Проаналізовано існуючі системи активного впливу на перенесення електродного металу при управлінні процесом дугового зварювання плавким електродом, в тому числі, і на основі імпульсної подачі електродного дроту. Особливо виділено новий спосіб зварювання - з керованими параметрами руху за рахунок введення в електропривод зворотних зв'язків за параметрами дугового процесу зварювання-наплавлення з дозованою подачею дроту. Розглянуто алгоритм реалізації зварювання з дозованою подачею. Обрано електропривод механізму подачі, який базується на спеціально розробленому швидкодіючому вентильному електродвигуні з комп'ютеризованим регулюванням. Для аналізу та вибору параметрів цієї системи запропоновано розглядати її в комплексі з дуговим процесом із застосуванням методів гармонійної лінеаризації.

Дуговая наплавка с применением низкочастотных механических колебаний сварочной ванны является простым и эффективным технологическим решением для существенного повышения технологической прочности наплавляемого металла. Создание установки с простой и точной системой обеспечения таких колебаний является ключевой задачей в проведении качественных исследований. Для создания установки необходимо провести серию расчетов, позволяющих выбрать основные узлы обеспечения колебаний с заданными характеристиками, ввода параметров и управления процессом колебания. Наиболее применяемыми технологическими приемами влияния на показатель технологической прочности является механическое и/или тепловое влияние на сварочную ванну или сварочный инструмент. В последнее время широко применимы такие методы, как периодическое воздействие магнитного поля на расплав сварочной ванны, импульсные режимы наплавки на базе аддитивных алгоритмов управления работой оборудования, применение ультразвука и дополнительного легирования наплавляемого металла, а также комбинированные методы. Большинство работ посвящено исследованию периодического воздействия на расплав сварочной ванны с частотами, существенно превышающими 10 Гц, в то время как влияние колебаний диапазона низких частот почти не исследован. Провести анализ факторов, влияющих на работу установки по обеспечению продольных механических гармонических колебаний сварочной ванны частотой до 5 Гц и амплитудой до 7 мм. На основе данного анализа разработать методику определения крутящего момента и осуществить выбор электродвигателя. При заданной частоте колебания подвижного стола с закрепленной деталью определяется момент на валу электродвигателя с учетом статической и динамической составляющих для максимального веса наплавляемого изделия и его смещения относительно направления наплавки. Задаваясь углом поворота изделия, что определяется желаемой величиной ширины наплавленного валика, определяется полное время (период) колебательного движения. На основании полученных результатов осуществляется выбор типа и модели электродвигателя. Выводы: расчет и конструирование устройства для получения регулируемых колебаний наплавляемого или свариваемого изделия должен базироваться на определении нескольких составляющих, основные из которых: статическая и динамическая составляющие момента, прилагаемого к двигателю, при этом необходимо при выполнении наплавленного слоя учитывать возможность смещения изделия относительно оси колебаний, если это невозможно выполнить смещением сварочного инструмента. Наиболее перспективными для применения являются высокомоментные безредукторные электродвигатели (шаговые и вентильные) с компьютеризованными системами управления и регулирования. Именно такие электродвигатели позволяют получить достаточно высокую регулируемую частоту колебаний. Разработанная установка, ее эффективная работа и полученные результаты могут быть прототипом для промышленного изготовления и применения при высококачественной и производительной сварке-наплавке металлоконструкций небольших габаритов.

Исследования показали, что использование стандартной настройки контура скорости на симметричный оптимум системы управления механизмом подачи автоматизированного сварочного оборудования обеспечивает частоту импульсной подачи электродной проволоки до 60 Гц и улучшение качества сварных соединений. На основе концепции обратных задач динамики в соединении с минимизацией функционала мгновенного значения кинетической энергии синтезирован регулятор скорости, что позволило повысить частоту импульсов до 100 Гц при отработке требуемого линейного перемещения проволоки. Это существенно расширяет возможности электродуговой сварки и наплавки. Система управления механизмом подачи проволоки реализована на основе безредукторного вентильного электропривода.

Дуговая сварка и наплавка с применением импульсной подачи электродной проволоки (ЭП) и механических колебаний сварочной ванны являются эффективным средствами существенного повышения качества результатов проведения технологических процессов, выполняемых механизированным или автоматическим оборудованием. Для рационального выбора параметров импульсной подачи и колебаний сварочной ванны необходима разработка математического описания результатов применения этих технологий сварки и наплавки. Для создания методик выбора параметров импульсной подачи ЭП и колебаний сварочной ванны необходимо провести выбор наиболее характерных и применимых форм воздействий, изыскать способы их математического описания и методы решения уравнений, описывающих результаты их действий на технологический процесс. Наиболее используемыми технико-технологическими приемами влияния на показатели качества сварного шва и наплавленного слоя, в том числе прочности, является механическое и/или тепловое влияние на сварочную ванну. В последнее время широко применимы такие методы, как периодическое воздействие магнитного поля на расплав сварочной ванны, импульсные режимы сварки и наплавки на базе заданных алгоритмов управления работой оборудования (источники сварочного тока, механизмы подачи электродной проволоки), применение дополнительного легирования наплавляемого металла, а также комбинированные методы. Несмотря на значительный прогресс в создании новых типов оборудования для сварки и наплавки с импульсными алгоритмами функционирования, в частности, механизмов подачи с управляемыми параметрами движения до настоящего времени мало исследований, посвященных математическому описанию действия импульсов различной формы на процессы сварки и плавки. Проведен анализ факторов, влияющих на структуру металла шва и наплавленного слоя с целью повышения качества результатов процессов сварки и наплавки, выявить применяемые формы импульсных воздействий, определить математические описания импульсов, описания динамических процессов при сварке с учетом движений сварочной ванны. Найдены способы решения полученных дифференциальных уравнений. Показаны результаты импульсных воздействий на структуру металла шва, обеспечивающие существенное улучшение механических свойств сварного соединения и наплавленного слоя. Выбраны и описаны в математической форме импульсы управляемого движения ЭП. Найдены описания процессов при дуговом воздействии, а также движений сварочной ванны. Получены дифференциальные уравнения импульсных воздействий на результаты сварочного процесса. Решения полученных уравнений основываются на применении операционного исчисления. Выводы: импульсная подача ЭП с управляемыми характеристиками дает возможность существенно улучшить структуру металла шва, что в значительной степени повышает прочность сварного соединения и наплавленного слоя, а также снижают энергетические затраты и ресурсопотребление. Технология сварки и наплавки с применением импульсной подачи ЭП наиболее эффективна при рационально выбранных параметрах импульсного движения проволоки, что невозможно без математического описания этого процесса. Математическое описание в доступном для практического применения видепрактически исключает этап достаточно длительных и затратных экспериментальных исследований, а также позволяет прогнозировать ожидаемые результаты.

Процессы электродуговой сварки и наплавки автоматическим или механизированным оборудованием одни из наиболее востребованных технологий постоянно совершенствуются, в том числе и за одним из основных направлений - применение импульсных воздействий. Перспективным является применение импульсной подачи электродной проволоки (ЭП), а в последнее время подачи с управляемыми характеристиками и дозированной подачи. Широкое применение оборудования с импульсными алгоритмами движения электродной проволоки несколько сдерживается, в том числе из-за недостатка исследований по технико-технологическим возможностям сварки-наплавки с импульсной подачей ЭП. С целью обоснованного выбора способа импульсной подачи ЭП и эффективного его применения при сварке и наплавке, в том числе сложных для дугового процесса дуплексных сталей, необходима комплексная оценка влияния импульсов движения проволоки с различными параметрами на формирование металла шва, наплавленного слоя, а также их структуру и другие характеристики сварочного процесса. Исследования, касающиеся влияния импульсной подачи ЭП на технико-технологические результаты электродуговой сварки и наплавки механизированным оборудованием, проводятся постоянно, что частично отражено в отечественной и зарубежной технической литературе, однако, как правило, они не носят комплексного характера и зачастую не подтверждены доказательными экспериментальными исследованиями с использованием современной техники эксперимента. Все это не позволяет оценить в полной мере возможности импульсной подачи ЭП и расширить применение соответствующего оборудования. Представлены экспериментальные исследования, касающиеся результатов, получаемых при сварке-наплавке с управляемой и дозированной подачей ЭП. Эти результаты относятся к формированию сварного шва, его структуре, выявлению ее особенностей. При этом изучены явления колебаний ванны, формирование теплового поля, микроструктуры сечений наплавленных валиков, определены размеры кристаллитов. Полученные данные свидетельствуют о факте значительного положительного влияния на формирование сварного шва и наплавленного слоя, их структуру и возможности управления ими за счет изменения параметров импульсов подачи ЭП, что делает возможным расширение применения рассмотренных способов сварки и наплавки. Выводы: ряд исследований, которые направлены на выявление эффективности процессов сварки и наплавки при применении управляемой импульсной подачи ЭП относятся к физико-механическим и другим свойствам сварных соединений и наплавленных слоев и показывают существенные преимущества в сравнении с конвенциальной подачей, обеспечивая повышение качества металла, в том числе и за счет дробления кристаллитов и снижения тепловложений. Среди ряда способов обеспечения импульсной подачи дозированная подача, с обратными связями по параметрам дугового процесса, наиболее эффективна. Эффективность применения процессов сварки и наплавки может быть использована при сварке плохо свариваемых сталей и сплавов алюминия. Это, в частности, касается сварки дуплексных сталей, некоторых сплавов алюминия, тонколистовых конструкций. Следует рекомендовать все более широко применять механизированное и автоматическое оборудование в технологической практике при создании и ремонте самых разнообразных конструкций.

Рассмотрены и проанализированы основные технические средства и способы импульсного управления процессом дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитных газов, разработанные в последнее время в ИЭС им. Е. О. Патона и Национальном университете кораблестроения им. адмирала Макарова. Значительное внимание уделено способам с использованием систем импульсного воздействия на процессы переноса электродного металла, формирование сварных швов и структуру наплавленного металла. Показана перспективность применения систем с импульсной, дозированной подачей электродной проволоки, приведены результаты эффективного управления сварочными и наплавочными процессами. Рассмотрены способы дуговой сварки с импульсной подачей защитного газа и с двухструйной газовой защитой и указаны проблемы, препятствующие широкому использованию этих способов. Приведены результаты некоторых исследований по влиянию внешних электромагнитных воздействий на перенос электродного металла, формирование и кристаллизацию швов и приведены примеры эффективного применения данного способа управления сварочным процессом. Выполнен анализ способов механического воздействия на сварочный процесс с использованием различных систем колебателей. Показана возможность комбинированного управления переносом электродного металла, формированием наплавленного валика и структурой его металла в зависимости от схемы ввода колебаний и параметров колебательного процесса. Указано на перспективность применения способа для наплавочных работ.

Актуальность работы. Использование механических гармонических колебаний сварочной ванны или инструмента является недорогим и достаточно простым средством формирования желаемой степени дисперсности структуры, а значит прочности наплавленного металла. Возможность по-разному прикладывать колебания относительно оси наплавки (сварки) позволяет формировать сварочный шов или наплавливаемый валик с определенной анизотропией механических свойств в заданном направлении. Исследованию формирования микроструктуры в условиях периодического воздействия на расплав посвящено большое количество работ. Однако, исследования касаются в основном изучения влияния с частотами, значительно превосходящими 5 Гц и амплитудами от нескольких микрон до 2 - 3 мм. Исследуется возможность колебаниями расплава сварочной ванны с частотным 2,5 - 4,5 Гц и амплитудным диапазоном 3 - 7 мм влиять на значение твёрдости наплавленного металла и металла зоны термического влияния (ЗТВ). Цель работы - получение количественных зависимостей, определяющих величину твёрдости наплавленного металла и ЗТВ как функцию от параметров технологического и колебательного режимов. Методы исследования. Для исследований образцы были подготовлены и отполированы до 14 степени чистоты по ГОСТ 25593-83. Наплавка производилась легированной проволокой в среде углекислого газа на подложку из углеродистой стали. Твёрдость по Виккерсу определялась с помощью твердомера LECO M-400 с нагрузкой индентера 1 кг согласно ДСТУ ISO 6507-1:2007. Результаты измерений обрабатывались методом регрессионного анализа при помощи программных пакетов STATISTICA 12 и PTC Mathcad Prime 3.1. Результаты. Получены регрессионные модели зависимости величины твёрдости наплавленного металла и металла ЗТВ от силы тока и скорости наплавки, амплитуды и частоты гармонических колебаний сварочной ванны. По полученным моделям построены контурные графики зависимости величины твёрдости от амплитудно-частотных характеристик колебаний. Приведен вариант прогноза получения максимальной твёрдости наплавленного металла и металла ЗТВ при токе наплавки 125 А и скорости наплавки 14 м/ч. Научная новизна. Проведены эксперименты по наплавке образцов при различных колебательных режимах сварочной ванны, что осуществлялось посредством применения программируемого шагового двигателя. Построены эмпирические зависимости влияния величин тока и скорости наплавки, частоты и амплитуды колебаний определённого диапазона на величину твёрдости наплавленного металла и ЗТВ. Практическая ценность. Доказана возможность повышения твёрдости наплавленного металл и ЗТВ за счёт применения колебаний сварочной ванны данного амплитудно-частотного диапазона. Определены значения амплитуды и частоты колебаний при оптимальных значениях силы тока и скорости наплавки, позволяющие получить максимальное значение твёрдости.

Актуальность работы. Использование механических гармонических колебаний сварочной ванны или инструмента является недорогим и достаточно простым средством формирования желаемой степени дисперсности структуры, а значит прочности наплавленного металла. Возможность по-разному прикладывать колебания относительно оси наплавки (сварки) позволяет формировать сварочный шов или наплавливаемый валик с определенной анизотропией механических свойств в заданном направлении. Исследованию формирования микроструктуры в условиях периодического воздействия на расплав посвящено большое количество работ. Однако, исследования касаются в основном изучения влияния с частотами, значительно превосходящими 5 Гц и амплитудами от нескольких микрон до 2 - 3 мм. Исследуется возможность колебаниями расплава сварочной ванны с частотным 2,5 - 4,5 Гц и амплитудным диапазоном 3 - 7 мм влиять на значение твёрдости наплавленного металла и металла зоны термического влияния (ЗТВ). Цель работы - получение количественных зависимостей, определяющих величину твёрдости наплавленного металла и ЗТВ как функцию от параметров технологического и колебательного режимов. Методы исследования. Для исследований образцы были подготовлены и отполированы до 14 степени чистоты по ГОСТ 25593-83. Наплавка производилась легированной проволокой в среде углекислого газа на подложку из углеродистой стали. Твёрдость по Виккерсу определялась с помощью твердомера LECO M-400 с нагрузкой индентера 1 кг согласно ДСТУ ISO 6507-1:2007. Результаты измерений обрабатывались методом регрессионного анализа при помощи программных пакетов STATISTICA 12 и PTC Mathcad Prime 3.1. Результаты. Получены регрессионные модели зависимости величины твёрдости наплавленного металла и металла ЗТВ от силы тока и скорости наплавки, амплитуды и частоты гармонических колебаний сварочной ванны. По полученным моделям построены контурные графики зависимости величины твёрдости от амплитудно-частотных характеристик колебаний. Приведен вариант прогноза получения максимальной твёрдости наплавленного металла и металла ЗТВ при токе наплавки 125 А и скорости наплавки 14 м/ч. Научная новизна. Проведены эксперименты по наплавке образцов при различных колебательных режимах сварочной ванны, что осуществлялось посредством применения программируемого шагового двигателя. Построены эмпирические зависимости влияния величин тока и скорости наплавки, частоты и амплитуды колебаний определённого диапазона на величину твёрдости наплавленного металла и ЗТВ. Практическая ценность. Доказана возможность повышения твёрдости наплавленного металл и ЗТВ за счёт применения колебаний сварочной ванны данного амплитудно-частотного диапазона. Определены значения амплитуды и частоты колебаний при оптимальных значениях силы тока и скорости наплавки, позволяющие получить максимальное значение твёрдости.

Предмет изучения - напряженное состояние при изгибе, как в упругой, так и упруго-пластической стадии, плоского образца с напыленным слоем, имеющем иные механические свойства (модуль упругости и предел текучести), чем материал подложки. Цель работы - выбор вариантов покрытий малой (мягкий слой), нейтральной и большой (жесткий слой) жесткости по отношению к основному металлу, имеющему меньший предел текучести, при разных соотношениях их толщин (0,2, 0,4 и 0,6). Задачи: выполнить анализ распределения нормальных напряжений, определить наиболее загруженные точки на поверхности напыленного слоя и на нижней поверхности подложки, определить условия и причины появления трещин в напыленном слое и пластических деформаций в подложке. Используемыми методами являются компьютерное моделирования и аналитические расчеты. Получены следующие результаты. Характер распределения напряжений существенно зависит от соотношения толщин напыленного слоя и подложки и не изменяется при пропорциональном их увеличении или уменьшении. Наиболее загруженными точками в сечении, где нормальные напряжения достигают максимальных значений, являются точки на поверхности напыленного слоя и на нижней поверхности подложки. Максимальные нормальные напряжениякак в напыленном слое, так и подложке, значительно (на 2 порядка) превышают касательные. Таким образом, именно они являются основной причиной появления трещин в напыленном слое и пластических деформаций в подложке. При этом результаты расчетов по аналитическим формулам, основанным на законах механики твердого тела, и полученные компьютерным моделированием совпадают, что подтверждает адекватность моделирования. На уровень напряжений при неизменной толщине подложки влияет как относительная толщина напыленного слоя, так и его жесткость. Максимальные напряжения в напыленном слое снижаются с увеличением его относительной толщины и увеличиваются с ростом его относительной жесткости. Выводы: полученные различными методами теоретических исследований результаты позволяют определить направления совершенствования оборудования, технологических приёмов выбора режимов, активных материалов для получения напыленных слоёв с высоким качеством для узлов и деталей различных конфигураций и различных материалов изделий и напыляемых материалов. Результаты работы могут быть использованы на практике при разработке технологических карт ведения процессов напыления. Научная новизна полученных результатов состоит следующем: усовершенствованы методы изучения напряженного состояние плоских образцов с напыленным слоем при испытаниях на изгиб; впервые получены результаты влияния комплекса условий напыления на прочностные характеристики напылённого слоя.

Рассмотрены популярные проформы зерновых чартеров. Особое внимание уделено проформам Norgrain 89 и Synacomex 2000. Раскрыто содержание правовых институтов, таких как: порт (порты) погрузки и выгрузки груза, фрахт и другие платежи, в частности, демередж, диспач и плата стивидорам, удержание груза. Достаточно подробно рассмотрены лейкен и сталия, фумигация и девиация, а также ледовая оговорка. Системно проанализированы отдельные аспекты договора фрахтования судов, обнаружены внешние связи рейсового специализированного зернового чартера.

Рост капли в процессе наплавки плавящимся электродом характеризуется линейной зависимостью изменения тока от времени. Выдвинута гипотеза, согласно которой снижение скорости подачи электродной проволоки до нуля в данном временном промежутке существенно уменьшит потери на разбрызгивание и улучшит формирование наплавочного валика, для реализации чего предложено применение регуляторов с типовым законом регулирования, но не по текущему значению тока дуги, а по прогнозу. Ключевой особенностью данных исследований является осуществление данного процесса наплавки с наложением внешних механических колебаний с заданными амплитудно-частотными характеристиками на сварочную ванну. Приведен аналитический расчет передаточной функции дл я прогностического ПИД регулятора c простейшим линейным прогнозом с учетом колебания сварочной ванны.

Рассмотрена возможность применения в сварочном оборудовании электроприводов с шаговыми и вентильными электродвигателями. На основе примеров выполненных разработок механизированного и автоматического сварочно-наплавочного оборудования различного назначения показаны преимущества применения бесколлекторных электродвигателей в комплекте с компьютеризованными системами управления и регулирования в различных системах для выполнения тех или иных технологических функций. Особо подчеркнута эффективность применения шаговых и вентильных электроприводов для осуществления модулированной и импульсной подачи электродной проволоки. Отмечена перспективность развития оборудования применением электроприводов с шаговыми и вентильными электродвигателями.

Приведены примеры роботизации, автоматизации и механизации сварочных и родственных процессов на базе механического сварочного оборудования (МСО ). В состав комплексов и установок, применяемых для процессов сварки или наплавки, входят как серийные образцы МСО, так и специально созданные, учитывающие индивидуальность конструкции изделия и технологические особенности его изготовления. Показано широту решаемых задач и возможность отечественного производителя МСО осуществлять разработку и создавать современные высокотехнологические комплексы и установки для сварки и наплавки. Отмечена возможность разработки специального МСО для новых технологий сварки и наплавки в составе роботизированных комплексов и автоматических установок.

Изложены основные положения методики проведения испытаний крышек разгрузочных люков универсальных полувагонов. Указаны способы и методы проведения испытаний при действии статических и ударных загрузок, предусмотренных действующими нормативными документами Украины и стран СНГ. Представлена разработанная схема расстановки тензорезисторов на различных элементах крышки люка, приведены результаты испытаний крышки люка полувагона. Показан порядок расчетов при обработке опытных данных. Выявлены зоны повышенных напряжений в основных элементах крышки люка, которые не превысили допустимых напряжений. Приведенные результаты исследований могут служить основой для нормирования действующих на крышку нагрузок в условиях эксплуатации и проведения дальнейших исследований.

Определены зависимости роста объёма капли жидкого металла при наплавке от частотных характеристик колебания сварочной ванны. Рассмотрены возможности реализации наплавки в данных условиях как с короткими замыканиями дугового промежутка, так и без них, а также с применением порошковой проволоки. Получены соответствующие зависимости для объема капли и частоты переноса капель в сварочную ванну.

Выдвинута гипотеза возможности снижения степени разбрызгивания при наплавке в углекислом газе посредством задания частотных характеристик колебания сварочной ванны. Представлены уравнения, являющиеся результатом теоретических исследований, на основе которых определено выражение для частоты коротких замыканий междугового промежутка в процессе наплавки на постоянном токе. На основе краткого литературного анализа трудов прошлых лет показано, что частота, накладываемая на ванну, должна определяться собственной частотой кристаллизации вблизи фронта кристаллизации расплава, которая определяется скоростью наплавки и кристаллизационными характеристиками металла сварочной ванны. В связи с тем что до сих пор не создана строгая теория кристаллизации в условиях внешних колебаний, представлены зависимости по определению амплитудно-частотных характеристик, полученные различными исследователями. Приведен пример расчета времени горения дуги и короткого замыкания в процессе наплавки, на основании чего определена частота коротких замыканий.

Рассмотрен процесс наплавки как периодический, где в первый полупериод происходит формирование капли, а во второй - процесс короткого замыкания. Аналитически рассчитаны зависимости силы тока от величины длины дугового промежутка и плотности тока от длины дуговой перемычки. Ключевой особенностью данной работы является переменное значение дугового промежутка, меняющееся по периодическому, наперёд заданному закону. Полученные зависимости должны помочь в разработке технологии и оборудования для контроля формирования структурных составляющих и размера кристаллитов в металле наплавляемого валика с применением внешних низкочастотных механических колебаний.

Получена формула для определения скорости наплавки, осуществляемой в условиях воздействия механических колебаний на сварочный инструмент, сварочную ванну и длину дуги, исходя из условия сплошности ширины наплавляемого валика.

Предложено обобщение нового метода нелокальной фильтрации изображения с применением технологии суррогатных данных в условиях отсутствия априорной информации о свойствах шума и изображения, а также проведен его сравнительный анализ с локальными методами линейной и винеровской фильтрации.

Исследован процесс теплообразования при шлифовании металлов и сплавов; определены количество теплоты, выделяющееся при резании металла отдельными абразивными зернами, суммирование тепловых потоков от отдельных зерен и формирование мощности теплового источника в зоне контакта шлифовального круга со шлифуемой деталью. Знание теплонапряженности процесса шлифования дает возможность не допускать шлифовочных прижогов и трещин. Это резко снижает прочность, надежность и долговечность детали.