Стабилизация качества соединений при контактной точечной микросварке деталей из циркониевого сплава Э110 (автореферат)

 Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулированы цель работы и основные задачи исследований, показана научная новизна и практическая значимость работы, изложены выносимые на защиту положения.
В первом разделе представлен анализ особенностей формирования литого ядра при точечной микросварке, путей повышения стабильности качества соединений на основе экспериментальных и теоретических работ отечественных и зарубежных авторов. Рассмотрены особенности сварки материалов, используемых при изготовлении деталей активной зоны атомных реакторов, а также расчетные методы оценки факторов, влияющих на качество точечных сварных соединений. На основании проведенного анализа научно-технической литературы был сделан вывод, что при точечной контактной микросварке циркониевых сплавов наиболее актуальны следующие проблемы.
1. Большой разброс первоначальных значений контактных сопротивлений деталь-деталь и электрод-деталь, что обусловлено физическими свойствами металла соединяемых деталей и электродов, а также состоянием их поверхности, конструкцией соединяемых деталей, степенью износа электродов и скорости их сжатия. Эти факторы приводят к нестабильности выделения тепла при протекании сварочного тока и, соответственно, качества выполняемых соединений.
2. Существенная зависимость прочностных и коррозионных свойств соединений от режима сварки.
3. Отсутствуют методы автоматического регулирования процесса формирования соединений и неразрушающего контроля, что предъявляет еще более высокие требования к стабильности качества сварки ответственных конструкций.
Анализ путей решения перечисленных проблем, предложенных в литературных источниках, показал, что авторами освещена технология формирования соединений на конденсаторных машинах, а какие-либо рекомендации по использованию машин с современными источниками питания, позволяющими формировать импульс тока с заданными АВП, отсутствуют. На основании этого был сделан вывод об актуальности проведения исследований влияния АВП импульса тока на свойства соединений тонкостенных деталей, выполняемых контактной точечной сваркой.
Второй раздел посвящен описанию свойств циркониевого сплава Э110. методов исследований, а также технических характеристик применяемого сварочного оборудования.
В третьем разделе приведены результаты исследований влияния изменений в электродах,
происходящих по мере их износа, на механические свойства сварных соединений при изготовлении ДР из ячеек толщиной 0,25 мм.
Исследования проводили с использованием электродов из бронзы Бр.ХЦр со сферической рабочей поверхностью радиусом 4 мм. Усилие сжатия электродов F3 задавали
электродов
равным 300+40 Н. Алгоритмом амплитудной модуляции сварочного тока предусматривали два этапа формирования соединений: подогрев и сварка.
В частности, была проведена оценка влияния количества выполненных точек на деформацию сферы и площадь деформированной поверхности (рис. 1), шероховатость, структуру и микротвердость металла рабочей части электродов, а также на площадь литого ядра и прочность соединений, выполняемых с их использованием. Одновременно определяли возможность контроля качества выполняемых соединений (площади литого ядра и прочности на отрыв) по изменению сопротивления участка электрод-электрод при формировании литого ядра по мере износа электродов путем статистической обработки экспериментально определенных значений. Исследуемые параметры оценивали отдельно для каждой изготовленной ДР в связи с особенностью ее конструкции (рис. 2), так как в процессе сварки ячеек между собой образуются жесткие контуры, что негативно влияет на стабильность начальных условий и качественные показатели каждой последующей точки (общее количество точек при производстве ДР составляет 1632 шт.). С целью компенсации уменьшения плотности тока в связи с износом рабочей части электродов его амплитуду на этапе сварки увеличивали после изготовления первой ДР (1632 точки) с 2750 А до 3000 А. после изготовления следующих шести ДР (9792 точки) — с 3000 А до 3250 А. Ресурс электродов составляет 15000 сварных точек.
Было выявлено (рис. 3), что после изготовления 11000 точек шероховатость рабочей поверхности электродов уменьшается до значений, присущих поверхности ячеек ДР (Да = 0,1 мкм) и при сварке последующих 4500 точек не изменяется. Деформация сферы рабочей поверхности электродов и рост площади ее деформированной части наиболее значительно происходит в начальный период их эксплуатации (1500+2000 точек), когда поверхности прирабатываются. При сварке следующих 10000 точек, рабочая поверхность деформируется незначительно. После сварки 12000 точек деформация электродов происходит более интенсивно.
Проведенные исследования позволили сформулировать требования к амплитудно-временным параметрам импульса тока, применительно к сварке тонкостенных деталей из циркониевого сплава Э110. В частности, для эффективной стабилизации значений контактных сопротивлений участка электрод-электрод необходимо применять на этапе подогрева импульс тока с дискретным двухступенчатым (500 А; 0,5 мс) повышением тока до 1 кА, после чего на этапе сварки увеличить ток до 3 кА за 1 мс и после 0,25 мс последующее его равномерное уменьшение до нулевого значения в течение 14 мс.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
1. Определены закономерности изменения параметров рабочих поверхностей электродов от количества сваренных с их использованием точек. Установлено, что по мере износа электродов площадь литого ядра и прочность получаемых сварных точек уменьшаются, а увеличение амплитуды сварочного тока не позволяет компенсировать ухудшение качества соединений.
2. Показано, что необходимо экспериментальное подтверждение расчетных значений дестабилизирующих факторов, оказывающих влияние на качество сварных соединений, так как они характеризуются существенным разбросом.
3. Установлено, что при контактной точечной микросварке деталей толщиной 0,25 мм из циркониевого сплава Э110 начальные условия формирования соединения стабилизируются (#ээ=3,2±0,3 мОм) на этапе подогрева, для реализации которого необходимо дискретное двухступенчатое (500 А; 0,5 мс) повышение тока до 1 кА. В случае увеличения длительности этапа подогрева, а также скорости нарастания тока или его амплитуды, сопротивление участка электрод-электрод уменьшается.
4. Экспериментальные исследования влияния длительности импульса тока с амплитудным значением 3 кА (на этапе сварки) на свойства соединения деталей толщиной 0,25 мм из циркониевого сплава Э110 позволили выявить, что общая зона сплавления начинает формироваться по истечении 0,2 мс. Дальнейшее увеличение длительности импульса тока приводит к улучшению прочностных показателей соединения за счет увеличения глубины проплавления. При длительности импульса тока более 1,5 мс рост объема расплавленного металла прекращается, а структура металла литого ядра становится крупнодисперсной и характеризуется наличием хрупких метастабильных фаз, что снижает прочностные свойства соединения.
5. Увеличение времени спада тока с 1 мс до 14 мс (после формирования общей зоны сплавления) приводит к повышению прочности соединения в среднем на 18 % и уменьшению разброса ее значений до 3 %.
6. Результаты проведенных исследований подтверждают, что разработанные амплитудно-временные параметры униполярного импульса тока при сварке ячеек дистанционирующих решеток из циркониевого сплава Э110 толщиной 0,25 мм позволяют формировать соединения прочностью 290±Ю МПа.