donstuAdvanced Engineering Research (Rostov-on-Don)Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don)2687-1653Don State Technical University10.23947/2687-1653-2024-24-4-402-412TKWDZLdonstu-2305Research ArticleMACHINE BUILDING AND MACHINE SCIENCEМАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕSelection of the Process of Arc Welding of Sealing Surfaces of Power Valves with a Consumable Electrode in the Shielding GasВыбор процесса дуговой наплавки плавящимся электродом в защитном газе уплотнительных поверхностей энергетической арматурыhttps://orcid.org/0000-0003-3440-8664РогозинД. В.RogozinD. V.

Дмитрий Викторович Рогозин, кандидат технических наук, доцент кафедры машин и автоматизации сварочного производства

344003, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1

Dmitrii V. Rogozin, Cand.Sci. (Eng.), Associate Professor of the Welding Fabrication Machines and Automation Department

1, Gagarin Sq., Rostov-on-Don, 344003

dmrogozin@ya.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3325-5515ЛенивкинВ. А.LenivkinV. A.

Вячеслав Андреевич Ленивкин, доктор технических наук, ведущий научный сотрудник центра научных компетенций

344003, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1

Vyacheslav A. Lenivkin, Dr.Sci. (Eng.), Leading Researcher at the Scientific Competence Center

1, Gagarin Sq., Rostov-on-Don, 344003

Донской государственный технический университетРоссияDon State Technical UniversityRussian Federation202425122024244402412Copyright © Rogozin D.V., Lenivkin V.A., 20242024Рогозин Д.В., Ленивкин В.А.Rogozin D.V., Lenivkin V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnik-donstu.ru/jour/article/view/2305

Introduction. One of the main requirements to the methods of weld overlay of sealing surfaces of power valve trim parts is to obtain a high-quality wear-resistant pad with minimal penetration and optimal process performance. Currently, arc, electroslag, plasma, beam, induction and other surfacing techniques have been developed and introduced into production. However, the influence of various arc welding processes with a consumable electrode in shielding gas on the geometric parameters of weld beads and metal hardness of sealing surfaces is understudied. The presented research is intended to fill this gap. The objective of its authors is to select such a process of arc welding of beads on parts of the power valve trim with a consumable electrode in shielding gases, which would provide the best workability of the deposited metal.Materials and Methods. Arc surfacing with a consumable electrode in a mixture of gases was performed on steel plates. The welding torch was moved in a straight line, without transverse oscillations, using the FRC-9 mechanism (Fronius). A microprocessor-controlled inverter-type digital current source TransPulsSynergic 3200 CMT (Fronius) was used as the power supply. The following welding processes were analyzed: MIG/MAG process with self-regulation (Standard mode), synergic process of MIG/MAG method (Synergic mode), short arc process with mechanical separation of electrode metal droplets (CMT-ColdMetalTransfer), and synergic pulse-arc process (PulseSynergic). The short-cut process of bead surfacing was evaluated by the stability of the values of the energy parameters of the bead surfacing mode in time at the same electrode wire feed rates, which were recorded by oscilloscopes, as well as by comparing the geometric characteristics of the deposited beads and the hardness of the deposited metal.Results. The analysis of experimental data of the geometrics of the weld beads and their complex dimensional characteristics made it possible to establish that the welding engineering requirements for the welded beads are most fully met by long-arc surfacing by the PulseSynergic pulse-arc process.Discussion and Conclusion. The study and the resulting data make a certain contribution to solving the problem of the influence of arc welding processes on the parameters of weld beads and on the hardness of the metal of sealing surfaces. A detailed analysis of the modes of arc surfacing of beads with a consumable electrode in shielding gases on the trim parts of power valves can be used in further research on this topic. The conclusions of the authors will not only provide considerable theoretical assistance to scientists, but will also make adjustments to the activities of practitioners.

Введение. Одно из главных требований к способам наплавки уплотнительных поверхностей деталей затвора энергетической арматуры заключается в получении качественного износостойкого наплавленного слоя металла при минимальном его проплавлении и оптимальной производительности процесса. В настоящее время разработаны и внедрены в производство дуговые, электрошлаковые, плазменные, лучевые, индукционные и другие способы наплавки. Однако влияние различных дуговых сварочных процессов плавящимся электродом в защитном газе на геометрические параметры наплавленных валиков и твердость металла уплотнительных поверхностей недостаточно изучено. Представленная научная работа призвана восполнить этот пробел. Целью ее авторов является выбор такого процесса дуговой наплавки валиков плавящимся электродом в защитных газах на детали затвора энергетической арматуры, который обеспечивал бы наилучшие сварочно-технологические свойства наплавленного металла.Материалы и методы. Дуговую наплавку плавящимся электродом в смеси газов осуществляли на пластины из стали. Наплавочная горелка перемещалась прямолинейно, без поперечных колебаний, с помощью механизма FRC-9 (Fronius). В качестве источника питания использовали цифровой источник тока инверторного типа с микропроцессорным управлением TransPulsSynergic 3200 СМТ (Fronius). Анализу подвергались следующие сварочные процессы: процесс MIG/MAG с саморегулированием (режим Standard), синергетический процесс способа MIG/MAG (режим Synergic), процесс короткой дугой с механическим отрывом капель электродного металла (CMT-ColdMetalTransfer) и синергетический импульсно-дуговой процесс (PulseSynergic). Рациональный процесс наплавки валиков оценивался стабильностью величин энергетических параметров режима наплавки валиков во времени при одинаковых скоростях подачи электродной проволоки, которые фиксировались осциллографами, а также сравнение геометрических характеристик наплавленных валиков и твердости наплавленного металла.Результаты исследования. Анализ экспериментальных данных геометрических размеров наплавленных валиков и их комплексных размерных характеристик позволил установить, что сварочно-технологическим требованиям, предъявляемым к наплавляемым валикам, наиболее полно соответствует наплавка длинной дугой импульсно-дуговым процессом PulseSynergic.Обсуждение и заключение. Проведенное исследование и полученные в результате его данные вносят определенный вклад в решение проблемы влияния дуговых сварочных процессов на параметры наплавленных валиков и на твердость металла уплотнительных поверхностей. Подробный анализ режимов дуговой наплавки валиков плавящимся электродом в защитных газах на детали затвора энергетической арматуры может быть использован в дальнейших исследованиях на эту тему. Выводы авторов не только окажут ощутимую теоретическую помощь ученым, но и внесут коррективы в деятельность специалистов-практиков.

импульсно-дуговая наплавкасварочные процессыкороткая дугадлинная дугаплавящийся электродуплотнительные поверхностиpulse arc surfacingwelding processesshort arclong arcconsumable electrodesealing surfacesReferencesЛосев А.С., Еремин Е.Н., Гуржий А.С., Васенко О.Ю. Износостойкая наплавка уплотнительных поверхностей клина запорной арматуры. Россия молодая: передовые технологии — в промышленность. 2013;(1):073–076.2. Соколов Г.Н., Лысак В.И. Наплавка износостойких сплавов на прессовые штампы и инструмент для горячего деформирования сталей. Волгоград: ВолгГТУ; 2005. 284 с.Соколов Г.Н., Лысак В.И. Наплавка износостойких сплавов на прессовые штампы и инструмент для горячего деформирования сталей. Волгоград: ВолгГТУ; 2005. 284 с.Sokolov GN, Lysak VI. Surfacing of Wear-Resistant Alloys on Press Dies and Tools for Hot Deformation of Steels. Volgograd: VolgGTU; 2005. 284 p. (In Russ.)Степин В.С., Старченко Е.Г., Волобуев Ю.С., Егоров М.Ю. Современные наплавочные материалы для уплотнительных поверхностей арматуры АЭС и ТЭС. Арматуростроение. 2006;41(2):55–56.Stepin VS, Starchenko EG, Volobuev YuS, Egorov MYu. Modern Facing Materials for Sealing Surfaces of NPP and TPP Valves. Valve Industry. 2006;41(2):55–56. (In Russ.)Ерофеев В.А., Захаров С.К., Кузнецов О.В. Особенности технологии дуговой наплавки упрочняющих слоев на стальную подложку. Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2014;(11–1):132–138.Erofeev VA, Zakharov SK, Kuznetsov OV. Features of Technology of Arc Surfacing Layers on the Steel Substrate. Izvestiya Tula State University. 2014;(11–1):132–138.Sokolov GN, Zorin IV, Artem’ev AA, Elsukov SK, Dubtsov YuN, Lysak VI. Thermal- and Wear-Resistant Alloy Arc Welding Depositions Using Composite and Flux-Cored Wires with TiN, TiCN, and WC Nanoparticles. Journal of Materials Processing Technology. 2019;272:100–110. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2019.05.014Sokolov GN, Zorin IV, Artem’ev AA, Elsukov SK, Dubtsov YuN, Lysak VI. Thermal- and Wear-Resistant Alloy Arc Welding Depositions Using Composite and Flux-Cored Wires with TiN, TiCN, and WC Nanoparticles. Journal of Materials Processing Technology. 2019;272:100–110. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2019.05.014Еремин Е.Н., Филиппов Ю.О., Покровский Д.Г., Лосев А.С., Еремин А. Е. Износостойкая наплавка ножей горячей резки металлопроката. Заготовительные производства в машиностроении. 2008;(4):17–19.Eremin EN, Filippov YuO, Pokrovskiy DG, Losev AS, Eremin AE. Wear-Resistant Surfacing of Hot-Cutting Knives for Rolled Metal Products. Zagotovitel'nye proizvodstva v mashinostroenii. 2008;(4):17–19. (In Russ.)Полосков С.С. Проблемы наплавки уплотнительных поверхностей трубопроводной арматуры и пути их решения. Вестник Донского государственного технического университета. 2019;19(4):349−356. https://doi.org/10.23947/1992-5980-2019-19-4-349-356Poloskov SS. Problems of Weld Overlay of Sealing Surfaces of Pipe Fitting and Solutions. Vestnik of Don State Technical University. 2019;19(4):349−356. https://doi.org/10.23947/1992-5980-2019-19-4-349-356Елсуков С.К. Повышение эффективности двухэлектродной наплавки в защитных газах хромоникелевых аустенитных сталей на детали нефтехимического оборудования. Дис. канд. техн. наук. Волгоград; 2023. 143 с.Elsukov SK. Improving the Efficiency of Two-Electrode Surfacing in Shielding Gases of Chromium-Nickel Austenitic Steels on Petrochemical Equipment Parts. Cand.Sci. (Eng.), diss. Volgograd; 2023. 143 p. (In Russ.)Еремин А.Е., Еремин Е.Н., Филиппов Ю.О., Маталасова А.Е., Кац В.С. Структура и свойства высокохромистого металла запорной арматуры, наплавленного серийно выпускаемыми сварочными проволоками. Омский научный вестник. 2014;127(1):55–58.Eremin AE, Filippov YuO, Matalasova AE, Kats VS. Structure and Properties of High Chromium Metal Valves Overlaid by Serially Produced Welding Wires Omsk Scientific Bulletin. 2014;127(1):55–58.Рогозин Д.В., Ленивкин В.А. Формирование технологического узкополосного наплавляемого слоя. Сварка и диагностика. 2023;(5):49–54.Rogozin DV, Lenivkin VA. Formation of a Technological Narrow-Band Weld Layer. Welding and Diagnostics. 2023;(5):49–54.Kah P, Suoranta R, Martikainen J. Advanced Gas Metal Arc Welding Processes. International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2013;67:665–674. http://doi.org/10.1007/s00170-012-4513-5Kah P, Suoranta R, Martikainen J. Advanced Gas Metal Arc Welding Processes. International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2013;67:665–674. http://doi.org/10.1007/s00170-012-4513-5Ленивкин В.А., Дюргеров Н.Г., Сагиров Х.Н. Технологические свойства сварочной дуги в защитных газах. 2-е изд., доп. Москва: НАКС; 2011. 368 с.Lenivkin VA, Dyurgerov NG, Sagirov KhN. Process Properties of Welding Arc in Shielding Gases. 2nd ed., enl. Moscow: NAKS; 2011. 368 p. (In Russ.)Ленивкин В.А., Рогозин Д.В. Разновидности саморегулирования процессов дуговой сварки плавящимся электродом. Сварка и диагностика. 2021;(1):53–60. https://doi.org/10.52177/2071-5234_2021_01_53Lenivkin VA, Rogozin DV. Types of Self-Regulation of Consumable Arc Welding Processes. Welding and Diagnostics. 2021;(1):53–60. (In Russ.) https://doi.org/10.52177/2071-5234_2021_01_53Потапьевский А.Г. Сварка в защитных газах плавящимся электродом. Часть 1. Сварка в активных газах. Изд. 2-е, переработанное. Киев: Екотехнология; 2007. 192 с.Potap'evskii AG. Gas-Shielded Welding with a Consumable Electrode. Part 1. Active Gas Welding. 2nd rev. ed. Kiev: Ekotekhnologiya; 2007. 192 p. (In Russ.)Милютин В.С. Катаев Р.Ф. Сварочные свойства оборудования для дуговой сварки. Москва: НАКС медиа; 2016. 457 с.Milyutin VS, Kataev RF. Welding Properties of Arc Welding Equipment. Moscow: NAKS media; 2016. 457 p. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.