автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Низколегированные проволоки с улучшенными технологическими свойствами для сварки в защитных газах строительных металоконструкций

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ ЛП ДОНБАССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

На правах рукописи

ГРАЧЕВА Валентина Сергеевна

НИЗКОЛЕГИРОВАННЫЕ ПРОВОЛОКИ С УЛУЧШЕННЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ ДЛЯ СВАРКИ В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ

Специальности: 05.23.01 — Строительные конструкции,

здания и сооружения 05.16.01 —Металловедение и термическая обработка металлов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Макеевка-1996

Диссертационная работа выполнена е Донбасской государс венной академии строительства и архитектуры.

Научные руководители: академик АНН Украины, доктор

технических наук, профессор ГОРОХОВ Евгений Васильевич;

доктор технических наук,провес ГУБАРЬ Валентин Федорович.

Официальные оппоненты: лауреат государственной премии

доктор технических наук ПАРУСОВ Владимир Васильевич;

доктор технических наук, доцен КОРОЛЕВ Владимир Петрович.

Ведущая организация: ОАО "Сталькон" , г. Мариуполь

Защита диссертации состоятся п/й^г&ЛрЯУЗ&т. в 43 ч' на заседетли специализированного ученого совета К 27.01.0i в Донбасской государственной академии строительства и архит! туры по адресу: 339023, Донецкая обл., г.Ыакеевка, ул. Дерн; вина, 2.

С диссертацией монно ознакомиться в библиотеке ДонГАСА Автореферат диссертации разослан " '/Л "н-олч^,^ 1996г.

Ученый секретарь специализированного ученого

совета, канд.техн.наук, доцент Шаповалов С

ОБЩАЯ ХЛРЛКТЕРЖТЖА РАБОТЫ

Актуальность теш. При проектировании, изготовлении, монтаже и эксплуатации строительных металлических конструк -ций одной из основных задач является обеспечение их чадрлностя и долговечности п течение всего срока службы. На Украине и в странах СНГ в настоящее время около 98^ стальных конструкций выполняются сварными. С применением сварки выполнен ряд выдающихся сооружений, а такие разработаны типовые сварные металлоконструкции. От качества сварочных работ в строительстве все более зависят надежность и долговечность металлических конструкций.

В настоящее время одним ил ведущих технологических процессов производства сварных строительных металлических конструкций является электродуговая полуавтоматическая сварка пла -вящимися электродами в защитной среде углекислого газа. При этом обеспечивается значительное повышение уровня механизации сварочных работ, снижение доли непроизводительного ручного труда, улу'пзенир качественных показателей сварных металло -конструкций. Вместе с тем, увеличение масштабов применения сварки в среде углекислого газа в странах СНГ сталкивается со значительными трудностями, что обусловлено наиболее широ -ким использованием з качестве электродной проволоки стали марки св.08Г2С.

Анализ результатов производства этой проволоки на ста -диях выплавки стали, волочения из катанки сапой проволоки, а также особенностей ее использования в сварочном производства обозначил наличие ряда актуальных про^лрч. Так, при выплавке стали, в силу технологических особенностей сталеплавильного производства, 25...30% металла не соответствует требованиям

ГОСТ по химическому составу, а около 10'^ катанки, содежащей основные легирующие компоненты кремний и марганец на верхнем пределе, не удовлетворяют предъявляемым требованиям по механическим свойствам. При волочении такой катанки наруша -ется стационарность технологического процесса, увеличивается обрывность, а понижение пластических свойств проволоки приводит к повышению пружинящих воздействий на олектродержатель , неустойчивому горению дуги и, в результате, к увеличению разбрызгивания электродного металла и ухудшению качества сварных швов строительных металлоконструкций.

Решение этих проблем позволит значительно увеличить объемы использования произведенного металла по целевому назна -чению, уменьшить затраты дефицитных легирующих элементов , улучшить сварочно-технологические свойства проволоки и повы --сить качество сварных строительных металлоконструкций.

Диссертационная работа выполнена в Донбасской государственной академии строительства и архитектуры в рамках научно-технической программы 0.72.01.05.02.05 "Создать и освоить производство экономнолегированной проволоки сплошного сечения для сварки конструкционных сталей под Флюсом, обеспечивающей повышение качества сварных швов".

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является разработка новых марок кремнемарганцевых проволок для сварки в защитной среде углекислого газа, обладающих улучшенными технологическими и огарочными свойствами и обеспечиваю -щих повышение качественных показателей сварных швов строительных металлических конструкций.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:

- 4 -

- выполнить анализ технологических особенностей выплав-г сварочной стали марки св.08Г2С я производства ил нее юволоки для сварки металлоконструкций в среде углекислого па;

- исследовать влияние содержания в кремнемарганцевой :али, не подвергаемой термообработке, концентраций легируя-IX элементов на механические свойства катанки;

- термодинамически установить характер зависимости меж-1 концентрация:.® марганца и кре:.шия в сварочной проволоке и гталле сварного шва .металлоконструкции;

- тучить влияние концентраций легируювдх элементов в зарочной проволоке на химсостав металла сварного шва метал-жонструкции и выявить условия перехода марганца и кремния

? проволоки з металл шва;

- разработать концептуальный подход к пределам кочпонт-зций легирующих элементов в с?арочныг проволока:: с их ттпни-з"-:ч:-тл с^дерлани^м;

- изучить технологические особенности производства и зарочные характеристики проволок с пониженным по сравнению з сталью св.08Г2С содержанием легирующих элементов и свой -гва сварных соединений металлоконструкций, изготовленных с рименением этих проволок;

- исследовать возможность повышения свойств сварочных ремнемарганцевых проволок путем микролегирования титаном и шоминием и качества сварных соединений металлоконструкций;

- разработать новые марки кремнегларганцевых проволок с сниженным содержанием легирующих компонентов, образующих на азе проволоки св.08Г2С единую систему взаимодополняющих

- 5 -

проволок с широким испытанием их при производстве ме -таллоконструкций.

Научная новизна работа:

- впервые осуществлено научно обоснованное техническое решение системы низкоуглеродистых кремнемарганцевых взаимо -дополняющих проволок для электросварки металлоконструкций з защитной среде углекислого газа и газовых смесей на основе СС>2 с общим содержанием легирующих элементов в следующих пределах: марганец - 1,2—1,9^ и кремний - 0,45...1,0^ , что потребовало разработки дополнительное! к проволоке св.08Г2С двух новых марок проволок - св.07ГС и св.07Г1С;

- определена равнозначность механических свойств свар -ных швов металлоконструкций и технологических параметров сварки при применении всех трех марок проволок, составляю -щих систему;

- выявлены условия перехода легирующих компонентов из сварочной проволоки в глеталл сварного шва металлоконструкции при электродуговой сварке в защитной среде углекислого газа;

- получены зависимости, определяющие влияние химического состава кремнемарганцевой стали, предназначенной для производства сварочной проволоки, на механические свойства катанки;

- установлено положительное воздействие микролегируюцих присадок титана и алюминия при производстве кремнемарганце -вых проволок, что выражается в улучшении пластических свойств катанки и проволоки, уменьшении потерь электродного металла на разбрызгивание, значительно сокращающем объем работ по зачистке сварных швов, а также существенном повышении удар -ной вязкости металла сварного шва металлоконструкций.

- 6 -

На защиту выносятся:

- рабочая гипотеза о переходе легирующих элементов из сварочной проволоки в металл шва при электродуговой сварке в защитной среде углекислого газа и уравнения, определяющие соотношение между концентрациями марганца и кремния в проволоке и металле сварного шва металлоконструкции;

- уравнения зависимости механических свойств катанки , предназначенной для производства кро.ччемаргпчцрвых проволок, используетшх при сзарке строительных металлоконструкций в среде защитных газов, от химического состава стали;

- концептуальный подход к системе кремнемарганцевых проволок, предназначенных для сварки металлоконструкций в сред? защитных газов;

- ноЕые марки сварочной проволоки св.07ГС и св.07Г1С;

- результаты исследований новых кремнемарганцевых про -волок св.0?ГС и св.07ГТС при сварке металлоконструкций в защитной среде углекислого га.за, газовых смесей на основе С02;

- результаты исследований влиянии микролегирования титаном и алюминием кремнемарганцевых проволок на их сварочные езойства и качество сезоных соединений металлоконструкций .

Практическая ценность работы:

- обоснована возможность расширения области составов сварочных сталей по содержанию марганца и кремния, что по -ззолило уменьшить расход легирующих Ферросплавов, а такяе улучшить физико-механические и технологические свойства проволоки, предназначенной для сварки металлоконструкций в среде углекислого газа, и промежуточного профиля при ее производстве: повысить пластические свойства катанки на 10...12%,

снизить на 15...20';' потери электродного металла на разбрызгивание и повысить стойкость металла сварных швов металлоконструкций против кристаллизационных трещин;

- микролегирование кремнемарганцевых сварочных проволок титаном и алюминием обеспечило нивелирование влияния колеба -ний концентраций марганца и кремния на механические свойства катанки и проволоки, повышение пластических свойств последних, что создало удовлетворительные условия Нормирования сварного шва металлоконструкций и снижения в 1,5 раза потерь электродного металла на разбрызгивание, а также существенного повышения ударной вязкости металла сварного шва во всем диапазоне температур и, особенно при их отрицательных значениях;

- разработана, согласована и утверждена техническая документация на новые марки сварочной проволоки св.07ГС и св.07Г1С;

- промышленное использование сварочных проволок марок св.07ГС и св.07Г1С на ряде заводов металлоконструкций Украины показало, что все три проволоки, входящие в разработанную систему, обеспечивают равнозначные высокие показатели свойств металла сварных швов металлоконструкций, в то не время новые проволоки св.07ГС и св.07Г1С способствуют более устойчивому процессу горения дуги и уменьшению объема работ по зачистке сварных шзов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на У Всесоюзной конференции "Пути снижения материалоемкости и трудоемкости сварочных работ в строительстве" /Москва-Макеевка, 1983г./; на научно-технических конференциях института электросварки км. Е.О. Патона /Киев, 1965 и 1988 годы/ и Макеевского инженерно-строительного института

- Ь -

/1984, 1987, Í99Q и 1992г.г./; на Международной конференции "гЛеталлостроительство-96" /Донецк-Макеевка, 1996г./; на научно-технической конференции Донецкого государственного техни -ческого университета /1996г./; на 1У конгрессе сталеплавиль -щиков /Иосква, 1996г./; а также результаты работы экспониро -вались на ВДНХ Украины /Киев, 1983г./ - диплом третьей степени.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 научных статей и получено авторское свидетельство на изобретение "Сталь", "101^721, которые отражают ее основное содержание.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка литературы и приложения.

Работа изложена на 133 страницах основного текста, содержит 62 таблицы^, 41 рисунок, 154 наименования литературы л приложение.

СОДЕРЕЛЖ РАБОТЫ

Замну:о роль в решении задач повышения надежности и долговечности строительных металлических конструкций играют прогрессивные и надежные методы их изготозлечкз и нонтажа , одним из которых являете- сварка <*е?.чллсконстяукпя'í.

Вопросы создания надежных и долговечных сварных строи -тельных металлоконструкций исследованы в работах Н.П. Мельникова, A.B. Сильвестрова, 'Л.;,1. Жербина, Е.В. Горохова , H.H. Прохорова, Г.Н. Николаева, В.Л. Винокурова, В.И. Tepe -щенко, A.B. Ливанова и др.

Анализ методов изготовления металлических конструкций показывает, что на современной этапе развития сварочного производства доля полуавтоматических в защитной среде газов и автоматических способов достигла от общего объема сва-

рочных работ. В производстве сварных конструкций и, особенно строительных металлоконструкций, все больше применяется по -луавтоматическая сварка в защитной средр углекислого газа.

Основные принципы процесса сварки сплошными плавящимися электродами в защитной среде углекислого газа были разработаны Я.Я. Новожиловым, А..VI. Соколевой я В.Н. Сусловым. Этот способ позволил использовать в качестве основного оборудования сварочные полуавтоматы, заменившие ручную дуговую сварку.

Проблемам совершенствования способа сварки в среде углекислого газа, повышения его технологичности, улучшения качества сварных швов металлоконструкций и разработке применяе -мьтх при этом материалов посвящен ряд теоретических и экспе -риментальных исследований. Значительный вклад в решение этих вопросов внесли Б.Е. Патон, Л.П. Мельников, Т.Н. Слуцкая, В.В. Подгаецкий, Г.А. :1иколаев, Н.К. Походня, А.Г.Потапье-

ескик.

Однако, анализ применения полуавтоматической сварки в среде С0£ показывает достаточно ограниченный перечень используемых сварочных материалов, е частности, при сварке метал -локонструкций ответственного назначения и трубопроводов в основном используется сварочная проволока марки св.08Г2С,которая была разработана ЩШГ.ЦСем и выпускается промышленность» с 1537г.

При разработке этой марки проволоки в основу идеи был положен принцип получения соотношения концентраций марганца и кремния в довольно узком интервале Мп/оГ»' = 2,0...2,3 при одновременных сравнительно узких пределах содержания этих элементов, а также достаточно высоком их суммарном количестве /около 3%/. Характерным является также низкое допустимое

- 1и -

содержание углерода. Это обуславливает ряд специфических особенностей выплавки стали для этой проволоки. Вшеу^аззинзе 0'>сточ?вльс?п-> ча У'Г.1Т!:!В,?.Г>Т ивт.чллуячпйски" ^с'е.'-'т'.м' РЬ'ЧЛ'''.Э-ки стали, а таю/.? технологических процессов праи ??одотва сз-а-рочной проволоки на мстизчнх предприятиях.

Для оценки качественных показателей выпускаемой проволоки св.08Г2С выполнен анализ технологичности ее производства на основных металлургических и метизных предприятиях Украины и России. В среднем по металлургическим предприятия!.! 25... ...ЗСГ' выплавляемого металла имеет отклонения от норм стан -дарта по содержанип кремния и марганца.

Колебания химического состава стали приводят к неста -бильности механических свойств катанки и сварочной проволоки, отрицательно сказываются на технологическом процессе золочения проволоки и ее сварочных свойствах.

Известно, что механические свойства металлопроката, не подвергаемого специальным видам термообработки, в значительной степени определяются его химическим составом.

С увеличением концентраций марганца и крамтп временное сопротивление разрыву /(5^/ увеличивается, а относительное сужение поперечного сечения / у/ - уменьшается.

3 результате исследований влияния состава металла на механические свойства катанки из кремнемарганцевой стали, про -веденных по данным промышленного производства, получены следующие уравнения множественной регрессии:

<Э& = 23 + 1252 [с]+ 218 [Мп] ^ 162 [5/] , Я = 0,893 /I/

У - 163 - 118[с]~ 48[мп] - 1б£/] , 2 = 0,762 /2/

- II -

Из этих уравнений следует, что для получения требуемых значений механических свойств катанки концентрации марганца и кремния не должны одновременно превышать соответственно 1,9'£ и 0,9*3.

В соответствии с этим и на основании выполненного ана -лиза основные задачи теоретических и экспериментальных ис -следований в настоящей работе сводятся к разработке новых марок сварочной проволоки.

При разработке электродных проволок, применяемых для сварки металлоконструкций в среде защитных газов или под флюсом, одним из основных условий является обеспечение тре -буемого состава и свойств металла сварного шва.

Согласно современным представлениям о физико-химичес -них процессах, протекающих в зоне сварки, в реакционном зоне имеют место два процесса:

- окисление электродного металла, металла сварочной ванны и их паров защитным газом;

- раскисление металла сварочной ванны электродным и основным металлом.

Образующиеся в результате взаимодействия элементов-рас-кислителей с активными защитными газами продукты реакций в основном определяют состав и количество неметаллических включений в металле сварного шва.

Вследствие высокой температуры, развитой поверхности , интенсивного перемешивания металла электродных капель и большого содержания в нем элементов-раскислителей результи -рующий э^Мект их окисления можно оценить при условии приближения системы к равновесии. Решая систему уравнений, описы -вающих условия равновесия реакций совместного окисления в

стали основных легирующих элементов, получили уравнение соотношения медду концентрациями кремния и марганца в металле сварного шва:

Г „-, I + Кп * К;, т ,, • Г'&Чп]2

ад] --0 "п-° —— /з/

2500-К (,;

Термодинамический анализ показал, что для получения жидких, хорошо укрупняющихся продуктов окисления марганца и кремния, концентрации последних в течение всего процесса окисления капель металла и ванны, обеспечивающей сварной шов, должны находиться в соотношении/ /, зависящем от концентрации одного из легирующих олементов и находящемся для со -ставов металла сварного шва, характерных для процесса сварки в среде углекислого газа, в пределах от 1,6 до 2,7.

Исходя из литературных данных, оценку способности окислов к коагуляции и выделению из металла производили по "по -следним" продуктам раскисления металла сварочной ванны, со -став которых определяется составо:/ металла сварного шва. Ла основании этого в соответствии с уравнением /3/ получили эмпирическую зависимость между концентрациями кремния и мар -ганца в металле сварного шва:

[5;]шв = -0,01 + 0,352 , £ = 0,862 /4/

Установлена довольно четкая взаимосвязь между концентрациями марганца и кремния в металле сварного шва и свароч -ной проволоке, определяемая корреляционными уравнениями:

Мпв =0.002 I 0,60ДЛп]пр , й = 0,734 /5/

[5/]шв = °'004 + °'451ЭДпр =°'7(}8 /б/

Эмпирические коэффициенты при 04п]Пр и Мцр определяют степень перехода этих элементов из электродной проволоки в металл сварного шва. Следовательно, для условий сварки в защитной среде углекислого газа коэффициенты усвоения марганца и кремния составляют соответственно 0,60 и 0,45 . Эти данные однозначно определяют условия перехода от состава металла сварного шва к составу электродной проволоки и по -зволяют определить его.

На основании уравнений /4,5,6/ разработана номограмма /рис.1/ для определения концентраций марганца и кремния в сварочной проволоке от содержания кремния в металле сварного шва.

Принимая во внимание, что при полуавтоматической сварке перлитных сталей в среде углекислого газа нижний предел содержания кремния в сварном шве ограничен условием предотвращения образования пор в шве, а верхний - возможностью возник -новения в нем горячих трещин, согласно номограммы концентрация кремния в сварочных проволоках .может находиться в пределах 0,45...1,0^, а марганца - 1,2..Л,9%. В то же время в существующей марке проволоки св.08Г2С эти элементы нормированы пределами соответственно 0,70...О,95% и 1,8...2,1% . Полученные результаты дали основание для разработки дополнительных марок стали с содержанием марганца и кремния в вышеуказанных пределах.

Основу единой системы кремнемарганцевых проволок, представленной на рис.2, составляет имеющаяся базовая сталь св.08Г2С, соответствующая ГОСТ 2246-70. В дополнение к ней разработаны две марки стали для производства сварочной про -волоки с содержанием кремния и марганца более низким, чем в базовой марке /табл.1/.

1,3

2,0

Рис. I. Номограмма для определения концентраций

марганца и кремния в сварочной проволоке в

зависимости от содержания кремния в металле шва: I - линия для определения концентрации марганца;

2 - линия для определения концентрации кремния.

1,2

0,4 ---4---

1,0 1,2 1,4 1,6 . 1,8 2,0 2,2

Содержание марганца, %

Рис. 2. Система кремнемарганцевых сварочных проволок

Обозначения марок сталей св.07ГС и св.07Г1С были опре -лены отделом стандартизации ЦНИИЧМ при утверждении технических условий на эти марки проволок.

Таблица I

Химический состав сварочных проволок единой системы из кремнемарганцевых сталей

Марка !_Массовая доля эл6м8нт0в) %

стали ! С ! ! Мп !А? ?Т/ ! V ? в ! Р '/// !Сц ' Сг _I_|_!_I_н_е_о о л е е_

св.08Г2С 0,05- 0,70- 1,83- 0,05 0,04 0,030 0,25

0,11 0,95 2,10 0,04 0,025 0,25 0,20

св.07ГС 0,03- 0,60 1,50- 0,05 0,04 0,030 0,25

0,11 0,85 1,90 0,04 0,025 0,25 0,20

св.07Г1С 0,03- 0,50- 1,20- 0,05 0,04 0,030 0,25

0,11 0,75 1,60 0,04 0,025 0,25 0,20

Как следает из рис.2 и табл.1, предложенные марки сварочных кремнемарганцевых проволок органически дополняют друг друга, что позволяет существенно расширить область составов сталей, пригодных для изготовления кремнемарганцевых проволок. Заштрихованная на рис.2 зона соответствует наиболее вероятным отклонениям по содержанию марганца и кремния при выплавках этих сталей. Границы этой зоны определены по результатам обработки статистических данных плавок валового производства стали св.08Г2С на всех металлургических предприятиях СНГ, о чем отмечалось вше.

Для обоснования возможности использования проволок из сталей св.07ГС и св.07Г1С при сварке металлоконструкций ответственного назначения в среде защитных газов были прове -дены комплексные детальные исследования их технологических и сварочных свойств.

Разработка новых марок сварочных проволок явилась ре -зультатом исследований, выполненных в три стадии:

- на первой стадии исследована в лабораторных условиях опытного производства ИЭС им. S.O. Патона проволока, полученная из опытных слитков, отобранных от плавок текущего произ -водства Ш'Ж им.С.М.Кирова;

- на второй стадии исследована в сварочной лаборатории Днепропетровского завода металлоконструкций им. Н.В. Бабушкина полупромышленная партия проволоки массой 150 т из стали, выплавленной на Макеевском и Криворожском металлургических комбинатах;

- на третьей стадии испытана на различных заводах СНГ проволока 9 промышленных партий, из которых 4 партии производства Днепропетровского метизного объединения из стали, выллав-

ленной на Макеевском металлургическом комбинате; 4 партии про -изводсгва Одесского сталепрокатного завода из стали, выплавленной на Криворожском металлургическом комбинате и I партия про -изводсгва Череповецкого сталепрокатного завода из стали, вы -плавленной на Череповецком металлургическом комбинате.

В лабораторных условиях изучен химический состав металла сварных швов металлоконструкций, его механические свойства , стойкость против пор и против кристаллизационных трещин, а также основной технологический параметр - уровень разбрызгивания электродного металла. В табл.2 приведены основные результаты этих исследований.

Таблица 2

Результаты экспериментальных исследований свойств сварочных проволок св.08Г2С, св.07ГС и св.07Г1С

Наименование показателей т — ■ 1 ■ ...... -'-■ , Марка проволоки

пп| 'св.08Г2С!св.07ГС!св.07Г1С

I! 2 ! 3 ! 4 ! 5

I. Средний химсостав проволок,"': С 0,089 0,084 0,091

Йп 1,90 1,60 1,44

0,87 0,77 0,64

2. Средний химсостав металла с 0,098 0,095 0,096

сварных швов, %\ Мп 1,08 0,79 0,75

& 0,39 0,29 0,28

3. Механические свойства металла

сварных швов: <0 ^ , /ЛПа 373,9 376,0 370,5

<Эъ , § . :Ша 500,6 502,1 502,0

'.г 0 26,9 29,Ь 33, ь

и у , ' Щ о 57,7 61,4 64,0

4. Показатели стойкости металла сварных швов против кристаллизационных трещин:

общая длина трещин , мм 103 28 33,5

степень разрушения , % 57 16 18

Продолжение таблицы 2

Г ' 2 ! 3 ' 4 ' 5

5. Порог пористости, л/£ 7 7 7

80 75 75

сн4 6 б 6

6. Потери электродного металла

на разбрызгивание,0?:

коэффициент потерь, 6,51 5,50 5,10

коэффициент набрызги-

вания , / ^ н 0,64 0,145 0,110

Установлено, что проволока новых марок св.07ГС и св.07Г1С аналогично стандартной проволоке марки св.08Г2С обеспечивает получение высоких механических свойств металла сварных швов при некотором повышении пластических свойств. Обращает на себя внимание резкое улучшение показателей стойкости металла сварных швов против кристаллизационные трещин - более, чем в 3 раза уменьшилась общая длина трещин и степень разрушения. Преимуществом новых марок проволоки является также уменьшение потерь электродного металла на разбрызгивание /на 20...25?/ и коэффициента набрызгивания /в4,4___5,8 раз/.

Полученные результаты были подтверждены данными второй -полупромышленной стадии исследований, на которой сваривались кроме стали марки Ст.З также стали марок 09Г2 и 10ХСВД. До -полнительно получены положительные результаты по устойчивости горения дуги: для проволоки из стали св.08Г2С диаметром 2 мм разрывная длина дуги составила 13,3 мм, а для опытных проео -лок - Г4,7 мм. Одновременно получено увеличение максимальной скорости сварки, при которой обеспечивается удовлетворитель -ное Формирование сварных швов. При режиме сварки: -Усв= 450 А и 2/ = 34 В для стандартной проволоки диаметром 2 мм максималь-

- 1У -

ная скорость сварки составила 81 м/ч, а для опытной - 88 м/ч.

Существенно повысить качество сварочной стали представи -лось возможным путем ее микролегирования в ковше при выпуске плавки высоактавными карбидообразующими раскислителями, наи -большее распространение из которых получили алюминий и титан .

Исследовано влияние на свойства катанки и сварочной про -волоки увеличения расхода алюминия при легировании с 0,6...О,8 до 1,6...2,3 кг/т стали и микролегирования Лерротитаном в ко -личестве от 0,2 до 1,0 кг/т стали. В последнем случае испытан стандартный Ферротятан марки Ти I и специально приготовленный углеродистый с концентрацией углерода 6,7/5. При расходе ферро-титана в количестве 1,0 кг/т стали концентрация титана в металле составляет 0,018 - 0,026"^. Использование углеродистого ^ерротитана взамен обычного обеспечивает существенное /с 73 до 52V снижение угара титана.

Установлено благотворное влияние присадок титана и уве -личенного расхода алюминия на механические свойства катанки.

Важным преимуществом проволок, микролегированных титаном и алюминием, является существенное увеличение ударной вязкости

металла сварного шва, особенно при низких температурах/табл.З/.

Таблица 3

Показатели ударной вязкости металла сварного шва ме -таллоконструкций при микролегировании проволоки

Вид ! Ударная вязкость, ан, Дж/cm¿ при:

проволоки_i - 20 °С ' - 2) °С ' - 40 °С 60 °С

Без микролегирования

нием

67-94,1 8-26 5-14

77 16 8

ÍÍ2-I25 59-72 56-67 14-36

121 66 62 24

I20-Í7I 57-87 40-54 15-39

138 67,3 43,6 25

При сварке микролегированной титаном и алюминием проволокой сварочная дуга была в незначительной степени подвержена магнитному дутью, что способствовало Формированию шва хорошего качества и внешнего вида. Использование микролегированных проволок позволило уменьшить коэффициент потерь электродного металла на 45'5 и коэффициент набрызгивания - в 1,7 - 2 раза.

Положительные результаты, полученные при исследовании качества сварочной проволоки из сталей св.07ГС и св.07Г1С в лабораторных и промышленных условиях, явились основанием для разработки технических условий на производство катанки и сва -рочной проволоки. Материалы полученных исследований были представлены межведомственным приемочным комиссиям, которые ат -тестовали катанку из сталей марок св.07ГС и св.07Г1С и сварочную проволоку марок св.07ГС и св.07Г1С, как выдержавшие прие -мочные испытания, и предложили поставить эти виды продукции на промышленное производство с аттестацией по высшей категории качества.

Технические условия были согласованы на предприятиях ме -таллургической промышленности, производящих катанку и свароч -ную проволоку, заводах-потребителях сварочной проволоки, в МЧМ Украины, в отделе рентабельности, себестоимости и ценообразо -вания института экономики ЦШИЧМ, у главного метролога АН Украины и зарегистрированы отделом стандартизации черной ме -таллургии и Днепропетровским центром стандартизации и метрологии под ТУ 14-1-2964-80 дляТиНК^ ТУ 14-1-2963-80 для сварочной проволоки.

Широким промышленным испытаниям новых марок сварочной проволоки на заводах металлоконструкций была посвящена третья стадия экспериментов.

При выплавке новых марок стали св.07ГС и св.07Г1С имело место снижение на [2...15% расхода дефицитных кремнемарганцевых Ферросплавов и использование по прямому назначению • металла для производства сварочнрй проволоки.

Процесс производства проволоки из катанки отличался по -вышенными скоростями и отсутствием обрывов.

Обобщая результаты, характеризующие особенности произвол -ства сварочной проволоки марок св.07ГС и св.07Г1С, необходимо констатировать значительное улучшение их технологичности по сравнению с проволокой св.08Г2С.

Предварительно проволоку всех вышеуказанных партий исследовали в условиях опытного производства ИЗС им.Е.О. Патона, а затем на заводах-потребителях : Череповецком, Днепропетровском и Харьковском заводах металлоконструкций; Днепропетровском заводе горношахтного оборудования; Джанкойском машиностроительном заводе; Белоцерковском заводе сельскохозяйственного машиностроения и др.

Были исследованы металлоконструкции в основном всех клас -сов, изготавливаемые из стали марок Ст.Зсп, Ст.Зпс, Ст.Зкп , 09Г2, 10Г2С1, МХСХД и др. Сваривались в различных пространст -венных положениях стыковые, угловые и тавровые соединения ме -таллоконструкций с V, X и К-образной разделкой кромок с величиной катетов швов от 5 до 40 мм.

Установлено, что по стабильности горения дуги, уровню разбрызгивания электродного металла и формированию сварных швов проволоки св.07ГС и св.07Г1С превосходят стандартную св.08Г2С. При изломе тавров в металле сварных швов не обнаружено пор,трещин и других дефектов. Ультразвуковой контроль всех сварных

оединений металлоконструкций не выявил пор, трещин и наплавле-ий. По прочностным характеристикам; сварные соединения имеют оказатели не ниже уровня основного металла строительных конструкций.

Внедрение в производство новых сварочных проволок позволи-'о получить в условиях 1ЛМК им.С...!. Кирова годовой экономически;: ЗДект в сумме 263,7 тыс.гривень.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ технологических особенностей производства проводки св.08Г2С, предназначенной для сварки металлоконструкций в реде углекислого газа, и исследования влияния концентрации ле-■ирующих элементов на механические свойства катанки определили ;елесообразность разработки системы кремнемарганцевых сталей , 'беспечивающей расширение области составов сварочных проволок.

2. Термодинамически выявлен квадратичный характер зависи -юсти между концентрациями кремния и марганца в металле шва , кспериментально получено эмпирическое уравнение этой зависи -¡ости и установлены коэффициенты усвоения марганца и кремния , одержащихся в сварочной проволоке, равные соответственно 0,60

: 0,45, что определяет условия перехода от металла сварного [ва к составу электродной проволоки и позволяет его определить.

3. Разработан концептуальный подход к системе кремнемар -'анцевых сталей, включающей стали св.08Г2С, св.07ГС и в.07Г1С и обеспечивающей расширение области составов прово -гак для сварки строительных металлоконструкций в среде углекис-:ого газа.

4. Выплавка новых марок стали сз.07ГС и св.ОТГГС на Ш -:еевском, Криворожском и Череповецком металлургических комбина-

тах и производство сварочной проволоки из этих сталей на Днепропетровском метизном производственном объединении, Одесском Череповецком сталепрокатных заводах показали, что новые марки сварочной стали характеризуются по сравнению со сталью св.08Г2 меньшим расходом дефицитных легирующих ферросплавов,лучшей тех нелогичностью при производстве на металлургических и метизных предприятиях.

5. Технологические показатели сварки и качество сварных , швов металлоконструкций, содержание газов в металле шва, стой кость против пор, потери электродного металла на разбрызгивани и набрызгивание у сварочной проволоки из сталей св.07ГС и св.07Г1С и св.08Г2С практически одинаковы. Стойкость металла сварных швов против кристаллизационных трещин при использовани проволоки из сталей св.07ГС и св.07Г1С выше, чем при использо вании проволоки из стали св,08Г2С.

6. Проволока св.07Г1С имеет широкое перспективное примене ние при автоматической сварке металлоконструкций под флюсом,чт подтверждается качеством сварных швов, полученных при использо вании флюсов марок АН-348А, АН-67 и АН-47.

7. Микролегирование кремнемарганцевых низкоуглеродистых сталей титаном и алюминием обуславливает стабилизацию механиче ских свойств катанки и проволоки, что объясняется изменением микроструктуры проката, приводящем к более однородному строени перлитной составляющей с равномерным распределением феррито -карбидной смеси и уменьшением содержания неметаллических вклю чений. В результате, имеет место улучшение пластических свойст катанки со снижением значений временного сопротивления разрыв / / в среднем на 27,5 МПа и увеличением относительного су жения поперечного сечения /^ / на

8. При микролегировании титаном наилучшие показатели по -лучены при расходе ферротитана, составляющем 1,0 кг/т стали,а использование углеродистого берротитана взамен обычного обеспечивает существенное снижение угара титана /с 70...75/ до 50...603/> (гго способствует уменьшению расхода Ферротитана при одновременном обеспечении заданного его содержания в готовом металле.

9. Сварка строительных металлоконструкций ответственного назначения в защитной среде /СОо , Лг. + СО2 + 0£/ сварочной проволокой, микролегированной титаном и алюминием, обеспечивает удовлетворительные условия формирования сварного ива и снижение в 1,5 раза потерь электродного металла на разбрызгивание по сравнению со стандартной проволокой св.08Г2С, что значительно уменьшает объем работ по зачистке сварных швов. Важным преиму -ществом проволок, микролегированных титаном и алюминием, явля -ется существенное повышение ударной вязкости металла сварного шва и, особенно при отрицательных температурах, что имеет большое значение для строительных металлоконструкций, эксплуатируемых в северных условиях.

10. На основании результатов проведенных исследований разработаны и введены в действие технические условия

на производство катанки и сварочной проволоки из ста -ли св.07ГС ТУ 14-1-2964-80 "Катанка из легированной стали для изготовления сварочной проволоки" и ТУ 14-1-2963-80 "Проволока стальная легированная сварочная марки св.07Г1С" и изменение ъ2 к этим техническим условиям, определяющее применение сварочной проволоки св.07Г1С.

Основное содержание работы опубликовано в следующих рабо -

тах:

1. Губарь В.Ф., Лымарь Л.И., Грачева B.C., Фролов Ю.Е.,Со-куров U.M., Писаренко A.Ii. Исследование механических свойств природнолегированной конвертерной стали. Деп.в ЦНТБ 4M, Библ. указ.ВИНИТИ "Депонированные рукописи", 1979, \»12, 'Щ/594.

2. Губарь В.Ф., Нетреба В.Н., Дьяченко A.C., Ульянов В.И., Морозов А.Д., Сербии В.А., Прилепский В.И., Морозов В.Б., Грачева B.C. Исследование качества кремнемарганцевой стали. Деп. в ЦНТБ Щ, Библ.указ.ВИНИТИ "Депонированные рукописи", 1982, "»12, 'лЗД/1646.

3. Губарь B.S., Сербии З.А., Грачева B.C. Низкоуглеродис -

тые марганцовистые стали для сварочного производства. ДЦНО УKprtL'!üT/I Госплана УССР, Серп" У, "Технология и оборудование

сварочного производства", 1982, "°58-82.

4. Губарь В.Ф., Нетреба В.Н., Морозов А.Д., Ульянов В.И., Сербии В.А., Грачева B.C., Прилепский В.И., Дьяченко A.C., Мо -розов В.Б. С т а л ь, АС СССР 5>I0II72I, 1983, БИ, М4.

5. Грачева B.C. О целесообразности корректировки химического состава стали, применяемой при сварке в защитных газах . Макеевка, Сб."Вестник ДонГАСА", вып.1, 1995.

6. Грачева B.C., Александров В.Д. , Губарь В.Ф. Механиче -ские и сварочные свойства проволоки из стали св.07ГС. Макеевка, Сб."Вестник ДонГАСА", вып.1, 1995.

7. Горохов Е.В., Губарь В.Ф., Грачева B.C., Александров ВJ Микролегирование титаном кремнемарганцевых проволок, предназначенных для полуавтоматической сварки металлических конструкций. Сб.научн.трудов Международной научи.-техн.конф. "Металлострои -тельство-96", ДонГАСА, Донецк-Макеевка, 1996.

8. Горохов Е.В., Губарь В.'5..Александров В.Д., Грачева B.C. О соотношении концентраций марганца и кремния в сталях для сварочной проволоки. Сб.трудов научн.-техн.конф. ДонГТУ 25-27 июня 1996г., Киев-Донецк, 1996.

9. Горохов Е.В., Губарь В.Ф., Грачева B.C. К вопросу об окислении легирующих компонентов при сварке в среде углекислого газа. Сб."Вестник ДонГАСА", вып.2, Макеевка, 1996.

[0. Александров В.Д., Грачева B.C., Губарь В.Ф., Моро -зов В.В., Сербии В.А. Микролегиронание высокоактивными раскис -лителями кремнемарганцевых сталей для сварочной проволоки. Сб. трудов 1У Международного конгресса сталеплавильщиков, М.,1996.

АНОТАДШ

Грачова B.C. Низьколегован! дроти з полГпсеними те::нолог1ч-ними властивостями для зварювання в захисних газах будТвельник металоконструкц!й.

Дисертац1я на здобуття вченого ступеня кандидата техн1чних наук за спец1альностями: 05.23.01 -"БудГвельн! конструкцП, бу-д1вл1 та споруди"; 05.16.01 - "Металоведення Г термГчна обробка метал1в". Донбаська державна академ1я буд!вництва I арх1тектури. МакИвка, 1996.

На п1дстав1 анал1зу методГв виготовлення буд1вельних ме -талоконструкцГй, технологТчних особливостей виробництва дроту для зварювання у серэдовищГ вуглекислого газу I досл1дження термодинам1чних явищ процесу зварювання, визначаючих як1сть звареного шва, розроблен! нов! марки зварювального дроту, вико-ристання яких забезпечус пГдвищеншт технолог1чност! 1х виробництва, полХпшення зварочних властивостей I Еисоку якГсть зваре -них з'сднань буд1вельних металоконструкцТй.

- 27 -

Розроблен! шляхи подальшого пол!пгаення зварочно-техноло -г1чних властивостей ц1х дротГв за рахунок м1кролегування алю-mIhIcm I титаном.

Кл»чов1 слова: зварена металоконструкц1я, др1т, власти -boctI, зварений шов, пол1пшення, технологГчн!.

suimi3HY

Grachyova V.S. Low-alloyed wires with improved technological properties for welding in protective gases of building metal structures.

thesis for academic degree of candidate of technical sciences in speciality 05-.-3-01 - Building structures, buildings, and works; C3.16.01 - Physical metallurgy and thermal treatment of cietals. The Bonbass State academy of Civil Engineering and. ^rchitaoture, klakeyevkE, ;;>gs0

New grades of welding wires have been worked out or. the oasis of the a.ialysis of methods of building metal structure manufacturing and the analysis of technological features of wire manufacturing for welding in the medium of carbon dioxide and on the basis of research of thermodynamical phenomena of welding process, these phenomena determine the veld quality. The application of these naw grades of welding wires guarantee their better adaptability to manufacture, improvement of their wilding properties and high quality of '.voider'. jc! of building metal structures.

The methods of further improvement cf welding and technological properties of these wires have Ъезп worked out by means of microalloying on aluminium and titaium base.

key viords: welded raetal structure, v/ire, property, welded joint, improvement, technological.