Всё для надежной сварки
Печатная версия материала с сайта svarkainfo.ru - портала о сварке. При использовании материалов с сайта, пожалуйста, всегда указывайте источник или гиперссылку.
показать меню

Главная / Библиотека / Наш блог (статьи) / май 2008

2011

ноябрь октябрь сентябрь август июль июнь май апрель март февраль январь
 

2010

декабрь ноябрь октябрь август июль июнь май апрель март январь
 

2009

декабрь ноябрь сентябрь август июль июнь май апрель март февраль январь
 

2008

декабрь ноябрь октябрь сентябрь август июль июнь

май

апрель март февраль январь
 

2007

ноябрь октябрь сентябрь август июль июнь май
 
RSS пїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅ
Главная / Библиотека / Наш блог (статьи) / май 2008

Наш блог (статьи)

УГТУ-УПИ. Кафедра «Технология сварочного производства»

7 мая 2008

Кафедра «Технология сварочного производства» ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет-УПИ», являющаяся одной из старейших в стране и первой на Урале кафедрой подобного профиля, была организована в 1936 году по постановлению Совета труда и обороны СССР «О развитии электросварки и автогенного дела».

Создателем и первым заведующим нашей кафедрой был Г.П. Михайлов, который в 1924 году окончил Московский институт инженеров путей сообщения. Уже в 1927-1928 годах Г.П.Михайлов руководит строительством нового мартеновского цеха Пермского пушечного завода, применяя сварку при изготовлении металлоконструкций. В середине 1928 года он был переведен на строительство Уралмашзавода, где возглавил отдел по проектированию, производству металлических конструкций и возведению металлических сооружений. Опыт, полученный им на заводе, где Н.Г. Славянов создавал электродуговую сварку, пригодился и здесь.

Уже в 1939 году состоялся первый выпуск 34 инженеров-сварщиков. С этого года кафедра ведет систематический выпуск инженеров по специальности «Оборудование и технология сварочного производства». К настоящему времени подготовлено более 3600 специалистов-сварщиков, успешно работающих в различных отраслях промышленности и строительства. Среди них более 50 специалистов подготовлено для стран ближнего и дальнего зарубежья – Кореи, Польши, Чехии и Словакии, Венгрии, Монголии, Китая и Израиля. Кафедра одной из первых в стране организовала обучение студентов профессии сварщика с присвоением разряда. По инициативе сотрудников кафедры введена специализация «Компьютерные технологии в сварочном производстве».

Среди выпускников кафедры значительное количество составляют руководители производства, научные сотрудники высшей квалификации, представители государственной власти.

Наряду с выпуском инженеров кафедра проводила большую работу по подготовке рабочих-сварщиков высокой квалификации.

В 1952 году при кафедре была утверждена аспирантура. Из выпускников кафедры более 120 человек защитили кандидатские диссертации, десяти присвоена ученая степень доктора наук.

Учебный процесс и научно-исследовательская работа на кафедре взаимно дополняют друг друга. С момента организации на кафедре постоянно проводятся научно-исследовательские работы, тесно связанные с потребностью промышленности. Некоторые из них сформировались как приоритетные научные направления деятельности кафедры.

Более 50 лет ведутся работы по изучению процессов сварки и наплавки трехфазной дугой. Автором этого вида сварки является основатель кафедры проф., д-р техн. наук. Г.П.Михайлов. Эти работы позволили разработать технологию и оборудование для различных вариантов сварки трехфазной дугой, выявить преимущества, определить рациональные области применения.

Большой вклад в развитие и совершенствование учебного процесса и научных исследований на кафедре внесли И.И Афанасьев., А.И. Ахун, Р.Ф. Балябин, В.Ф. Безуглый, Е.И. Бобров, О.А. Вахрушев, И.С.Гордиевский, А.А. Гостенин, А.Т. Галактионов, А.У. Еременко, В.П. Ильин, Г.Н. Кочева, В.Е. Крылов, Б.А. Кулишенко, Э.А. Лабутина, Ю.А. Маслов, С.И. Михайлов, А.А. Морозов, И.П. Никонов, И.Р. Пацкевич, И.В. Петунин, В.И. Петунин, М.И. Разиков, А.М. Саламатов, И.Г. Самсонов, С.Г. Сарафанов, В.В. Степанов, И.А. Толстов, В.В. Фоминых, А.А. Фофанов, В.К. Хованец, В.К. Чикунов, М.Я. Шатов, А.Н. Шевнин, В.Ю. Шишкин, А.С. Юровских.

В настоящее время невозможно представить разработку технологии сварки плавлением без учета влияния металлургических процессов: формирования сварочной ванны, взаимодействия фаз в зоне сварки, первичной и вторичной кристаллизации металла шва.

Сформировался ряд направлений деятельности, которые составляют основу Уральской научной школы металлургии сварки и позволяют не только получать новые данные о закономерностях сварочных процессов, но и разрабатывать практические рекомендации по совершенствованию технологии сварки.

С одной стороны, это экспериментальные работы, позволяющие определить конкретные данные по протеканию различных металлургических процессов при сварке. Однако этот путь проведения научных исследований достаточно сложен из-за особенностей сварочных процессов: высокой температуры, малых объемов сварочных шлаковой и металлической ванн, быстротечности протекания. Кроме того, полученные данные объясняют особенности взаимодействия конкретного варианта сварки при заданных технологических режимах и, чаще всего, не могут быть применены для анализа процессов при использовании других сварочных материалов или изменении режимов процесса.

С другой стороны, это разработка различных математических моделей, описывающих процессы взаимодействия на основе фундаментальных законов химической термодинамики и кинетики, тепло- и массопереноса. Такие методы должны обеспечивать прогнозирование химического состава металла шва или наплавленного металла с приемлемой для практики точностью. Естественно, что прогнозирование не заканчивается оценкой состава расплавленного металла и шлака, а имеет логическое продолжение при предсказании итогов первичной и вторичной кристаллизации металла.

Целью каждого из указанных направлений исследований является создание базы для выбора (назначения) режимов сварки и сварочных материалов, обеспечивающих состав и свойства металла шва, которые удовлетворяют эксплуатационным требованиям. Экспериментальный путь выбора весьма трудоемок и не всегда приводит к желаемому результату. Разработка методов прогнозирования открывает возможность оптимизации процесса сварки на стадии проектирования. Создание подобных методов важно и в теоретическом отношении, поскольку близость расчетных и опытных данных является определенным указанием на соответствие принятой расчетной схемы физической картине взаимодействия фаз при сварке.

Благодаря исследованиям металлургических процессов при сварке получила признание в стране и за рубежом Уральская школа ученых-сварщиков.

Прежде всего следует отметить созданное в середине 60-х годов ХХ века проф., д-ром техн. наук М.И. Разиковым научное направление – материаловедение упрочняющей наплавки. К настоящему времени сформировалась научная школа материаловедения металлов и сплавов, полученных упрочняющей наплавкой. Учеными этой научной школы впервые были исследованы структура и свойства мартенситно-стареющих и дисперсионно-твердеющих сталей в процессе превращений при сварке. В результате этих исследований был выявлен и изучен эффект сверхпластичности, проявляющийся в процессе мартенситного превращения. Также было показано, что именно этот эффект может быть использован для снижения уровня остаточных напряжений и опасности образования трещин при наплавке. Исследования позволили обосновать диапазоны концентраций элементов, особенно углерода, при которых реализуется эффект сверхпластичности.

Применение наплавки порошковыми проволоками в углекислом газе наружных и внутренних поверхностей инструмента малого диаметра потребовало подробного изучения таких стадий процесса, как перенос электродного металла, взаимодействие фаз, а также технологической прочности наплавленного металла и др. Для оценки структурных превращений и свариваемости был разработан метод расчета тепловых процессов при широкослойной наплавке колеблющимся электродом.

На основе изучения механизма упрочнения и разупрочнения различных классов сталей в процессе эксплуатации были сформулированы принципы выбора типа наплавленного металла и управления его структурой и фазовым составом в различных условиях нагружения, которыми и по настоящее время пользуются специалисты-наплавщики не только в нашей стране, но и за рубежом. В основу этих принципов были заложены требования обеспечения экономного легирования наплавленного металла при достижении необходимой его износостойкости и технологичности при наплавке за счет использования эффектов самоупрочнения и релаксации напряжений. Применение данной группы наплавочных материалов позволяет увеличить сроки службы быстроизнашивающихся деталей от 3 до 15 раз. В последние годы под руководством проф. Н.В. Королева за счет обобщения имеющихся экспериментальных данных и анализа процессов взаимодействия были разработаны математические модели формирования состава, структуры и свойств наплавленного металла, позволяющие расчетным путем определять возможность образования первичных карбидов, нитридов и боридов, карбидной и карбоборидной фаз эвтектического происхождения, а также концентрации легирующих элементов и количество структурных составляющих в матрице сплава. Результаты расчета кроме указанных данных содержат интегральную работу разрушения (износостойкость сплава).

Отметим метод прогнозирования состава и количества фаз в равновесных многокомпонентных сплавах на основе железа, основанный на термодинамическом подходе к решению данной задачи. В ряде случаев, когда скорости образования фаз относительно велики, такой метод дает результаты достаточно близкие к опытным. Такие условия могут быть реализованы при выделении первичных мелкодисперсных фаз из расплавленного металла, которое характеризуется высокой температурой, большой удельной поверхностью частиц и интенсивной диффузией. Также близким к равновесию может быть фазовый состав сплава в некоторой области температур ниже линии солидус при небольшой скорости охлаждения. Данный метод позволяет решать задачу для произвольного числа фаз. Он основан на последовательном расчете приближения системы к равновесию с использованием выражений для условных скоростей реакций по закону действующих масс. В связи с этим он открывает феноменологическую возможность учета реальных скоростей образования и роста новых фаз при наличии кинетических параметров для рассматриваемых реакций. Его важными достоинствами являются абсолютная сходимость и существование единственного решения.

Таким образом, стало возможным решать не только прямую, но и обратную задачу, что для практики является более важным результатом. Под обратной задачей в данном случае понимается разработка состава наплавочного материала и режимов его наплавки для обеспечения эксплуатационных требований, предъявляемых к наплавленному металлу. Указанный подход позволил разработать серию наплавочных материалов, имеющих ряд преимуществ перед известными.

Исследованиями по сварке и наплавке плазменной дугой внесен большой вклад в теорию и практическое использование методов нанесения покрытий.

В течение последних десятилетий под руководством проф., д-ра техн. наук В.Н. Бороненкова были начаты и в настоящее время продолжаются исследования и разработка методов количественного описания физико-химических процессов при сварке, наплавке, нанесении покрытий и рафинировании металлов. Их целью является создание математических моделей и программного обеспечения, позволяющих прогнозировать химический состав фаз и структуру металла. Особенностью этих моделей является использование фундаментальных законов химической термодинамики, кинетики, теории тепло- и массопереноса при разработке методов описания скоростей одновременно протекающих реакций в системе металл-шлак-газ. Это позволило достичь высокой достоверности прогноза состава фаз, приближающейся в ряде случаев к точности химического анализа.

Были созданы математические модели для прогнозирования химического состава наплавленного металла для различных способов сварки и наплавки:

- дуговая сварка под плавленым или керамическим флюсом;

- электрошлаковая сварка и наплавка;

- дуговая сварка в защитных газах;

- ручная дуговая сварка покрытыми электродами;

- электродуговая металлизация;

- электронно-лучевой, плазменно-дуговой, вакуумно-дуговой, вакуумно-индукционный и электрошлаковый переплавы.

За последние пять лет по результатам научно-исследовательской деятельности было сделано более 10 докладов на международных конференциях, посвященных математическому и компьютерному моделированию в области сварки, материаловедения и металлургических технологий.

На базе полученных результатов моделирования процессов, происходящих при электродуговой металлизации, были модернизированы существующие и разработаны новые узлы соответствующего оборудования. Это позволило увеличить эффективность процесса нанесения покрытий примерно на 15-30 %. На ряде предприятий региона были созданы участки электродуговой металлизации, работа которых показала преимущества данного способа нанесения покрытий по сравнению с традиционными.

В последние годы по инициативе сотрудников кафедры и при их личном участии был создан ряд структурных подразделений УГТУ-УПИ и самостоятельных юридических лиц, которые оптимизировали научно-исследовательскую работу. Такой подход позволил формально разделить фундаментальные, теоретические исследования, которые по-прежнему составляют основное направление деятельности кафедры, и прикладные разработки, составляющие значительную часть инновационных проектов, проводимых совместно кафедрой и упомянутыми организациями (ООО «Уральский институт сварки», ООО «МАНЭПРЕМ», ЗАО «Уральские электроды»). Таким образом в инновационной деятельности кафедры сформировался ряд направлений, имеющих самостоятельное значение, но в то же время составляющих единый комплекс задач сварочного производства:

- разработка сварочных и наплавочных материалов с использованием местного природного и техногенного сырья, оптимальных по содержанию легирующих компонентов, обеспечивающих требуемые эксплуатационные свойства наплавленного металла и учитывающие гигиенические характеристики выделяющихся сварочных аэрозолей; отработка количественных методов испытаний сварочных материалов;

- разработка и совершенствование оборудования для конкретных вариантов технологических процессов; методы оценки сварочно-технологических характеристик оборудования;

- разработка технологий сварки, наплавки и нанесения покрытий на основе исследований и математического моделирования процессов взаимодействия фаз.

Можно выделить отдельные направления работ по совершенствованию и применению математических моделей процессов взаимодействия фаз при сварке, наплавке и в спецэлектрометаллургии, которые будут являться задачами на ближайшие годы.

1. Построение диаграмм состояния металлических сплавов и других систем. Однако в этом случае следует иметь в виду, что требования к точности термодинамических данных должны быть существенно выше. Поэтому при расчетной оценке активностей компонентов в металлической и шлаковой фазах следует обоснованно подходить к выбору соответствующей модели раствора. В частности, достаточно точного прогноза фазового состава многокомпонентных сплавов на основе железа можно ожидать при образовании высокопрочных соединений, образующихся при небольших концентрациях реагентов.

2. Прогнозирование износостойкости наплавочных сплавов при различных механизмах нагружения и подбор необходимых наплавочных материалов и технологических режимов для обеспечения эксплуатационных характеристик изделия.

3. Совершенствование прогноза при разработке состава шихты для изготовления покрытых сварочных электродов для оптимизации как по количественному содержанию компонентов, так и по экономическим показателям. Кроме того, должны учитываться гигиенические характеристики выделяющихся сварочных аэрозолей. В связи с этим возникает необходимость обоснования ввода новых компонентов в шихту с учетом высказанных выше требований и оценки диапазона их концентраций.

4. При разработке порошковых проволок для активированной дуговой металлизации необходимо учитывать особенности этого процесса, влияние которых проще проследить в ходе вычислительного эксперимента, чем проводить натурные испытания. К основным особенностям процесса активированной дуговой металлизации относятся время образования и «жизни» капель, а также их масса (примерно на порядок меньшие, чем при обычных процессах дуговой наплавки). Это вызывает необходимость совершенствования соответствующей математической модели процесса взаимодействия фаз при активированной дуговой металлизации, учитывающей плавление и взаимодействие неоднородного материала, каким является порошковая проволока.

Последние годы кафедра ведет подготовку инженеров по специальности «Стандартизация и сертификация» применительно к машиностроительному производству.

В связи с этим сформировались новые направления научной деятельности – аттестация и сертификация персонала, материалов, оборудования и технологий.

Кафедра в своей деятельности тесно сотрудничает с институтами УрО РАН, научно-исследовательскими организациями и промышленными предприятиями региона.


пїЅпїЅпїЅпїЅпїЅ: профессор, д.т.н., заведующий кафедрой Технологии сварочного производства, УГТУ-УПИ - Шалимов Михаил Петрович | пїЅпїЅпїЅ пїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅ пїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅ...