Разработка технологии двухдуговой наплавки контактных поверхностей нефтегазового оборудования с учетом особенностей дугового взаимодействия тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Полосков Станислав Сергеевич

• Полосков Станислав Сергеевич
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Полосков Станислав Сергеевич

Введение

Глава 1. ПРОБЛЕМЫ НАПЛАВКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ НЕФТЕГАЗОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ

1.1. Условия эксплуатации и характерные особенности нефтегазового оборудования

1.2. Требования и материалы для наплавки контактных

поверхностей нефтегазового оборудования

1.3. Современные способы наплавки

1.3.1. Анализ достоинств и недостатков современных способов наплавки

1.3.2. Перспективный процесс двухдуговой наплавки

1.4. Алгоритм и средства решения задач по исследованию и

промышленному опробованию процесса двухдуговой наплавки

Результаты и выводы по первой главе

1.5. Цель и задачи работы, планируемые результаты

Глава 2. РАЗРАБОТКА ИНСТРУМЕНТОВ ДЛЯ АНАЛИЗА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РАЗНОПОЛЯРНЫХ ДУГ ПРИ НАПЛАВКЕ

2.1. Методы, оборудование и материалы, использованные при выполнении исследования

2.2. Исходные данные для создания динамической физико-математической модели взаимодействия разнополярных дуг

2.2.1. Анализ особенностей дугового взаимодействия при двухдуговой наплавке

2.2.2. Физические явления при совместном плавлении электродной и токоведущей присадочной проволоки

2.3. Динамическая физико-математическая модель совместного плавления электродной и токоведущей присадочной проволок

2.3.1. Концептуальный подход к разработке физико-математической модели (ФММ) взаимодействия разнополярных дуг

2.3.2. Топологические взаимосвязи, параметры и граничные условия в динамической ФММ взаимодействия дуг

2.3.3. Численное решение системы уравнений динамической ФММ взаимодействия дуг

2.4. Точность расчетов и адекватность модели

Результаты и выводы по второй главе

Глава 3. ТЕОРЕТИКО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ УСТОЙЧИВОГО ДУГОВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

ПРИ ДВУХДУГОВОЙ НАПЛАВКЕ

3.1. Используемые методы и материалы

3.2. Базовый режим дугового взаимодействия

3.3. Исследование влияния параметров взаимодействия дуг на

их устойчивость

3.3.1. Влияние напряжения источника питания дополнительной дуги на устойчивость ее горения

3.3.2. Влияние скорости подачи присадочной проволоки на устойчивость горения дополнительной дуги

3.3.3. Влияние напряжения ИП основной дуги на параметры горения дополнительной дуги

3.3.4. Влияние угла между проволоками на пространственную устойчивость дуг

3.3.5. Влияние расстояния Ъ от точки пересечения проволок

до поверхности наплавочной ванны на устойчивость дуг

3.3.6. Влияние наклона ВАХ источника питания дополнительной дуги на устойчивость ее горения

3.3.7. Влияние индуктивности цепи питания дополнительной

дуги на параметры ее горения

3.3.8. Анализ влияния пространственного расположения присадочной проволоки на устойчивость дугового взаимодействия

3.4. Влияние вылета электродной и присадочной проволок на устойчивость взаимодействия разнополярных дуг

3.5. Анализ теоретических результатов условий устойчивости взаимодействия разнополярных дуг при двухдуговой плавке

3.6. Экспериментальное исследование условий устойчивого

дугового взаимодействия разнополярных дуг

Результаты и выводы по третьей главе 117 Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ ВАЛИКОВ ПРИ ДВУХДУГОВОЙ НАПЛАВКЕ

4.1. Методы, оборудование и материалы, использованные при исследовании

4.2. Влияние технологических параметров исследуемого процесса на формирование наплавочной ванны и валика

4.3. Экспериментальное исследование особенностей сопряжения валиков при различном шаге наплавки

4.4. Сравнительный анализ изменений в структуре металла и распределении легирующих элементов при однодуговой и двухдуговой наплавке

4.4.1. Сравнительное исследование микроструктуры наплавленных слоев

4.4.2. Исследование состава и распределения химических

элементов по толщине наплавленных слоёв

Результаты и выводы по четвертой главе

ГЛАВА 5. ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННОЕ ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ НАПЛАВКЕ

5.1. Формирование технологических требований к процессу наплавки контактных поверхностей нефтегазового оборудования

5.1.1. Технологические требования к процессу наплавки

5.1.2. Технологические требования к РТК для двухдуговой наплавки

5.2. Выбор и интеграция в единую систему компонентов РТК

5.3. Модификация модели формирования наплавляемого слоя

при двухдуговой наплавки

5.4. Опытно-промышленное опробование технологии двухдуговой наплавки

5.4.1. Особенности конструкции и требования к объекту

5.4.2. Анализ последовательности наплавки валиков

5.4.3. Управление скоростью наплавки для обеспечения требуемых геометрических размеров наплавляемых валиков

5.4.4. Компьютерный инженерный анализ последовательного формирования валиков

5.5. Опытно-промышленное внедрение технологии и

роботизированного оборудования для двухдуговой наплавки

Результаты и выводы по пятой главе

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Перечень сокращений

ВАХ — вольтамперная характеристика дуги КЗ — короткое замыкание дуги ИП — источник питания дуги при сварке/наплавке ВИК — визуально-измерительный контроль РП — регистратор параметров

САЕ — computer aided engineering (компьютерный инженерный анализ)

РТК — робототехнический комплекс

НТД — нормативно-техническая документация

ЗТВ — зона термического влияния

МКР — метод конечных разностей

МКЭ — метод конечных элементов

НМ — наплавленный металл

ДДН — двухдуговая наплавка

ДЭН — двухэлектродная наплавка

ФММ — физико-математическая модель (процесса, явления)

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологии двухдуговой наплавки контактных поверхностей нефтегазового оборудования с учетом особенностей дугового взаимодействия»

Введение

Среди разнообразных методов интенсификации добычи трудно извлекаемого углеводородного сырья следует отметить возможность создания условий для гидравлического разрыва пластов и/или поддержания в них избыточного давления путем закачки воды, специальных жидких гелей либо химических реагентов. Такая интенсификация обеспечивается кустовыми насосными станциями, в виде разветвленной сети мощных насосов с запорно-регулирующей арматурой. В процессе эксплуатации контактные поверхности стальных деталей данного оборудования подвергаются неблагоприятным механическим, тепловым, химическим воздействиям. Из-за высокой стоимости ступенчатых деталей, изготовленных из сталей типа 12Х18Н10Т, используют более дешевые нелегированные стали15, 20 и 25Л, 09Г2С, а требуемые свойства обеспечивают наплавкой сплавов с высоким содержанием хрома и никеля.

Большой вклад в развитие теории и практики процессов наплавки внесли Б.Е. Патон, Н.А. Соснин, С.Ф. Гнюсов, И.А. Рябцев, В.А. Лебедев, Г.Н. Соколов и В.И. Лысак, Г.Г. Чернышов и Н.В. Коберник, Ю.Н. Сараев, M Zhang, B. Ma и многие другие исследователи. Известной проблемой наплавки является поступление в наплавляемый металл металла подложки, для уменьшения содержания которого, наплавку осуществляют в несколько слоёв, что увеличивает длительность процесса наплавки. В связи с тем, что современные способы однодуговой наплавки плавящимся электродом практически исчерпали свои возможности по производительности, без увеличения глубины проплавления, то для ее повышения используют многоэлектродные и многодуговые способы. Значительный вклад в развитие многоэлектродных способов наплавки внесли И.В. Зорин и С.К. Елсуков, В.И. Столбов и В.П. Сидоров, В.В. Ельцов, D.N. Wu, S. Dong, Q. Gao и др. Среди многодуговых способов наплавки, которыми активно занимались занимались С.Л. Мандельберг, Ю.А. Стеренбоген, В.А. Ленивкин, В.Ю. Мастенко, М.А.

Шолохов, С.Н. Гончаров, K.H. Li, Y.M Zhang, C.S. Wu и др., следует выделить наплавку последовательно расположенными дугами в раздельные ванны и двухдуговую наплавку в общую ванну.

Перспективным путем повышения производительности является вариант двухдуговой наплавки, при котором основная дуга горит между плавящимся электродом и наплавляемой поверхностью, а вторая дуга горит между электродной и присадочной проволокой. Главным препятствием к использованию такого варианта наплавки является отсутствие данных об условиях обеспечения устойчивости дугового взаимодействия разнополярных дуг. Разумеется такая задача должна решаться с использованием современных методов исследования. К настоящему времени накоплен определенный опыт по разработке моделей однодуговых процессов сварки и наплавки (В.А. Судник, В.А. Ерофеев, А.С. Куркин, А.В. Коновалов, С.А. Королев, И.В. Пентегов, В.Н. Сидорец, Yi Lu, J. Huang и др.). Однако для компьютерного анализа необходимо создание физико-математической модели ДДН, которая в отличие от известных будет учитывать взаимодействие двух разнополярных дуг. В этой связи исследования условий устойчивого дугового взаимодействия дуг и разработка технологии двухдуговой наплавки является актуальной задачей.

Цель работы - повышение производительности наплавки контактных поверхностей нефтегазового оборудования на основе разработки технологии двухдуговой наплавки плавящимися электродами в газовой смеси.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

1. Разработать динамическую физико-математическую модель дугового взаимодействия основной и дополнительной дуг в газовой среде.

2. Исследовать методом инженерного компьютерного анализа режим и границы области устойчивого взаимодействия разнополярных дуг.

3. Сформировать технологические требования к процессу двухдуговой наплавки и необходимому для его реализации оборудованию.

4. Оценить влияние разнополярных дуг на формирование наплавляемых слоев и разработать технологию двухдуговой наплавки при соблюдении ограничений на их устойчивое взаимодействие.

5. Осуществить опытно-промышленное внедрение исследуемой технологии наплавки на контактные поверхности нефтегазового оборудования.

Методы исследований. При проведении исследований выполнили теоретический анализ и тестовые наплавки. При теоретическом анализе выполняли компьютерное моделирование процесса двухдуговой наплавки. При выполнении экспериментальных исследований использовали сварочную проволоку марки ER 308SLi, газовую смесь 97,5% Ar + 2,5% СО2. Регистрацию параметров осуществляли регистратором AWR-725. Для видеосъемки дуг использовали цифровую камеру Nikon 1 J3. При изучении формообразования валиков использовали микроскоп AXIOVERT 25СА (фирмы Carl Zeiss). При изучении микроструктуры металла данные с микроскопа обрабатывали в программном обеспечении SIAMS 800. Химический анализ металла проводили на оптико-эмиссионном анализаторе PMI-Master Pro (фирмы Hitachi).

Научная новизна.

1. Разработана динамическая физико-математическая модель двухдуговой наплавки плавящимся электродом с подачей дополнительной присадочной проволоки, основой которой являются соотношения между токами и напряжениями в двухконтурной электрической цепи питания основной и дополнительной дуг. Модель включает ряд ранее не учтенных явлений: нелинейность вольт-амперных характеристик дуг с переменной длиной; скачкообразное изменение длин дуг при отрыве капель, размер которых также нелинейно зависит от токов дуг; геометрические параметры расположения присадочной проволоки относительно электродной.

2. Установлено, что причинами нарушения устойчивости двухдугового процесса являются колебания электрических параметров системы «источник питания-дуга», связанные с замыканиями дугового промежутка и смещением

рабочей точки на падающий участок вольт-амперной характеристики дуги.

3. Показано, что основным условием устойчивости двухдугового процесса является диапазон колебаний длины дополнительной дуги, исключающий возможность шунтирования дугового промежутка каплями расплавленного металла.

4. Показано, что для определения оптимальных параметров режима горения двух дуг, обеспечивающих наиболее стабильный процесс, эффективно использование критерия минимального разброса мощности дополнительной дуги.

Практическая значимость работы. Разработаны последовательность и методология определения границ области устойчивого дугового взаимодействия дуг, с использованием диапазона колебаний длины дополнительной дуги в качестве критерия устойчивости процесса.

Установлены диапазоны и соотношения основных параметров схемы расположения электродов (длины дуг, вылеты и взаимное расположение электродов) и режима, обеспечивающие стабильный двухдуговой процесс.

Определены оптимальные значения параметров режима, обеспечивающие наилучшую стабильность двухдугового процесса.

Опытно-промышленное опробование разработанной роботизированной технологии двухдуговой наплавки контактных поверхностей центробежного насоса и запорной арматуры показало увеличение производительности наплавки в 1,8...2,0 раза. Ожидаемый экономический эффект от внедрения предложенной технологии в ООО «Завод нефтехимического оборудования» и ООО «Промгазинжиниринг» составит не менее 27,1 млн руб. в год.

Достоверность результатов и выводов подтверждается использованием апробированных методов исследования, в том числе компьютерного инженерного анализа и обработки данных, результатами верификации полученных теоретических результатов, реализацией предлагаемого процесса наплавки в производственных условиях.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на научно-практической конференции «Передовые инновационные разработки. Перспективы и опыт использования, проблемы внедрения в производство» (Казань, 2019); IV Международной научно-практической конференции «Инновации в информационных технологиях, машиностроении и автотранспорте» (Кемерово, 2020); V международной конференции «Приоритетные направления инновационной деятельности в промышленности» (Казань, 2020); 15th International Conference on Industrial Manufacturing and Metallurgy (Nizhny Tagil, 2020); I Международной научно-практической конференции молодых учёных «Актуальные проблемы информационно-телекоммуникационных технологий и математического моделирования в современной науке и промышленности» (Комсомольск-на-Амуре, 2021); семинаре кафедры «Сварки, диагностики и специальной робототехники» МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, 2021, 2025).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 13 печатных работах, в том числе 11 в журналах, рекомендованных ВАК РФ. Одна публикация индексирована в базе Scopus. Получен 1 патент РФ на изобретение.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и заключения, списка литературы и 3 приложений. Диссертация изложена на 194 страницах машинописного текста и содержит 50 формул, 108 рисунков и 27 таблиц. Список литературы состоит из 146 наименований.

Большое значение при выполнении данной работы имели дискуссии, советы, замечания и дружелюбная критика специалистов МГТУ им. Н.Э. Баумана, ТулГУ, УрФУ, а так же коллег по работе в ООО «ШТОРМ» Д.С. Бузориной и А.Ю. Мельникова, за что автор им всем искренне благодарен.

Автор также выражает глубочайшую признательность и благодарность своему научному руководителю Михаилу Александровичу Шолохову за постоянное внимание, терпение и помощь при выполнении данной работы.

Глава 1. ПРОБЛЕМЫ НАПЛАВКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ НЕФТЕГАЗОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ

В первой главе настоящего исследования рассматриваются условия эксплуатации и характерные особенности нефтегазового оборудования, требования и материалы для наплавки, анализ современных способов наплавки, приводится алгоритм и схема решения задач проводимого исследования.

1.1. Условия эксплуатации и характерные особенности нефтегазового оборудования

Полноценное удовлетворение спроса потребителей на углеводородное сырье невозможно без его наличия в необходимых объемах [1]. Ухудшение структуры запасов, происходящее по мере выработки традиционных месторождений с поверхностным залеганием углеводородного сырья, вынуждает нефтегазовую отрасль постоянно совершенствовать технологии поиска, разведки и добычи нефти и газа. Это касается как освоения новых месторождений, так и добычи трудно извлекаемых углеводородов из глубинных пластов месторождений. Среди разнообразных методов интенсификации добычи трудно извлекаемого углеводородного сырья следует отметить возможность создания условий для гидравлического разрыва пластов и/или поддержания в них избыточного давления путем закачки воды, специальных жидких гелей либо химических реагентов [2]. Так, в настоящее время более 90% нефти на месторождениях Российской Федерации добывается с повышением пластового давления либо гидравлическим разрывом пластов с целью повышения нефтеотдачи.

Стоить отметить, что и добыча газового сырья также сопровождается определенными проблемами, связанными со скоплением кристаллических

гидратов, образующихся при контакте воды и природного газа при высоких давлениях и низких температурах. Зачастую, для уменьшения гидратообразования, в часть скважин закачивают метанол или другие реагенты. Кроме того, выход газа на поверхность сопровождается выносом механических примесей и воды. В этой связи, среди нефтегазового оборудования для первичной добычи углеводородного сырья, включая буровые системы, обсадные трубы, сепараторы, особого внимания требуют такие управляющие устройства как мощные насосы для закачки воды или специальных реагентов и регулирующая эти потоки запорная арматура.

Характерные образцы оборудования на нефтепромысле в виде трубопроводной арматуры и глубинного насоса показаны на Рисунке 1.1.

-

Рисунок 1.1.

Образцы нефтяного оборудования на нефтепромысле

Следует отметить, что специальные насосы, используемые при добыче нефти и газа, обеспечивают закачку в пласт воды либо специальных реагентов

на глубины более двух километров [3]. Разумеется, функционирование насосных систем невозможно без соответствующей запорно-регулирующей арматуры. И трубопроводная арматура, и насосы, в зависимости от назначения, условий эксплуатации и характеристик добываемого углеводородного сырья, обладают целым рядом конструктивных особенностей. Обусловлено это тем, что в процессе эксплуатации контактные поверхности высоконагруженных стальных деталей нефтегазового оборудования могут подвергаться неблагоприятным механическим, тепловым, химическим и некоторым другим воздействиям.

Рассмотрим подробнее особенности подобного оборудования. Традиционно, в зависимости от назначения, насосные агрегаты подразделяются на мощные насосы для подъема и перекачки многофазных потоков; обеспечения необходимого пластового давления; сепарации сырья от примесей и так далее [4]. В зависимости от целевого назначения все насосы, эксплуатирующиеся в нефтегазовой промышленности [5], можно разделить на два вида - винтовые и центробежные, Рисунок 1.2.

а б

Рисунок 1.2.

Конструктивные особенности винтового (а) и центробежного (б) насосов [5]

Винтовые насосы (Рисунок 1.2 а) работают в любых, даже самых суровых условиях с температурой окружающей среды от -60 0С до +450 0С. Конструкция центробежного насоса (Рисунок 1.2 б) обязательно включает в

себя набор рабочих колес с лопатками для перемещения перекачиваемой среды по внутренней полости устройства. Насосное оборудование, не отвечающее эксплуатационным требованиям, может привести к снижению объемов перекачиваемого сырья, утечкам или само выйти из строя.

Необходимые функции трубопроводной арматуры обеспечивает ее затворный узел, который, в зависимости от своего назначения, создает условия по перекрытию, регулированию, распределению потоков рабочей среды. В самом общем виде, по способу остановки потока, все виды трубопроводной арматуры классифицируются как вентили, задвижки и шаровые краны. Их конструктивные различия (Рисунок 1.3) наглядно показаны в работе [6]. Затворный узел арматуры, как правило, состоит из двух контактных элементов - седла и затвора.

а б в

Рисунок 1.3.

Конструктивные особенности затворных узлов запорной арматуры: а - вентиль; б - задвижка; в - шаровой кран [6]

В вентилях (Рисунок 1.3 а) затвор перемещается вдоль движения потока рабочей среды, в задвижках (Рисунок 1.3 б) затвор движется перпендикулярно потоку, в кранах запирающий элемент поворачивается вокруг оси перпендикулярно потоку рабочей среды. В зависимости от формы запирающегося элемента краны бывают: конусные, цилиндрические и

шаровые. Схема функционирования шаровых кранов представлена на Рисунке 1.3 в. Достоинством шаровых кранов является минимальное сопротивление потоку в открытом положении.

С учетом особенностей эксплуатации, требования к арматуре чрезвычайно разнообразны, однако основные из них - длительный срок службы, а также исключение самопроизвольного изменения объемов, либо перетечки или утечки перекачиваемого продукта [7].

Следует учитывать, что во многих случаях при изготовлении деталей и узлов нефтегазового оборудования используют нелегированные стали, а высокие эксплуатационные свойства уплотнительных и контактных поверхностей обеспечивают наплавкой легированных и высоколегированных металлов. Необходимо отметить, что зачастую такие поверхности имеют сложную ступенчатую форму, что создает определенные проблемы при наплавке. Несмотря на эти и другие проблемы, наплавка широко применяется как при восстановлении изношенных контактных поверхностей деталей, так и при их первичном изготовлении. Необходимо также добавить, что изготовительная наплавка обеспечивает требуемые свойства производимого оборудования, тогда как назначение восстановительной наплавки - получить первоначальные размеры изношенных или поврежденных деталей [8]. Таким образом, применение ремонтных технологий с повторной восстановительной наплавкой позволяет неоднократно продлевать срок службы элементов оборудования.

Хорошо известно [9], что корпусные детали и детали нефтегазового оборудования изготавливают из нелегированных, легированных и высоколегированных сталей. Основные детали из нелегированных сталей 15Л, 20Л, 25Л можно использовать при температурах от минус 40 до 4500С. Большей устойчивостью к низким температурам обладают детали из легированных сталей: 20ГМЛ и 15ГСЛ (- 60...450°С), 20ГЛ (- 60...350°С), 15ХГСМЛ (- 60... 4000С), 20ХЛ (- 50...450°С), 20ХН3Л (-70...450°С), 20ХМЛ (- 40...540°С).

Многие элементы под изготовительную наплавку традиционно изготавливают из конструкционной низколегированной стали 09Г2С, готовые изделия из которой можно эксплуатировать в диапазоне температур -70...450°С Разумеется, в первую очередь под наплавку целесообразно использовать заготовки, изготовленные с помощью литья, так как сварка стальных заготовок более трудоемка.

1.2. Требования и материалы для наплавки контактных поверхностей нефтегазового оборудования

Так как зоны концентраций напряжений в контактных поверхностях нефтегазового оборудования активизируют коррозионный процесс, то главным требованием к процессам наплавки является обеспечение стойкости наплавленного металла (НМ) к сероводородному растрескиванию, углекислотной межкристаллитной коррозии, и абразивному износу поверхностей [10].

Проведенный анализ показал, что качество наплавки определяется сочетанием ряда факторов, Рисунок 1.4.

Рисунок 1.4. Факторы, определяющие качество наплавки

Применительно к процессам наплавки следует особо выделить энергетические факторы, определяющие пространственную и временную устойчивость горения дуги и характер переноса электродного металла. Нельзя не учитывать металлургические факторы, определяющие процессы, непосредственно происходящие в наплавочной ванне. Конструктивные факторы определяют требования к состоянию поверхностей под наплавку, твёрдость и химический состав наплавленного металла, допустимые напряжения и деформации в основном и наплавленном металле. Применительно к контактным поверхностям нефтегазового оборудования технологические факторы определяют высоту валика (толщину одного слоя при однослойной или многослойной наплавке), ширину валика (ниточного шва или прохода, при наличии поперечных колебаний), глубину проплавления основного металла, дефекты формирования слоев металла.

Влияют на качество наплавки и свойства используемых материалов, надежность применяемого оборудования, а также квалификация и мотивация персонала к качественному выполнению порученных работ.

С учетом изложенного, процессы наплавки должны удовлетворять следующим требованиям:

- наличие устойчивой металлической связи между основным металлом и нанесенным слоем;

- обеспечение равномерного проплавления основного металла;

- тепловой режим наплавки не должен приводить к существенным изменениям структурно-фазового состава НМ;

- образование ровных валиков с исключением углублений и наплывов в местах перекрытия соседних валиков;

- отсутствие предпосылок к возникновению характерных дефектов (несплавлений, шлака в наплавленном металле, подрезов, пор и трещин);

- малая чувствительность к состоянию поверхности и форме наплавляемой детали;

- простота последующей механической обработки;

- высокая производительность и технологичность процесса.

Помимо этого, в соответствии с установленными требованиями, как правило, при наплавке содержание Fe на поверхности слоя НМ не должно превышать его % содержания в используемых при наплавке материалах. Теплофизические свойства подобных сплавов подробно представлены в работе [11]. Для более простых условий эксплуатации, подобные условия не регламентируются [12].

Таким образом, для нефтегазового оборудования, которое будет эксплуатироваться в абразивных средах, для наплавки используются сплавы типа Стеллит, либо Ultimet (UNS R31233). Помимо этого для коррозионной наплавки используют хромистые или хромо-никелевые аустенитные стали типа ER 308LSi (аналог 12Х18Н10Т) и др. При наплавке элементов оборудования, которое будет эксплуатироваться в условиях высоких температур, применяют сплавы типа Инконель 625 (аналог отечественного сплава ХН75МБТЮ по ГОСТ 5632-74), 686, 718, а также Tribaloy. Кроме вышеперечисленных, широкое распространение получили сплавы на Fe-Qr-Ni-Si-основе, например, сплавы типа 15Х18Н12С4ТЮ, 07Х17Н8С6Г, 10Х16Н8М6С5Г4Б и т.п. Улучшают микроструктуру и свойства наплавленного металла также наноструктурируемые добавки [13].

Разумеется, при выборе наплавочных материалов необходимо учитывать изначальную стоимость деталей и, следовательно, целесообразность использования тех или иных сплавов.

Проведенный анализ показал, что многие детали нефтегазового оборудования традиционно изготавливают из конструкционных сталей типа 09Г2С и используют заготовки, изготовленные с помощью литья. При этом высокие эксплуатационные свойства контактных поверхностей нефтегазового оборудования обеспечивают как изготовительной, так и восстановительной наплавкой с использованием хромистых или хромо-никелевых сплавов.

1.3. Современные способы наплавки

1.3.1. Анализ достоинств и недостатков современных способов наплавки

Традиционно способы наплавки классифицируются по физическим, техническим и технологическим признакам [14]. По физическому признаку все способы наплавки делят на термическую, термомеханическую и механическую группы. По техническим признакам - по защите металла в зоне наплавки, степени механизации процесса, внешних воздействий и др. По технологическим признакам - по реализации в общую или раздельную ванну, числу дуг и пр. Однако по распространенности источников нагрева при решении технологических задач следует особо выделить термические способы наплавки, представленные на Рисунке 1.5.

Термические способы наплавки поверхностей

Электродуговая

Электрошлаковая

Плазменная

Электроннолучевая

Лазерная

Газовая

Комбинированные способы наплавки

Рисунок 1.5.

Классификация термических способов наплавки [14]

В настоящее время наиболее распространены дуговые способы наплавки [15], которые обладают как целым рядом достоинств, так и определенными недостатками. Наплавке штучным электродом присуще значительное количество дефектов, требующих дополнительных затрат на их устранение.

Механизированная наплавка плавящимся электродом в защитном газе более производительна, однако регулирование тепловложения и соотношения долей подложки и электродного материала затруднено. Коррозионно- и износостойкую наплавку плавящимся электродом выполняют либо в чистом Аг, либо в газовых смесях на основе аргона [16]. Допустимые величины тока и напряжения на дуге существенно зависят от диаметра проволок. Рекомендуемые значения диаметра электродной проволоки в зависимости от величины тока и напряжения на дуге, пространственного положения, определенные в работе [17], представлены в Таблице 1.

Таблица 1.

Зависимость диаметра электродной проволоки от величины тока и напряжения

на дуге и пространственного положения сварки [17]

de, мм Положение

Нижнее Вертикальное Потолочное

I, А и, В I, А и, В I, А и, В

0,8 50-110 15-18 50-100 15-17 50-100 14-16

1 50-180 17-22 50-160 18-20 60-110 15-18

1,2 120-250 19-26 110-220 19-22 110-170 17-20

1,4 140-300 19-28 120-220 19-23 120-180 18-21

1,6 150-350 20-30 - - - -

2 200-500 25-35 - - - -

Представленные в Таблице 1 рекомендации позволяют не только учитывать нагрев в вылете электродной проволоки, но и оценивать плотность тока на ее торце.

Помимо этого, как отмечается в работе [18], при реализации большинства способов ручной и механизированной наплавки невозможно добиться равномерности толщины наплавленного слоя. Наплавка под флюсом имеет существенные ограничения, так как позволяет наплавлять только простые, практически плоские поверхности.

При наплавке неплавящимся электродом, в качестве которого используются прутки вольфрама, в зону горения электрической дуги подается Аг или Не, газовые смеси на основе Аг, благодаря чему столб дуги, а также расплавленная сварочная ванна изолируются от кислорода и азота воздуха. Ручная аргонодуговая наплавка неплавящимся электродом, характеризуется относительно низкой производительностью, а для ее реализации требуются сварщики высокой квалификации. Высокотехнологичные процессы автоматической наплавки неплавящимся электродом с подачей присадочной проволоки обеспечивают непрерывность процесса с эффективным регулированием доли металла подложки в наплавленном слое. Однако они требуют постоянного контроля за состоянием неплавящегося электрода, так как при износе его рабочей поверхности проплавляющая способность дуги резко снижается. В свою очередь при автоматической наплавке плавящимся электродом сложнее добиваться минимального проплавления основного металла. Можно констатировать, что перечисленные способы наплавки характеризуются большим проплавлением и существенным разбавлением наплавляемого металла основным.

Следовательно, дальнейшее развитие получат только те технологии наплавки, которые обеспечивают минимальное проплавление основного металла. Общим физическим и технологическим признаком таких технологий является разделение плавления присадочного металла и подогрева основного металла. Поэтому в последние годы различного рода антикоррозийные покрытия выполняют лазерной и плазменной наплавкой с регулируемым проплавлением и использованием присадочного металла в виде порошка или

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Полосков Станислав Сергеевич, 2025 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гребнев В.Д., Мартюшев Д.А., Хижняк Г.П. Строительство нефтегазопромысловых объектов. Пермь: Изд-во ПНИПУ, 2012. 115 с.

2. Фахретдинов Р., Якименко Г. Технологии повышения нефтеотдачи пластов // Neftegaz.RU. 2012. № 9. С. 24-28.

3. Рузин Л.М., Морозюк О.А. Методы повышения нефтеотдачи пластов (теория и практика): учебное пособие. Ухта: УГТУ, 2014. 127 с.

4. Брилл Д., Мукерджи Х. Многофазный поток в скважинах. Пер. с англ. М.; Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2006. 384 с.

5. Касьянов В.М. Гидромашины и компрессоры: учебник для вузов. 2-е изд. М.: Недра, 1981. 295 с.

6. Valve technology: handbook. - Stavanger: Norwegian Oil and Gas Association, 2017. - 131 p. https://www.norskoljeoggass.no.

7. Савельев С.С. Запорная арматура для работы с высокоабразивными средами // Экспозиция Нефть Газ. 2013. № 3. С. 74-75.

8. Зорин Е.Е., Гончаров Н.Г., Колесников О.И. Заварка дефектов литья корпусных деталей трубопроводной арматуры // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2023. № 4. С. 337-343.

9. Современные конструкции трубопроводной арматуры для нефти и газа: справочное пособие / Ю.М. Котелевский, Г.В. Мамонтов, Л.Н. Нисман [и др.] -2-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1976. 496 с.

10. Щипачёв А.М., Самигуллин Г.Х. Надежность нефтегазового оборудования: учебное пособие. 3-е издание. СПб: Лань, 2022. 68 с.

11. Nickel, cobalt and their alloys: ASM specialty handbook / edited by J.R. Davis. USA: ASM International, 2000. 422 p.

12. Трубопроводная арматура как основа систем пассивной защиты / А.В. Фоминых, И.Р. Чиняев, А.Л. Шанаурин, Е.А. Ильиных // Арматуростростроение. 2016. № 4. С. 58-63.

13. Коберник Н.В. Разработка элементов теории и технологических приемов экзогенного модифицирования и армирования наплавленного металла: специальность 05.02.10 «Сварка, родственные процессы и технологии»: автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. М., 2018. 408 с.

14. Шулятьев М.И., Новокрещенов А.Н., Соловьев С.Д. Основы технологии производства плакированных наплавкой деталей машин: учебное пособие. Ижевск : Изд-во УИР ИжГТУ имени М. Т. Калашникова, 2023. 464 с.

15. Saha M.K., Das S. A review on different cladding echniques employed to resist corrosion // Journal of the Association of Engineers. 2016. Vol. 86, No. 1-2. P. 51-63.

16. Патон Б.Е., Римский С.Т., Галинич В.И. Применение защитных газов в сварочном производстве (обзор) // Автоматическая сварка. 2014. № 6-7. С. 1724.

17. Сварка в смеси активных газов / А.Е. Аснис, Л.М. Гутман, В.Р. Покладий, Я.М. Юзькив. Киев: Наукова думка, 1982. 216 с.

18. Орлик Г.В., Орлик А.Г., Коберник Н.В. Применение современных технологий для повышения износостойкости деталей // Сварка и диагностика. 2019. № 6.С. 46-49.

19. Совершенствование технологии плазменной порошковой наплавки рабочих поверхностей запорной трубопроводной арматуры / В.В. Ерофеев, Р.Г. Шарафиев, С.В. Ерофеев [и др.] // Теория. Практика. Инновации. 2019. № 3 (39). С. 76-83.

20. Татаринов Е.А. Лазерная наплавка элементов запорной арматуры // Известия ТулГУ. Технические науки. 2015. № 11-1. С. 101-107.

21. Laser assisted GMAW hardfacing / Y. Ali, K. Güenther, A. Burt, J.P. Bergmann // Welding Journal. 2015. Vol. 94, No. 12. P. 367s-373s.

22. Красавин А.С. Инновационные методы наплавки для трубопроводной арматуры // Вестник арматуростроителя. 2018. № 2 (44). С. 90-91.

23. Радченко М.В., Шевцов Ю.О., Радченко Т.Б. Электронно-лучевая наплавка износостойких покрытий в вакууме на поверхность запорной арматуры // Ползуновский вестник. 2005. № 2-2. С. 67-71.

24. Ластовиря В.Н. Процесс электронно-лучевой сварки как объект управления формой провара // Сварочное производство. 1997. № 5. С. 2-5.

25. Бабинец А.А., Рябцев И.А. Усталостная долговечность многослойных наплавленных образцов // Сварочное производство. 2015. № 4. С. 15-19.

26. Мельников А.Ю. Применение роботов в сварочном производстве (примеры реализации) // Технологии и материалы. 2015. № 1. С. 24-28.

27. Полосков С.С. Проблемы наплавки уплотнительных поверхностей трубопроводной арматуры и пути их решения // Вестник ДонГТУ. 2019. Т. 19, № 4. С. 349-356.

28. Фрумин И.И. Автоматическая электродуговая наплавка. Харьков: Металлургиздат, 1961. 422 с.

29. Ивочкин И.И., Малышев Б.Д. Сварка под флюсом с дополнительной присадкой. М.: Стройиздат, 1981. 176 с.

30. Особенности наплавки плавящимся электродом с дополнительной холодной присадочной проволокой / С.С. Полосков, М.А. Шолохов, В.А. Ерофеев, А. Ю. Мельников // Заготовительные производства в машиностроении. 2022. Т. 20, № 8. С. 343-349.

31. Tusek J. Submerged arc surfacing with a multiple-wire electrode // Metalurgija. 2002. Vol. 41, No. 4. p. 295-300.

32. Меликов В.В. Многоэлектродная наплавка. М.: Машиностроение, 1988. 144 с.

33. Шолохов М.А. Развитие элементов теории формирования шва и технологических основ многопроходной сварки плавящимся электродом по узкому зазору корпусных конструкций специальной техники из высокопрочных сталей: специальность 05.02.10 «Сварка, родственные процессы и технологии»: диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М., 2016.

394 с.

34. Уланов А.М., Иванов М.А. Развитие технологии многодуговой сварки трубных сталей // Вестник ЮУрГУ. 2012. № 39. С. 152-154.

35. Лащенко Г.И. Способы дуговой сварки стали плавящимся электродом. Киев: Экотехнология, 2006. 348 с.

36. Технологические особенности формирования металла, наплавленного расщеплённым электродом / С.К. Елсуков, И.В. Зорин, Г.Н. Соколов [и др.] // Известия ВолгГТУ. Сер. Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении. 2017. № 10 (205). C. 122-125.

37. Исследование технологических возможностей наплавки независимой трехфазной дугой плавящимися электродами / А.А. Безруких, Р.А. Мейстер, М.А. Лубнин, С.А. Готовко // Вестник СибГАУ. 2010. № 2. С. 131-134.

38. Electromagnetic characteristic of twin-wire indirect arc welding / C. Shi, Y. Zou, Z. Zou, D. Wu // Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2015. Vol. 28, No. 1. P. 123-131.

39. Characteristics of bypass coupling twin-wire indirect arc welding with high-speed welding mode / D. Wu, Q. An, K. Matsuda [et al.] // Journal of Materials Processing Technology. 2021. Vol. 291; 116996. https://doi.org/10.1016/j. Jmatprotec.2020.116995.

40. Авторское свидетельство 1310146 (СССР), МПК В 23 К 9/16. Способ двухдуговой сварки в защитных газах / В.А. Ленивкин, П.И. Петров, Е.Н. Варуха [и др.]; РИСХМ. Заявл. 06.02.86; Опубл. 15.05.87; Бюл. № 18. 4 c.

41. Мастенко В.Ю. Высокопроизводительная механизированная двухдуговая наплавка проволоками под флюсом с подачей дополнительной заземленной проволоки в зону горения дуги // Сварочное производство. 2007. № 8.С. 3-6.

42. Zhang Y.M., Jiang M., Lu W. Double electrodes improve GMAW heat input control // Welding Journal, 2004. Vol. 83, No. 11. P. 39-41.

43. Воропай Н.М., Илюшенко В.М., Мишенков В.А. Комбинированный

процесс двухдуговой сварки и наплавки неплавящимся и плавящимся электродом // Автоматическая сварка. 1994. № 4. С. 56-57.

44. High speed TIG-MAG hybrid arc welding of mild steel plate / X. Meng, G. Qin, Y. Zhang [et al.] // Journal of Materials Processing Technology. 2014. Vol. 214, No. 11. P. 2417-2424.

45. Sahoo A., Tripathy S. Development in plasma arc welding process: A review // Materials Today Proceedings. 2020. Vol. 41, No. 3. P. 363-368.

46. Arc interaction and molten pool behavior in the three wire submerged arc welding process / D.V. Kiran, D.W. Cho, W.H. Song [et al.] // International Journal Heat and Mass Transfer. 2015. Vol. 87. P. 327-340.

47. Double-electrode arc welding process: Principle, variants,control and developments / Y. Lu, S. Chen, Y. Shi [et al.] // Journal of Manufacturing Processes. 2014. Vol. 16, No. 1. P. 93-108.

48. Metal transfer process and properties of double-wire double pulsed gas metal arc welding / R. Wu, X. Cao, T. Yin [et al.] // Journal of Manufacturing Processes. 2019. Vol. 44. P. 367-375.

49. Патент 2598715 (РФ), МПК В 23 К 9/173; В 23 К 9/10 Способ сварки комбинацией дуг / В.П. Сидоров, Д.В. Зюбин, Н.А. Борисов; ГАЦ по сварочному производству Средне-Волжского региона. Заявл. 07.04.15; Опубл. 27.09.16; Бюл. 27. 13 с.

50. Мандельберг С.Л. Многодуговая сварка на повышенной скорости с колебанием электрода // Автоматическая сварка. 1965. № 2. С. 8-13.

51. Сварка в защитных газах с колебаниями электрода. Тепловая задача / Э.А. Гладков, А.С. Бабкин, С.Н. Коробейников [и др.] // Сварочное производство. 2015. № 7. С. 3-8.

52. Correia D.S., Ferraresi V.A. Welding process selection through a double criteria: operational costs and non-quality costs // Journal of Materials Processing Technology. 2007. Vol. 184, No. 1-3. p. 47-55.

53. A system for complex robotic welding / O. Madsen, C. Bro Sorensen, R.

Larsen [et al.] // Industrial Robot. 2002. Vol. 29, No. 2. P. 127-131. https://doi.org/ 10.1108/01439910210419132.

54. Соснин Э.А., Пойзнер Б.Н. Осмысленная научная деятельность: диссертанту - о жизни знаний, защищаемых в форме положений: монография. М.: РИОР; ИНФРА-М, 2015. 148 с.

55. Пономарев А.Б., Пикулева Э.А. Методология научных исследований: учебное пособие. Пермь: Изд-во ПНИПУ, 2014. 186 с.

56. Коротынский А.Е. Информационно-измерительные и управляющие комплексы для систем автоматизации экспериментов при исследовании дуговой сварки // Автоматическая сварка. 1993. № 2. С. 28-31,143.

57. Scotti A., Ponomarev V., Lucas W. A scientific application oriented classification for metal transfer modes in GMA welding // Journal of Materials Processing Technology. 2012. Vol. 212, No. 6. P. 1406-1413.

58. Перковский Р.А. Разработка универсальных систем управления сварочными комплексами // Тяжелое машиностроение. 2021. № 7-8. С. 17-21.

59. Tomographic spectroscopic observation of argon and metal vapor behavior in MIG arc welding / K. Nomura, K. Kataoka, K. Mimura [et al.] // Welding in the World. 2016. Vol. 60, No. 1. P. 117-125.

60. Методы испытания и контроль качества износостойкого наплавленного металла: учебное пособие / И.В. Зорин, А.А. Артемьев, Ю.Н. Дубцов, С.В. Хаустов. Волгоград: ВолГТУ, 2021. 120 с.

61. Булавин Л.А., Выгорницкий Н.В., Лебовка Н.И. Компьютерное моделирование физических систем. Долгопрудный: Интеллект, 2011. 352 с.

62. Golob M. Modeling and simulation of GMA welding process and welding power sources // SNE Simulation Notes Europe. 2016. Vol. 26, No. 4. P. 237-244.

63. Зайдес С.А., Астафьева Н.А. Моделирование сварочных процессов. Иркутск: Из-во ИрНИТУ, 2017. 160 с.

64. Полосков С.И., Ерофеев В.А., Логвинов Р.В. Моделирование распределения теплового потока и давления дуги в процессе орбитальной TIG-

сварки // Сварочное производство. 2005. № 8. С. 10-15.

65. Wu C.S., Sun J.S. Modelling the arc heat flux distribution in GMA welding // Computational Materials Science. 1998. Vol. 9, No. 3-4. P. 397-402.

66. Полосков С.С. Пространство моделирования при наплавке плавящимся электродом с дополнительной присадочной проволокой // Сборник трудов I Международной научно-практической конференции молодых учёных «Актуальные проблемы информационно-телекоммуникационных технологий и математического моделирования в современной науке». Комсомольск-на-Амуре: КнАГУ, 2021. С. 101-103.

67. Перковский Р.А. Разработка физико-математических моделей и микропроцессорных систем контроля и управления процессом аргонодуговой сварки тонкостенных изделий ответственного назначения: специальность 05.02.10. «Сварка, родственные процессы и технологии»: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 2010. 16 с.

68. Зорин И.В. Разработка композиционных электродных материалов и технологии наплавки термо- и износостойкого металла на основе алюминида никеля №зА1: специальность 05.02.10 «Сварка, родственные процессы и технологии»: диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Волгоград, 2020. 302 с.

69. Влияние защитного газа на структуру и свойства стойких против абразивного износа покрытий / С.П. Сорокин, Г.В. Орлик, А.Г. Орлик [и др.] // Упрочняющие технологии и покрытия. 2018. № 11. С. 500-504.

70. Zhu M., Shi Yu., Fan D. Analysis and improvement of metal transfer behaviors in consumable Double-Electrode GMAW process // Journal of Manufacturing Science and Engineering. 2015. Vol. 137, No. 1. P. 1-5. 011010. https://doi.org/10.1115/1.4028636.

71. Ma G.H., Zhang Y.M. A way to weld sheet metal with double-electrode GMAW // Advanced Materials Research. 2013. Vol. 651. P. 333-337.

72. Цыбулькин Г.А. Адаптивное управление в дуговой сварке. Киев: Сталь, 2014. 171 с.

73. Zhang J., Chen S., Hongyan H., Yu Y., Liu M. Designing a multi-output power supply for multi-electrode arc welding // Electronics. 2023. Vol. 12. P. 1-16. 1702. https://doi.org/10.3390/electronics12071702.

74. Puñales E.M.M., Alfaro S.C.A. Stability on the GMAW process // Welding-Modern Topic. 2021. 11. P. 1-24. https://doi.org/D0I:10.5772/intechopen. 90386.

75. Хренов К.К. Устойчивость горения электрической дуги // Автогенное дело. 1948. № 6-7. С. 33-35.

76. Устойчивые режимы горения дуги на малых токах в углекислом газе / Р.А. Мейстер, М.А. Лубнин, С.А. Готовко, А.Р. Мейстер // Вестник СибГАУ им. академика М.Ф. Решетнева, 2012. № 2. С. 137-140.

77. Металлургия дуговой сварки. Процессы в дуге и плавление электродов / И.К. Походня, В.Н. Горпенюк, С.С. Миличенко [и др.]. Киев: Наукова Думка, 1990. 224 с.

78. Повышение устойчивости и стабильности процесса ручной дуговой сварки металлов малых толщин / Ю.А. Арутюнов, В.В. Белев, Е.Р. Меликов [и др.] // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2022. № 7. С. 40-45.

79. Пространственная устойчивость сварочной дуги / В.А. Ленивкин, Н.Г. Дюргеров, И.С. Морозкин, С.Г. Паршин // Сварка и диагностика. 2016. № 1. С. 16-21.

80. Бурдаков С.М., Орехов М.И. Анализ способов повышения и критериев оценки устойчивости сварочного дугового разряда // Инженерный вестник Дона. 2016. № 2. ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2016/3594

81. Влияние полярности тока на процесс двухдуговой наплавки плавящимся электродом с токоведущей присадочной проволокой / С.С. Полосков, В.А. Ерофеев, М.А. Шолохов [и др.] // Заготовительные

производства в машиностроении. 2022. Т. 20, № 11. С. 493-500.

82. Рогозин Д.В., Ленивкин В.А. Выбор процесса дуговой наплавки плавящимся электродом в защитном газе уплотнительных поверхностей энергетической арматуры // Advanced Engineering Research. 2024. Т. 24, № 4. С. 402-412.

83. Nemchinsky V. Heat transfer in a liquid droplet hanging at the tip of an electrode during arc welding // Journal of Physics D: Applied Physics. 1997. Vol. 30, No. 7. P. 1120-1124.

84. Походня И.К., Суптель А.М. Теплосодержание капель электродного металла при дуговой сварке в защитных газах // Автоматическая сварка. 1967. № 2. С. 13-18.

85. Wang L., Wu C., Chen J., Gao J. Influence of the external magnetic field on fluid flow, temperature profile and humping bead in high speed gas metal arc welding // International Journal of Heat & Mass Transfer. 2018. Vol. 116, 1282-1291.

86. Review on magnetically controlled arc welding process / H. Wu, Y. Chang, L. Lu, J. Bai // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology.

2017. Vol. 91, No. 9-12. P. 4263-4273.

87. Мандельберг С.Л. Магнитное взаимодействие дуг при двухдуговой трехфазной сварке // Автоматическая сварка. 1966. № 4. С. 30-36.

88. Цыбулькин Г.А. Влияние собственных магнитных полей на электрические дуги при тандемной дуговой сварке // Автоматическая сварка.

2018. № 3. С. 13-17.

89. On the visualization of gas metal arc welding plasma and the relationship between arc length and voltage / E.B.F. Dos Santos, L.H. Kuroiwa, A.F.C. Ferreira [et al.] // Applied Science. 2017. Vol. 7, No. 5. P. 1-11. 503; doi:10.3390 /app 7050503.

90. Березовский Б.М. Математические модели дуговой сварки: В 5 т. Т. 1. Математическое моделирование и информационные технологии, модели сварочной ванны и формирования шва. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2002. 585 с.

91. Elder G.N., Felder K.M. Mathematical Methods in Engineering and Physics: 1st Edition. New Jersey: John Wiley & Sons, 2015. 852 p.

92. Каток А.Б., Хассельблат Б. Введение в современную теорию динамических систем: монография /пер. с англ. М.: Факториал, 1999. 768 с.

93. Острейковский В.А. Анализ устойчивости и управляемости динамических систем методами теории катастроф: учебное пособие. М.: Высшая школа, 2005. 326 с.

94. Полосков С.С. Использование методов теории катастроф для оценки состояния сложных динамических систем // Труды LIV-ой научной конференции «Проблемы фундаментальных и прикладных естественных и технических наук в современном информационном обществе: Аэрофизика и космические исследования». Долгопрудный: МФТИ, 2011. С. 215-216.

95. Судник В.А., Ерофеев В.А. Расчеты сварочных процессов на ЭВМ. Тула: Изд-во ТулПИ, 1986. 100 с.

96. Полосков С.С., Ерофеев В.А., Шолохов М.А. Физико-математическая модель дугового взаимодействия при наплавке плавящимся электродом с дополнительной присадочной проволокой // Сварка и диагностика. 2019. № 6. С. 27-31.

97. Process modeling of short-circuiting GMA welding and its application to arc sensor control / S. Kodama, Y. Ichiyma, Y. Ikuno. N. Baba // Nippon Steel Technical Report. 2007. No. 95. P. 71-75.

98. Лесков Г.И. Электрическая сварочная дуга. М.: Машиностроение, 1970. 355 с.

99. Самарский А.А., Николаев Е.С. Методы решения сеточных уравнений. М.: Наука, 1978. 592 с.

100. Измерение и расчёт энергетических характеристик дуги при сварке плавящимся электродом в смеси защитных газов / Д.В. Слезкин, Р.В. Цвелев, В.А. Ерофеев [и др.] // Известия ТулГУ. 2012. Вып. 9. С. 189-201.

101. DuPont J.N., Marder A.R. The effect of welding parameters and process //

Welding Journal. 1995. Vol. 74, No. 12. P. 106s-116s.

102. Марочник сталей и сплавов. 7-е изд., стереотипное / Ю.Г. Драгунов,

A.С. Зубченко, Ю.В. Каширский [и др.] Под ред. Ю.Г. Драгунова и А.С. Зубченко. М.: Инновационное Машиностроение, 2021. 1216 с.

103. Влияние скорости подачи электродной проволоки на проплавление основного металла при дуговой наплавке / И.А. Рябцев, А.А. Бабинец, И.П. Лентюгов, Э.В. Турык // Автоматическая сварка, 2019. № 3. С. 23-28.

104. Инструмент для анализа динамических процессов в системе «источник питания - дуга» при двухдуговой наплавке плавящимся электродом с подачей дополнительной присадочной проволоки / С.С. Полосков, М.А. Шолохов, В.А. Ерофеев [и др.] // Сварка и диагностика. 2024. № 5. С. 21-27.

105. Аналитическое исследование условий устойчивого дугового взаимодействия при двухдуговой наплавке плавящимися электродом с токоведущей присадочной проволокой / С.С. Полосков, М.А. Шолохов, В.А. Ерофеев [и др.] // Заготовительные производства в машиностроении, 2024. Т. 22, № 11. С. 489-499.

106. Федоренко Р.П. Введение в вычислительную физику: учебное пособие. Долгопрудный: Интеллект, 2008. 504 с.

107. К вопросу саморегулирования дуги при сварке плавящимся электродом / Б.Е. Патон, В.С. Сидорук, С.Ю. Максимов, Ю.Н. Сараев // Сварочное производство. 2014. № 12. С. 3-11.

108. Оценка энергетического баланса двухдуговой наплавки плавящимся электродом с подачей присадочной проволоки (DE-GMAW / С.С. Полосков,

B.А. Ерофеев, М.А. Шолохов [и др.] // Сварка и диагностика. 2023. № 4. С. 5662.

109. Anders A. Glows, arcs, ohmic discharges: An electrode-centered review on discharge modes and the transitions between them // Applied Physics Reviews. 2024. Vol. 11, No. 3. P. 1-36. 031310; doi: 10.1063/5.0205274.

110. К вопросу взаимовлияния дуг при двухдуговой наплавке плавящимся

электродом с токоведущей присадочной проволокой / С.С. Полосков, М.А. Шолохов, В.А. Ерофеев [и др.] // Заготовительные производства в машиностроении. 2024. Т. 22, № 6. С. 250-255.

111. Study of the mechanism of a stable deposited height during GMAW-based additive manufacturing / H. Shen, R. Deng, B. Liu [et al.] // Applied Scieces. 2020. Vol. 10, No. 12. P. 1-17. 4322; https://doi.org/10.3390/app10124322.

112. Ферстер Э., Ренц Б. Методы корреляционного и регрессионного анализа. Пер. С англ. М.: Финансы и статистика, 1981. 302 с.

113. Летягин И.Ю. Математическое моделирование и основы научных исследований в сварке. Статистическая обработка и планирование эксперимента: учебное пособие. 2-е изд. Пермь: Изд-во ПНИПУ, 2021. 203 с.

114. Полосков И.Е. Математическая статистика. Курс лекций и практикум: учебное пособие. Пермь: Изд-во ПГНИУ, 2022. 412 с.

115. Хикс Ч.Р. Основные принципы планирования эксперимента. М.: Мир, 1967. 406 с.

116. Букаров В.А., Ермаков С.С., Дорина Т.А. Оценка стабильности дуговой сварки по осциллограммам процесса с использованием статистических методов // Сварочное производство, 1990. № 12. С. 30-32.

117. Ланкин Ю.Н. Показатели стабильности дуговой сварки плавящемся электродом // Автоматическая сварка, 2011. №1. С. 7-15.

118. Пространственная устойчивость процесса двухдуговой наплавки плавящимся электродом с токоведущей присадочной проволокой / С.С. Полосков, В.А. Ерофеев, М.А. Шолохов [и др.] // Сварка и диагностика. 2024. № 2. С. 13-18.

119. О границах области устойчивого дугового взаимодействия в процессе двухдуговой наплавки плавящимся электродом / С.С. Полосков, В.А. Ерофеев, М.А. Шолохов [и др.] // Сварка и диагностика. 2024. № 6. С. 37-43.

120. Пергамент М.М. Методы исследований в экспериментальной физике: учебное пособие. Долгопрудный: Интеллект, 2010. 304 с.

121. ГОСТ Р 57180-2016. Соединения сварные. Методы определения механических свойств, макроструктуры и микроструктуры. Введ. 2016.10.21. М.: Стандартинформ, 2017. 24 с.

122. ГОСТ Р 54153-2010. Сталь. Метод атомно-эимссионного спектрального анализа. Введ. 2012.01.01. М.: Стандартинформ, 2012. 34 с.

123. Исследование технологических возможностей процесса двухдуговой наплавки плавящимся электродом с дополнительной токоведущей присадочной проволокой / С.С. Полосков, В.А. Ерофеев, М.А. Шолохов, А.Ю. Мельников // Сварка и диагностика. 2022. № 2. С. 43-47.

124. Effect of different welding modes on morphology and property of SS316L stainless steel deposition by robotic metal-Inert gas welding / W. Wu, C. Wen, J. He [et al.] // Materials. 2024, Vol. 17, No. 18. P. 1-14. 4479; https://doi.org/10.3390/ma 17184479.

125. Особенности сопряжения и перекрытия кромок смежных валиков при наплавке плавящимся электродом с токоведущей присадочной проволокой (DE-GMAW) / С.С. Полосков, В.А. Ерофеев, М.А. Шолохов [и др.] // Сварка и диагностика. 2022. № 4. С. 54-58.

126. Физико-математическая модель формирования валиков с большой кривизной поверхности при аддитивной наплавке / М.А. Шолохов, В.А. Ерофеев, С.С. Полосков [и др.] // Сварка и диагностика. 2023. № 6. С. 21-25.

127. Анализ влияния параметров поперечных колебаний на процесс широкослойной наплавки плавящимся электродом с токоведущей присадочной проволокой / С.С. Полосков, В.А. Ерофеев, М.А. Шолохов [и др.] // Сварка и диагностика. 2022. № 5. С. 28-33.

128. Герасимова Л.П. Контроль качества сварных и паяных соединений: справочное издание. М.: Интермет Инжиниринг, 2007. 376 с.

129. Липпольд Д. Котеки Д. Металлургия сварки и свариваемость нержавеющих сталей: пер. с англ. / под ред. Н. А. Соснина, А. М. Левченко. СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2011. 467 с.

130. Душина А.Ю. Послойная плазменная наплавка сталей аустенитного класса типа 308LSi для аддитивного производства: специальность 2.5.8. Сварка, родственные процессы и технологии: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Пермь, 2023. 148 с.

131. Effect of weld metal chemistry and heat input on the structure and properties of duplex stainless steel welds / V. Muthupandi, P. B. Srinivasan, S. K. Seshadri, S. Sundaresan // Materials Science & Engineering: A. 2003. Vol. 358, No. 1-2. P. 9-16.

132. Полосков С.С. Формирование технологических требований к двухдуговой наплавке с токоведущей присадочной проволокой контактных поверхностей нефтегазового оборудования // Сварка и диагностика, 2023. № 5. С. 44-49.

133. Полосков С.С., Желтенков А.В. Высокотехнологичные наукоемкие предприятия и их позиционирование в конкурентной среде // Вестник МГОУ. Сер.: Экономика. 2018. № 2. C. 155-163.

134. Полосков П.С., Полосков С.С. Управленческие решения по удовлетворению требований потребителей к качеству продукции // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. 2008. Т. 1, № 4. С. 126-131.

135. Факторы эффективности внедрения сварочных роботов в Индустрии 4.0 / М.А. Шолохов, И.В. Ершова, Д.С. Бузорина, С.С. Полосков // Сварка и диагностика. 2020. № 5. С. 41-44.

136. Welding Robots / J.N. Pires, A. Loureiro, T. Godinho [et al] // IEEE Robotic & Automation Magazine. 2003. Vol. 10, No. 2. P. 45-55.

137. Jang J.H., Kim S.H., Kwak Y.K. Calibration of geometric and non-geometric errors of an industrial robot // Robotica. 2001. Vol. 19, No. 3. P. 311-321.

138. Коллаборативные роботы для дуговой сварки / М.А. Шолохов, А.М. Фивейский, Д.С. Бузорина [и др.] // Сварка и диагностика. 2021. № 4. С. 57-61.

139. Страхова Е.А., Ерофеев В.А., Судник В.А. Моделирование процесса

наплавки с поперечными колебаниями плазмотрона // Сварка и диагностика. 2009. № 2. С. 12-15.

140. Полосков С.С., Ерофеев В.А., Шолохов М.А. Моделирование формирования ванны расплава и шва при наплавке плавящимся электродом с дополнительной присадочной проволокой // Заготовительные производства в машиностроении. 2020. Т. 18, № 6. С. 247-255

141. Полосков С.С., Ерофеев В.А., Шолохов М.А. Физико-математическая модель дугового взаимодействия при наплавке плавящимся электродом с дополнительной присадочной проволокой // Сварка и диагностика. 2019. № 6. С. 27-31.

142. Романко В.К. Курс дифференциальных уравнений и вариационного исчисления: учебное пособие. М.: Физматлит, 2000. 344 с.

143. Афанасьев А.В., Горбунов А.Т., Шустев И.Н. Заводнение нефтяных месторождений при высоких давлениях нагнетания. М.: Недра, 1975. 215 с.

144. Полосков С.С., Ерофеев В.А., Шолохов М.А. Компьютерный инженерный анализ технологических особенностей двухдуговой наплавки с токоведущей присадочной проволокой контактных поверхностей центробежного насоса // Заготовительные производства в машиностроении. 2023. Т. 21, № 11. С. 487-494.

145. Коновалов А.В. Разработка элементов теории и технологических путей обеспечения свариваемости низколегированных сталей при многослойной сварке с использованием компьютерного моделирования: специальность 05.03.06. Технологии и машины сварочного производства: диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М., 2005. 411 с.

146. Патент 2831172 (РФ), МПК В 23 К 9/04; 9/16; 9/09 Способ двухдуговой наплавки плавящимися электродами / М.А. Шолохов, С.С. Полосков, А.Ю Мельников [и др.]; ООО «Шторм». Заявл. 30.05.24; Опубл. 02.12.24; Бюл. 34. 11 с.

ПРИЛОЖЕНИЯ

УТВЕРЖДАЮ

Генеральный директор О QO ••^Bpy^f гази нжннир инг»

■ / И.Н, Рудевок

г. Москва

21 ноября 2022 г.

АКТ

о промышленном опробовании и внедрении технологий и оборудования двухдуговой наплавки, предложенных в диссертационной работе С.С. Пол ос кона

Мы, нижеподписавшиеся, представители ООО Шромгазинжиниринг»: Кучеренко Роман Сергеевич - Заместитель главного инженера; Зубов Валерий Геннадьевич - Начальник Лаборатории неразрушающего контроля;

составили настоящий акт о том, что разработанные в диссертационном исследовании С.С. Полоскова, оборудования и технологии для двухдуговой наплавки прошли испытания и опытное применение при наплавке контактных поверхностей деталей крупногабаритной (Ду 700 - 1200} запорной арматуры (затвор ПГИПТ078.752457.074 (1и), 03.ПГЙПТ39168-ЗЕ Rev.2) на ООО «Про мгазинжиниринг».

Применение результатов диссертационных исследований С.С, Полоскова (технологии наплавки корроз ион нестойкими сплавами семейства Инконель на углеродистую сталь) позволило улучшить качество ремонта контактных поверхностей трубопроводной арматуры (ТПА).

Снижено количество брака (межслойных дефектов) на 7%, повышена производительность ремонта на 17% по сравнению с однодуговой наплавкой и уменьшения механических работ после наплавки, снижен расход наплавочных материалов на 18-20%.

Общий экономический эффект от внедрения предложенной технологии двухдуговой наплавки с токоведущей присадочной проволокой и современного роботизированного оборудования (после их аттестации в установленном порядке) составит не менее 8,6 млн, руб. п год (в ценах 2022 г.).

Начальник Лаборатории НК

Заместитель главного инженера