1.2 Анализ литературы по проблеме

Согласно требованиям действующих государственных и отраслевых нормативно-технических документов одним из основных пунктов программы испытаний шахтных крепей является пункт об их прочностных испытаниях [1]. Основные методы контроля прочности шахтных крепей:

- измерение пространственной остаточной деформации испытуемой металлоконструкции путем контроля стрелы прогиба;

- измерение пространственной остаточной деформации испытуемой МК путем контроля отклонений от исходной базовой плоскости;

- измерение деформаций в зонах шарниров;

- измерение пространственной остаточной деформации внешних поверхностей перекрытий и оснований в зонах стоечных опор на отсутствие выпучивания;

- визуальный и инструментальный контроль наружных сварных швов на отсутствие трещин;

- контрольная разборка секций с оценкой состояния после испытаний.

Допуски по дефектам сварных соединений, выявленным с помощью традиционных методов неразрушающего контроля (ультразвукового, радиографического и др.), зависят от категории швов, которые классифицированы по видам нагружения. В большинстве случаев из-за сложной схемы нагружения конструкции не представляется возможным однозначно отнести сварное соединение к той или иной категории, а значит, объективно оценить результаты дефектоскопии.

Деформации сварных соединений элементов металлоконструкций секций механизированных крепей происходят под воздействием большого числа факторов. Сплошность металла сварных соединений в некоторых случаях нарушается из-за появления пор, шлаковых включений, непроваров, пленок оксидов, трещин и др. Подобные отклонения на практике являются неизбежными и при различных условиях эксплуатации оказывают различное влияние на работоспособность сварной конструкции [2, 3].

В области этих дефектов при нагружении силовые линии искривляются, напряжения распределяются неравномерно, в результате чего возникает концентрация напряжений, т.е. образование значительных напряжений на участках малой протяженности. Когда максимальные значения этих напряжений достигнет предела текучести, вблизи концентраторов появляются зоны пластических деформаций. Степень влияния дефектов на прочность металлоконструкций секций механизированных крепей зависит от условий эксплуатации конструкций, характера дефекта и его размеров, свойств металла, его чувствительности к концентрации напряжений [4, 5].

Неметаллические включения уменьшают рабочее сечение шва и приводят к понижению прочности сварного соединения [6]. Появление пор в сварных конструкциях снижает механические свойства наплавленного металла (ударную вязкость, угол загиба, предел прочности).

При переменных нагрузках, в периоды интенсивных и весьма интенсивных осадок кровли, и наличии технологических дефектов (шлаковых и окисных включений, цепочек близко расположенных пор, царапин, мест перехода от наплавленного металла к основному) усталостная прочность сварного соединения резко падает [7, 8]. В этом случае рассматривается вопрос о чувствительности металла к концентрации напряжений по среднему разрушающему напряжению, а именно: сопротивление металла появлению трещины в концентраторе, началу движения и распространению трещины как наиболее опасного дефекта. При образовании упругопластических деформаций в сварных соединениях металлоконструкции испытывают общие деформации, которые приводят к снижению долговечности и работоспособности металлоконструкции.

В ходе анализа литературы и патентов рассмотрены вопросы основных проблем и закономерностей, влияющих на работу сварных соединений и изделия в целом.

3. Основные направления исследований

Цель проекта планируется достичь решением следующих задач:

1) применение рассчитанных в дипломном проекте режимов сварки и соответствующих сварочных материалов для данной стали с целью минимизировать количество дефектов;

2) применение разделок кромок для гарантированного проплавления элементов соединений;

3) возможность использования соединений без разделок кромок при сварке под флюсом, характеристики глубины проплавления.

Чтобы реализовать предложенные методы, необходимо:

- изучить влияние сварочных материалов и режимов сварки на прочностные характеристики соединений;

- исследовать состояние металла шва и околошовной зоны в соединениях;

- провести испытания контрольных образцов соединений, аналогичных используемых в механизированной крепи.

3. Резюме

Развитие современного горно-шахтного машиностроения и ускорение темпов разработки месторождений полезных ископаемых увеличивает спрос на оборудование, которое будет отвечать современным запросам на надежность и долговечность.

Целью данного дипломного проекта является исследование соединений механизированной крепи из стали 10ХСНД, выполненных разными способами сварки, а также разработка сборки и сварки элементов крепи.

Контрольные образцы, предоставленные для аттестации технологии сварки предприятием-изготовителем, являются объектом исследования данного дипломного проекта.

2. Методика проведения экспериментальных исследований.