Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение

Рассмотрена многокритериальная оптимизация процесса электронно-лучевой сварки с использованием экспериментальных данных, полученных при выполнении сварочных проходов на образцах из аустенитной стали. Применение статистического подхода при анализе геометрических характеристик зон проплавления позволяет получить достаточно точные модели процесса сварки, описывающие зависимость геометрии швов на нержавеющей стали от параметров режима сварки. Решен ряд конкретных задач, связанных с повышением качества сварных швов при электронно-лучевой сварке данных сталей. Разработан графический пользовательский интерфейс, позволяющий осуществлять выбор и оптимизацию параметров процесса сварки для получения сварных швов с заданными качественными характеристиками. Полученные модели применимы в компьютерной экспертной системе, которая может быть развита для поддержки операторов при выборе сварочных режимов в соответствии с требованиями заказчика и технических стандартов. Такие системы могут быть использованы в образовании и обучении операторов и в прогнозировании и оптимизации технологии электронно-лучевой сварки.

Исследовано влияние интенсивной пластической деформации в условиях сухого трения скольжения на структуру, микротвердость и сопротивление изнашиванию титана ВТ1-0, подвергаемого газовому азотированию. Показано, что данная деформация приводит к образованию в поверхностном слое толщиной до 10 мкм титана нанокристаллической структуры с размером α-кристаллов 10-100 нм и микротвердостью около 3,1 ГПа. Наличие данной структуры активизирует насыщение азотом поверхности титана в процессе его последующего газового азотирования при температурах 650-750 °С. Образование нитридной нанокристаллической фазы TiN в деформированном титане происходит при относительно невысокой (700 °С) температуре азотирования и непродолжительной (2 ч) выдержке. Объемная доля нитридной фазы, образующейся в слое толщиной до 10 мкм, достигает десятков процентов, что обеспечивает повышенный уровень микротвердости азотированной поверхности деформированного трением титана. Предварительная интенсивная пластическая деформация отрицательно влияет на сопротивление усталостному изнашиванию азотированного титана, что обусловлено повышенной хрупкостью деформированного и далее азотированного поверхностного слоя рассматриваемого материала.

Проведено исследование структуры, фазового состава и свойств цементованных покрытий, полученных различными методами на сталях 20Х, 12ХН3А и 20ХН3А (3 варианта: цементация в твердом карбюризаторе, газовая цементация и цементация в кипящем слое). С помощью послойного рентгеноструктурного анализа более детально были рассмотрены и уточнены некоторые аспекты формирования остаточного аустенита в градиентных слоях цементованных широко применяемых низкоуглеродистых сталей. Определены такие параметры остаточного аустенита, как распределение по глубине цементованного слоя, концентрация углерода, напряженное состояние. Получено экстремальное распределение остаточного аустенита в поверхностном слое после цементации и последующей стандартной термической обработки исследуемых сталей. Большое количество остаточного аустенита в структуре цементованных слоев после окончательной обработки (до 50 % остаточного аустенита в максимуме) не приводит к резкому падению микротвердости по глубине слоя. Микротвердость распределяется по глубине слоя равномерно, без скачков при всех вариантах науглероживания. Показано некоторое несоответствие определения количества остаточного аустенита в цементованном слое широко применяемых низкоуглеродистых сталей по структуре шкалы балльности справочника и результатов послойного рентгеноструктурного анализа цементованных слоев.

Проведен анализ возможных мер защиты электрооборудования от агрессивного воздействия техногенной пыли. Объектом исследования являются электронные платы, взятые из одного и того же оборудования после выхода их из строя. Исследованы причины, приведшие к массовому выходу из строя электронных плат. Представлены фотоматериалы, подтверждающие отрицательное влияние внешней технизированной среды на эксплуатационные свойства исследуемых плат. Предложен способ защиты производств от пыли разного размера, в том числе наноразмерной. В связи с этим обращено внимание на эффективность использования системы «Эковеста». Для улавливания частиц пыли наноразмеров система «Эковеста» дополнительно усовершенствована за счет проведения работ по усилению эффекта очищения окружающей среды и оборудования от пыли. При этом использован скоростной режим вращения воды. В результате получена структура воды с более плотной организацией структурных элементов в виде волокон и других сложных образований, а воздушные полости соединены перемычками, с помощью чего образуется эффективная ловушка для пыли нано- и более крупных размеров.

Работа посвящена исследованию воздействия внешних механических и температурных факторов на стабильность параметров волоконного световода типа PANDA, используемого в когерентных коммуникационных системах и интерферометрических датчиках. Исследования проводились в условиях производственного эксперимента с использованием метода факторного анализа и рефлектометрии. Для факторного анализа была применена четырехфакторная модель первого порядка. В качестве параметра оптимизации использовали критерий способности сохранять поляризацию при прохождении излучения по оптическому волокну - коэффициент экстинкции ( h -параметр). С помощью импульсной рефлектометрии было исследовано затухание сигнала в волокне, позволяющее учесть величину абсолютного натяжения волокна. Исследованиями установлено, что в интервале эксплуатационных температур (0¸40 °С) температурный фактор не оказывает заметного влияния на параметры поляризации излучения в волокне. Исследования влияния длины волокна, натяжения и диаметра принимающей катушки на величину коэффициента экстинкции показали, что наиболее значимыми факторами являются диаметр катушки и длина волокна. Также установлено, что большое значение имеют изгибные деформации в волокне, которые являются превалирующим фактором потери мощности в волокне. Увеличение диаметра принимающей катушки уменьшает величину изгибных деформаций. Анализ рефлектограмм показывает, что переход при намотке с одного слоя на другой приводит к скачкообразному изменению параметров рассеяния излучения. По результатам исследований даны рекомендации по корректировке технологического процесса перемотки оптического волокна.

Обработка ультразвуком жидкого металла сварочной ванны и зоны термического влияния - актуальная задача исследований, однако введение ультразвука в зону обработки является непростой задачей. В статье реализована резонансная схема введения ультразвуковых колебаний с образованием стоячей ультразвуковой волны (с частотой 18 кГц). Количество исследуемых технологических параметров было минимизировано: изменялся ток наплавки (180-240 А) и температура подогрева основного металла (20-200 °С), размер пластин соответствовал значению длины звуковой волны в низкоуглеродистой стали. Использование различных волноводов позволяет изменять интенсивность колебаний за счет варьирования амплитуды (ξ = 4,8; 9 и 18 мкм). Изучено влияние ультразвуковой обработки на наплавленный валик системы Ni - Cr - C - B - Si и зону термического влияния. Рассмотрены процессы образования структуры и свойств при наплавке покрытий в ультразвуковом поле. Структура зоны обработки существенно улучшена (наблюдается измельчение дендритов и избыточных фаз). Установлены эффективные параметры ультразвукового поля.

Сварочные аэрозоли - один из негативных факторов, влияющих на здоровье рабочих-сварщиков, именно поэтому вопрос их всестороннего изучения является актуальным. Твердая составляющая сварочных аэрозолей представляет собой мелкодисперсные частицы, которые при вдыхании могут остаться в организме человека и стать причиной снижения работоспособности и развития хронических заболеваний. В особенности работы, посвященные твердой составляющей сварочных аэрозолей, популярны за рубежом, поскольку оценка нанесенного вреда здоровью непосредственно влияет на показатели эффективности предприятия и размер выплат по страховым обязательствам. В отечественной печати публикации, как правило, освящают медицинскую сторону вопроса и содержат данные уже проведенных исследований. В отличие от них данная работа посвящена обзору физико-химических методов исследований твердых составляющих сварочных аэрозолей, здесь представлены наиболее современные данные растровой электронной сканирующей микроскопии, фотонной корреляционной спектроскопии и рентгеноспектрального микрозондового анализа применительно к исследованию твердых составляющих сварочных аэрозолей. Представлены примеры данных и даны рекомендации, как они могут быть интерпретированы. Работа написана на основе практического опыта авторов, который позволил сформулировать не только подход к выбору методов для исследования, но и разработать методику отбора проб, которая также представлена в статье.