Виявлення впливу режиму керованих коливань рідкої ванни на геометрію наплавленого валика

Автор(и)

  • Володимир Олександрович Лебедєв Херсонський навчально-науковий інститут Національного університету кораб-лебудування імені адмірала Макарова, Україна https://orcid.org/0009-0002-3689-7369
  • Сергій Володимирович Новиков Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України, Україна https://orcid.org/0000-0002-8295-0987
  • Сергій Анатолійович Лой Херсонський навчально-науковий інститут Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова, Україна http://orcid.org/0000-0002-1936-6390
  • Володимир Володимирович Спіхтаренко Херсонський навчально–науковий інститут Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова, Україна http://orcid.org/0000-0002-6328-9791
  • Максим Валентинович Матвієнко Херсонський навчально–науковий інститут Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова, Україна http://orcid.org/0000-0002-1020-0415

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2026.361773

Ключові слова:

електродугове наплавлення, керовані коливання виробу, режими наплавлення, геометрія валику, продуктивність наплавлення

Анотація

Об'єктом дослідження є геометричні розміри валика, отриманого електродуговим наплавленням плавким електродом. Традиційне наплавлення характеризується низькою продуктивністю через значну кількість проходів та потребу механічної обробки високих валиків. Глибоке проплавлення зумовлює значну частку основного металу в наплавленому шарі і неоднорідність хімічного складу. Існуючі підходи до керування геометрією валика (імпульсно-дугові режими, коливання електрода, електромагнітне керування дугою) мають обмежений вплив на ширину або ускладнюють конструкцію зварювальної головки. У роботі розглядається електродугове наплавлення з керованими низькочастотними коливаннями виробу з рідкою зварювальною ванною. Установка побудована на регульованому електроприводі з кроковим двигуном з програмованим заданням частоти та амплітуди коливань. Ці параметри разом з енергетичними параметрами і швидкістю впливають на геометричні розміри валика та механічні властивості наплавленого металу. Ширина, висота і глибина проплавлення валика визначалися за макрошліфами поперечних перерізів. Розроблено математичну модель залежності геометричних розмірів валика від параметрів наплавлення на основі регресійного аналізу експериментальних даних. Похибки прогнозування ширини та висоти не перевищують 21,7 % і 15 % відповідно, що підтверджує її практичну придатність. Встановлено, що керовані коливання збільшують ширину валика у 1,5–2 рази та зменшують його висоту до 6 разів порівняно з наплавленням без вібрацій. Причиною є перерозподіл теплової енергії та посилення горизонтальних потоків розплаву. Зміна геометрії валика підвищує продуктивність наплавлення та точність керування. Метод придатний для використання в адаптивних зварювальних системах.

Біографії авторів

Володимир Олександрович Лебедєв, Херсонський навчально-науковий інститут Національного університету кораб-лебудування імені адмірала Макарова

Доктор технічних наук, професор

Кафедра зварювання

Сергій Володимирович Новиков, Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України

Кандидат технічних наук, молодший науковий співробітник

Відділ парофазних технологій неорганічних матеріалів (№ 13)

Сергій Анатолійович Лой, Херсонський навчально-науковий інститут Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова

Доцент, старший викладач

Кафедра Зварювання

Володимир Володимирович Спіхтаренко, Херсонський навчально–науковий інститут Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова

Доцент

Кафедра Зварювання

Максим Валентинович Матвієнко, Херсонський навчально–науковий інститут Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра Зварювання

Посилання

  1. Tandon, D., Li, H., Pan, Z., Yu, D., Pang, W. (2023). A Review on Hardfacing, Process Variables, Challenges, and Future Works. Metals, 13 (9), 1512. https://doi.org/10.3390/met13091512
  2. Ingram, E., Golan, O., Haj-Ali, R., Eliaz, N. (2019). The Effect of Localized Vibration during Welding on the Microstructure and Mechanical Behavior of Steel Welds. Materials, 12 (16), 2553. https://doi.org/10.3390/ma12162553
  3. Wang, Z.-L., Zheng, Z.-T., Zhao, L.-B., Lei, Y.-F., Yang, K. (2018). Microstructure evolution and nucleation mechanism of Inconel 601H alloy welds by vibration-assisted GTAW. International Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials, 25 (7), 788–799. https://doi.org/10.1007/s12613-018-1627-2
  4. Kalpana, J., Srinivasa Rao, P., Govinda Rao, P. (2016). Effect of frequency on impact strength of dissimilar weldments produced with vibration. International Journal of Chemical Sciences, 14 (3), 1797–1804. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.17394.91840
  5. Gill, J. S., Kalyan Reddy, T. (2018). Effect of weld pool vibration on fatigue strength and tensile strength of stainless-steel butt-welded joints by GTAW process. Proceedings of the World Congress on Engineering 2018. London, 2. Available at: https://www.iaeng.org/publication/WCE2018/WCE2018_pp721-726.pdf?
  6. Gao, L., Yao, Q., Yang, Y., Sun, D., Xu, G., Gu, B., Yang, C., Li, S. (2024). Effects of Vibratory Stress Relief on Microstructure and Mechanical Properties of Marine Welded Structures. Journal of Marine Science and Engineering, 13 (1), 11. https://doi.org/10.3390/jmse13010011
  7. Hamed Zargari, H., Ito, K., Miwa, T., Parchuri, P. K., Yamamoto, H., Sharma, A. (2020). Metallurgical Characterization of Penetration Shape Change in Workpiece Vibration-Assisted Tandem-Pulsed Gas Metal Arc Welding. Materials, 13 (14), 3096. https://doi.org/10.3390/ma13143096
  8. Lara, M., Díaz, V. V., Camus, M., Da Cunha, T. V. (2020). Effect of transverse arc oscillation on morphology, dilution and microstructural aspects of weld beads produced with short-circuiting transfer in GMAW. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 42 (9). https://doi.org/10.1007/s40430-020-02533-w
  9. Lebedev, V. A., Novykov, S. V. (2020). Vibrator of product for the automatic arc surfacing. Technical Sciences and Technologies, 2 (20), 11–21. https://doi.org/10.25140/2411-5363-2020-2(20)-11-21
  10. Lebedev, V., Zhuk, G. (2018). Analysis of parameters of technical controlled vibrations in electrode wire systems mechanized and automatic equipment for electric arc welding and surfacing. Bulletin of the National Technical University «KhPI» Series: New Solutions in Modern Technologies, 45 (1321), 16–24. https://doi.org/10.20998/2413-4295.2018.45.03
  11. Montgomery, D. C. (2020). Design and analysis of experiments. Hoboken: John Wiley & Sons, 688.
  12. Kumar Singh, P., Patel, D., Prasad, S. B. (2016). Development of Vibratory Welding Technique and Tensile Properties Investigation of Shielded Metal Arc Welded Joints. Indian Journal of Science and Technology, 9 (35). https://doi.org/10.17485/ijst/2016/v9i35/92846
  13. Singh, R. (2020). Applied Welding Engineering: Processes, Codes, and Standards. Oxford: Butterworth-Heinemann, 472. https://doi.org/10.1016/C2019-0-03490-5
  14. Chen, K., Chen, H., Liu, L., Chen, S. (2018). Prediction of weld bead geometry of MAG welding based on XGBoost algorithm. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 101 (9-12), 2283–2295. https://doi.org/10.1007/s00170-018-3083-6
  15. Hamed Zargari, H., Ito, K., Sharma, A. (2023). Effect of workpiece vibration frequency on heat distribution and material flow in the molten pool in tandem-pulsed gas metal arc welding. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 129 (5-6), 2507–2522. https://doi.org/10.1007/s00170-023-12424-8
  16. Liu, H., Xue, R., Zhou, J., Bao, Y., Xu, Y. (2023). Applying Statistical Models to Optimize the Weld Bead Geometry in the Vertical Oscillation Arc Narrow Gap All-Position GMAW. Applied Sciences, 13 (11), 6801. https://doi.org/10.3390/app13116801
  17. Singh, P. K., Kumar, S. D., Patel, D., Prasad, S. B. (2017). Optimization of vibratory welding process parameters using response surface methodology. Journal of Mechanical Science and Technology, 31 (5), 2487–2495. https://doi.org/10.1007/s12206-017-0446-0
  18. Ranjan, R., Cep, R., Kumar, A., Srivastava, M., Altarazi, F., Dogra, N. et al. (2025). Comprehensive review of vibration-assisted welding processes: Mechanisms, applications, and future directions. Frontiers in Mechanical Engineering, 11. https://doi.org/10.3389/fmech.2025.1550928
  19. Jose, M. J., Kumar, S. S., Sharma, A. (2016). Vibration assisted welding processes and their influence on quality of welds. Science and Technology of Welding and Joining, 21 (4), 243–258. https://doi.org/10.1179/1362171815y.0000000088
  20. Lebedev, V. A., Solomiichuk, T. G., Novykov, S. V. (2019). Study of a Welding Pool Harmonic Oscillations Influence on the Welded Metal Hardness and Weld Bead Width. Journal of Engineering Sciences, 6 (1), c16–c21. https://doi.org/10.21272/jes.2019.6(1).c4
  21. Li, C., Shi, Y., Du, L., Yufen, G., Zhu, M. (2017). Real-time Measurement of Weld Pool Oscillation Frequency in GTAW-P Process. Journal of Manufacturing Processes, 29, 419–426. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2017.08.011
Виявлення впливу режиму керованих коливань рідкої ванни на геометрію наплавленого валика

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-06-30

Як цитувати

Лебедєв, В. О., Новиков, С. В., Лой, С. А., Спіхтаренко, В. В., & Матвієнко, М. В. (2026). Виявлення впливу режиму керованих коливань рідкої ванни на геометрію наплавленого валика. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(1 (141), 43–52. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2026.361773

Номер

Том 3 № 1 (141) (2026): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Виробничо-технологічні системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2026 Volodymyr Lebediev, Sergii Novykov, Serhii Loi, Volodymyr Spihtarenko, Maksym Matviienko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.