слой. Это включает не только сокращение времени на операцию, но и снижение расхода присадочного металла с экономией около 50%

Известный международный производитель комплектующих для автомобильной промышленности, ELB-Form GmbH, специализируется на производстве пустотелых конструкций небольшого веса. Основной сферой деятельности ELB-Form GmbH является гидравлическое прессование и сварка сложных конструкций из большого количества отдельных деталей, значительно отличающихся по форме и размеру, а из-за технологических ограничений соединения должны быть очень точными.

Учитывая, что изогнутые или штампованные детали имеют множество дефектов на сопряженных поверхностях, установка заготовок для обеспечения точного зазора не всегда возможна. В то же время размер зазора подвержен значительным колебаниям, и технология сварки должна исключать влияние этих колебаний. Кроме того, толщина стенок деталей также значительно варьируется, что еще больше усложняет задачу. Следовательно, используемый процесс сварки должен иметь два свойства: очень высокую способность перекрывать зазор и очень низкое тепловложение. Вот здесь технология CMT и открывает совершенно новые перспективы в отношении качества и технологичности сварки.

http://tctena.ru/assets/images/articles/18_2.jpg

Рисунок 2- Внешний вид сварного шва при сварке алюминиевых трубчатых каркасов для спортивных автомобилей (ELB-Form)

 

Одно из несомненных достоинств технологии CMT заключается в возможности соединения легких и ультра легких листов, что особенно важно при ремонте кузовов и других аналогичных конструкций. Кроме того процесс CMT позволяет соединять неоднородные конструкционные материалы. В течение длительного периода времени сталь была основным материалом в автомобильной промышленности. Сейчас автомобильная промышленность старается повысить эффективность своего автомобиля за счет снижения массы его кузова. Это можно сделать, добавив некоторые алюминиевые детали со стальными конструкциями. При этом соединение алюминия со сталью сваркой плавлением является одной из основных проблем из-за образования хрупких интерметаллических соединений, которые могут ослаблять механические свойства сварных соединений. Следовательно, способ сварки плавлением с низким подводом тепла и высокой эффективностью может дать результат в использовании алюминия в этой промышленности.

Все это необходимо и находит себя не только в автомобилестроении, но и робототехнике, плакировании, аддитивном производстве, изготовлении композитных штифтов и сварке с ремонтом трещин.

Также очевидны преимущества технологии CMT при соединении алюминиевых материалов, толщиной до 3 мм, хромоникелевые материалов (типа нержавеющих сталей, жаропрочных никелевых сплавов и т.п.) и сталей толщиной до 2мм, при наплавке на оцинкованные листы. Для всех вышеперечисленных сварных соединений имеется общее преимущество – сварка и наплавка осуществляются на скоростях выше тех, которые характерны для обычных процессов сварки и наплавки [4].

Таким образом, технология CMT — это не просто развитие хорошо известной технологии дуговой сварки, она «новое слово» в сварочном производстве. Технология CMT создает совершенно новые перспективы при решении технических задач по сварке и пайке. Применение правильной технологии сварки позволяет оптимизировать весь производственный процесс и обеспечить развитие ремонтного производства с применением передовых решений.

Список использованных источников

1. Брукнер Й. Cold Metal Transfer - новый процесс в технологии соединения / Й. Брукнер, К. Химмельбауэр// Materials Science and Engineering. 2005. С. 38-40.

2. Володин В.Я. Современные сварочные аппараты. М.: Наука и техника, 2008. 303 с.

3. Новые технологии холодной сварки – СМТ: [Электронный ресурс]// ПВ. РФ Международный промышленный портал. URL: https://promvest.info/ru/tehnologii-i-oborudovanie/novyie-tehnologii-holodnoy-svarki-smt/. (Дата обращения: 30.04.2020).

4. Технологический центр ТЕНА: [Электронный ресурс]. URL: http://tctena.ru/stati/cmt. (Дата обращения: 01.05.2020).