автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Разработка самозащитной порошковой проволоки для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей в условиях повышенного рассеяния основных технологических факторов

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ Институт электросварки им. Е. О. Патона

РГ6 од

На правах рукописи

- 3 СЕН 1997

ю ш т и я

Алексей Николаевич

УДК 621.791.75.01

РАЗРАБОТКА САМОЗАЩИТНОЙ ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКИ ДЛЯ СВАРКИ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ И НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ В УСЛОВИЯХ ПОВЫШЕННОГО РАССЕЯНИЯ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

05.03.06 — Сварка и родственные технологии

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киев-1997

ч

Работа выполнена в Институте алектрооварки ш. Е.О.Патона HAH Украины

Научный руководитель

доктор технических наук В.Н.Шлепаков.

Научный консультант

доктор технических наук Ю. Я. Грецкий.

Официальные оппоненты

доктор технических наук Л.И.Уиходуй.

кандидат техничеоких наук В.И.Прохоров.

Ведущее предприятие

ОА "Криворажотальконотрукция", г. Кривой Рог.

■ Направляем Вам для ознакомления автореферат диссертации инженера Сштина Алексея Николаевича. Прооим Вао и сотрудников Вашего учреждения, которые интересуются темой диссертации, принять учаотие в эаоедании специализированного оовета или прислать отзыв ( 1 экз., заверенный печатаю) по адресу: 252550, Киев-Б, ГСП, ул. Боженко,11, ученому секретаре, специашйированшго Созета.

Защита ооотоитоя '¡¿/' 1В97г. на заседании специализированного Совета по защите диссертаций ( шифр Д50.02.01 ) при Институте электросварки им.Е.О.Патона HAH Украины.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке института.

Автореферат разослан

1097г.

Ученый оекретарь специализированного Совета доктор' техпичэоких наук

Л.С.КИРЕЕВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Диссертационная работа посвящена решен»» научной задачи нахождения путей управления качеством технологического процесса сварки самозацитной порошковой проволокой и свойствами сварных швов черва композицию сердечника проволоки и разработке на этой основе новой проволоки, обладающей повышенной технологической надежностью ь реальных условиях производства сварных конструкций.

Актуальность темы. Применение порошковой проволоки взамен птучных электродов при сварке позволяет повысить эффективность процесса сварки ( снизить стоимость и увеличить производительность), а использование самозаэдтт« композиций позволяет максимально упростить технологию и выполнять качественные сварные соединения, исключая необходимость использования залетных газов или флюса.

Опыт использования в сварочном производстве проволок трубчатой конструкции типа ПП-АН1, ПП-2ДСК, ПП-АН6, ПЛ-АН2М, СП-1,СП-2, ППВ-4, ППВ-5, ППТ-g и др. обнаружил их недостаточную технологическую надежность: нестабильность качественных показателей сварных соединений, выполняемых в реальных условиях производства. В то же время, использование двухслойных самозащитных проволок типа ПП-АНЗ, ПП-АН7, удовлетворяющих требованиям производства, в последние годы существенно ограничено ввиду высокой стоимости тонкой (0,15 -0,2мм) холоднокатаной ленты, необходимой для изготовления этих проволок.

В связи с этим, суаествует вопрос расширенна технологических возможностей процесса сварки трубчатой самозазштной порошковой проволокой за счет разработки композиций сердечника, позволяющей снизить чувствительность процесса к неблагоприятным вне шкм воздействиям, которые представляют собой случайные отклонения от номинальных требований технологических рекомендаций и инструкций. При этой необходимо обеспечить заданный уровень механических свойств сварного соединения: временного сопротивления разрыву металла шва не ниже 500 Шз при относительном удлкнешш не менее 20% н удзрной вязкости С по Сзрпп ) при температуре испытаний -20°С не ниже 35 Дж/см2, что соответствует типу ПС-44А2В по ГОСТ 26271-84.

Целью работы является разработка новой трубчатой саьлзащитной псросковэй проволоки Tima ПС-44-А2В по ГОСТ 26271-84, наготавливаемой из недорогой стальной ленты, обеспечивающей стабильность получения качественных соединении в реальных условиях производства.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе ре оаются следующие задачи:

1. С учетом реально существующих на производстве возмущени технологических параметров процесса сварки, выбираются критери оценки качеотва сварочных порошковых проволок и разрабатываются ме тодика и оборудование для объективной оценки сварочно-технологнчео ких свойств проволок.

2. Исследуются способы предупреждения появления дефектов (пре имущественно пористости) при сварке трубчатыми самозащитными прово локами.

3. Решается вопрос оптимального легирования самозащитной про волоки и выбора состава газошлакообразующей части сердечника с по еиций предупреждения пористости и обеспечения стабильности требуе шх механических характеристик.

4. Разрабатывается порошковая проволока повышенной технологи ческой надежности и технологический регламент ее использования.

Научная новизна работы.

Установлены величины рассеяния технологических факторов, ха рактерные для существующего сварочного оборудования и слохивтейс культуры производства: напряжение на дуге - +6Х при длительности д 0,2 о и -151 при 1 о; скорость подачи - +50,-?0Х при длительност до 1 о; скорость сварки - +50Х при длительности до 3 с. Установле ны граничные характеристики неблагоприятных условий сварки:- содер жание влаги в проволоке - до 0,ЗХ, ветровой поток - до 12 м/с; на личие ржавчины - до Зг на 100 ш кромок. Исходя из этого, выбран критерии объективной оценю! отдельных показателей качества и раэра Сотана методика определения комплексного показателя качества, само аащигной порошковой проволоки.

С использованием разработанной методики для самозащитних по рошювих проволок установлены закономерности влияния возмущений па раыетров процесса сварки на качество сварного соединения, заключай щиэся в том, что наиболее опасными о течки зрения дефоктообразова ния является воьмуцеяия, изменяющие металлургические процессы и отадш капли: напрялеш:е на дуге, ветровой поток, присутствие ряав чины и влаги, а наиболее тшшчашн дефектом является пористость вза Доказана необходимость введения о проволоку нитрид ооОразущих ало манте з при сварке самозащитной порошковой проволокой трубчато конструкции в условиях существенных отклонений основных технологи

шских факторов с целью предотвращения образования пористости, выпеваемой азотом.

Математическим моделированием обоснована концепция управления 1роцессом поглощения агота расплавленным металлом посредством свя-)ывания его в стойкие нитриды. Установлено, что применение в соста-¡е шихты титанового порошка, в отличии от ферротнтана, позволяет 5олее эффективно предотвращать пористость швов: при легировании че-зез сердечник проволоки карбонатно-флюоритного типа, минимальная концентрация титана в сварном шве, обеспечивающая предупреждение гористости, составляет 0,18Х при введении в шихту 25Х-ного ферроти-гана и 0,17. - при введении порошка титана. Подтверждено улучшение лабильности горения дуги при применении титана взамен ферротитана.

Для случая комплексного введения в шихту проволоки карбонат-го- флюоритного типа титанового порошка, ферромарганца и ферросили-щя установлен диапазон оптимального легирования металла шва (в X): И - О,08...0.16, Мп - 0,9...1,3, - 0,1...0,3. Такое комплексное гегирование обеспечивает получение сплошных швов с требуекымп пока-»ателями механических свойств, в частности, предел текучести не ни-ю 440 МПа, относительное удлинение не ниже 247.; ударная вязкость '-С/-20 не ниже 40 Дд/см2.

Показана эффективность гидрофобизации шихты для предотвращения гористости, вызываемой водородом и обосновал выбор типа гидрофоби-1атора (жидкость 136-41). Доказана необходимость увеличения темпе->атуры предварительной прокалки проволоки с 250 до 300-330°С для [остижения удовлетворительных сварочно-технологических свойств. С ¡спольэованием комплексного термического анализа показана возмож-гость такого повышения температуры прокалки проволок в~иду замедле-1ия процессов окисления металлических порошков сердечника за счет [ленки субоксида кремния, образующейся на поверхности частиц при изложении гидрофобизатора.

Практическая ценность и реализация результатов работы. На ос-ЮЕании проведенных исследований разработана самозащитная трубчатая горошковая проволока типа ПС-44-А2В по ГОСТ 26271-84, характеризуйся ся повышенной технологически надежность!].

Применение разработанной проволоки позволяет обеспечить треОу-мое качество евзрных соединений и существенно снизить вероятность юявлення дефектов, вызванных случайными возмущениями в условиях [роизводства.

Реализации работы осуществлена путей проведения производственных испытаний на АО " Криворожстальконструкция", АО "Киевметалл-пром", Краснолучскам машиностроительной заводе.

На защиту выносятся;

1.Методика комплексной объективной оценки свойств электродных материалов и практические решения по автоматизации испытаний порошковых проволок.

2.Результаты исследований влияния возмущений параметров про-цеооа сварки (скорости сварки, скорости подачи, напряжения на дуге, состояние поверхности основного металла ) на качество сварного соединения при сварке самозащитными проволоками.

3.Теоретически полученные и экспериментально подтвержденные закономерности поглощения азота металлом и связывания его в нитриды при введении в сердечник проволоки металлического титана, ферроти-тана и порошка алюминия. Обоснование применения металлического титана и установленный уровень рационального легирования титаном шва для случая использования этого компонента.

4.Выявленные возможности улучшения сварочно-технологических свойств и технологической надежности самозащитной порошковой проволоки за счет гидрофобизации шихты и увеличения температуры предварительной прокалки, проволоки перед сваркой.

Б.Разработанная композиция сердечника порошковой проволоки карбонатно-фдюоритного типа при использовании порошкового титана в качестве нитридообразующей составляющей шихты.

Апробация работы. Основные положения диооертационной работы докладывались и обсуждались на 7 Всесоюзной конференции по сварочным материалам 1987г. в г.Одессе, 10 Всесоюзной конференции по сварочным материалам 1990г. в г.Краснодаре, 11 Всесоюзной конференции по сварочным материалам 1991 г. в г.Никополе, 'семинаре отдела 10 ИЭС, технологическом семинаре ИЭС в 1997 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано Б работ, в т.ч. одно изобретение, подана заявка на патент.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, основных выводов, описка литературы из 116 наименова-. вий и приложений. Работа изложена на 100 отр. машинописного текста оодьрзит 44 рисунка я 18 таблиц.

Во ~ведении обосновывается актуальность теш и постановка t>a-

Ооты.

В первой главе приведен обзор литературы по теме диссертационной работы. Рассмотрены основные факторы, определяющие характеристики сварочного процесса, существующие системы их регистрации и анализа, особенности процесса сварки самозащитной порошковой проволокой, в частности, способы предотвращения азотной пористости. Обращено внимание на отсутствие в литературе объективных критериев оценки качества порошковых проволок и требований к ее технологической надежности, выявлены расхождения в определении рациональных диапазонов легирования металла нитридообразующими элементами для предотвращения азотной пористости и получения требуемого уровня овойств. В результате сформулированы цель и задачи работы.

Во второй главе изложены результаты исследований влияния условий сварки и сварочного оборудования на величины возмущений параметров режима. Описаны методика и автоматизированная экспериментальная установка для исследований качественных показателей самозащитной порошковой проволоки. Приведены данные о влиянии отклонений параметров процесса сварки на качество швов при их выполнении само-згцитными порошковыми проволоками.

В третьей главе рассмотрен один из основных и типичных для оварки самозащитной порошковой проволокой видов дефектов сварного шва - азотная пористость. Даны результаты теоретических и экспериментальных исследований поглощения азота металлом ¡сзллн и сварочной панны при введении в состав сердечника различных нитридообразущи .¡ментов. Изложены результаты исследований влияния нитридообразуи-щих элементов на фазовый состав, структуру и свойства сварного соединения.

В четвертой главе изложены результаты экспериментальных исследований влияния состава сердечника порошковой проволош* на показатели сварочко-текнологических свойств, в частности, газоалаковую защиту зоны свзрки, формирование шва, стабильность горения дуги,

механические свойства металла шва. Комплексно исследованы течноло-о

гические пути предупреждения водородной пористости.

В пятой главе на основании проведенных исследований обоснован выбор газошшксобраэующей и легирующей частей сердечника пороз-ювой проволоки для серийного производства. Приведены результаты оп-ими защш состава сердечника нз основе применения описанной в гл.2 ме тодики. Приведены результаты испытаний разработанной проволоки.

ОСНОВНОЕ СОДЕРКЛИИЕ РАБОТЫ Проблеме обеспечения качества металла при сварке самоеащитными порошковыми проволоками посвящено большое количество работ. Их анализ показал, что основным видом дефектов при сварке такими проволоками является азотная пористость, выбранный способ борьбы с которой в большой мере определяет методы достижения остальных качественных показателей. Наиболее сложно этот вопрос решается для трубчатых самозащитных проволок, у которых неблшоприятное (о точки зрения газовой защиты) расположение плавящейся оболочки требует применения специальных металлургических мер для борьбы о пористостыи, что сокращает возможности обеспечения стабильности показателей механических свойств металла шва. Таким образом, при разработке самозащитных порошковых проволок трубчатой конструкции особенно актуальна оптимизация свойств проволок на основе их комплексной оценки. Кроме этого, как показал опыт применения самоэащитных порошковых проволок в промышленности, экспертные оценки их свзрочно-технологических свойств потребителями часто уступают оценкам разработчиков. В связи о этим, научной задачей данной работы было нахождение путей управления качеством самоэащитной порошковой проволоки через композицию ее сердечника на основе исследования причин нестабильности качества оварных соединений, выполненных в условиях производства.

В первую очередь были определены величины и длительность возмущений параметров режима и диапазоны изменения таких условий сварки, как скорость ветрового потока, содержание влаги в проволоке, чистота кромок. Для изучения возмущений напряжения ка дуге в производственных условиях Краснолучского маизавода была проведена вались напряжения источников сварочного токэ, нагруженных балластным реоо-татом. Максимальное значение отклонений напряжения составило +5Х при длительности до 0,2 о и -15Х при длительности до 3 о.

Реальную скорость подачи проволоки и накладываемые на нее возмущения определяли о помощью тахогенератора. Получены предельные вначения отклонений скорооти подачи проволоки: +Б0Х и -70Х при длительности до 2 о для полуавтоматов с плохо настроенными приводами постоянного тока. Отклонении скорооти, полученные пэ видеозаписи, • находились в пределах ±502 за 3 с.

Определены граничные характеристики неблагоприятных условий сварки: влажность сердечника - до 0,ЗХ, ветровой поток - до 12м/0( наличие ржавчины - до 3 г на 100 мм кромок.

На основе полученных данных были сформулированы требования, предъявляемые к системе длп испытаний проволок: использование высококачественного сварочного оборудования и оснастки; предварительное задание режимов и условий сварю»; возможность оперативного изменения параметров режима в ходе эксперимент; возможность измерения и протоколирования реальных значений параметров режима; проведение статистической обработют всех технологических параметров; возможность накопления данных экспериментов. В качестве основы системы был выбран роботизированный комплекс РМ 01, встроенная ЭВМ ютторого использовалась для управления сварочной оснасткой - подающим механизмом на базе полуавтомата типа 1ГОЫ07 и источником питания на ба-8е ВДУ-Б05. Для управления ходом эксперимента, а также сбора данных о процессе и их обработки, использовалась 1ВМ -совместимая ЭВМ, "ведущая" по отношению к ЭВМ манипулятора. Управление осуществлялось по стандартной линии связи ¡С-232, а для ввода параметров режима сварки использовались три специализированных 10-разрядных АЦП с временем дискретизации 30 мкс, гальванически развязанные от ЭВМ. Структурно эксперимент делился на 3 части :

1.Сварка швов на различных режимах для нахождения диапазона технологически обоснованных режимов.

2.Определение характеристик электродного материала при сварке на оптимальном режиме.

3.Вероятностное определение характеристик порошковой проволоки в условиях тестовых воздействий.

С использованием описанной автоматизированной установки были проведены испытания самозащитных порошковых проволок различных марок. На рис.1,2 показаны вычисленные пс 10-20 точкам зависимости вероятности дефектообразования в шве от величины и длительности отклонений различных технологических параметров процесса.Как видно из приведенных результатов, наиболее опасными с точки зрения дефек-тообразования, являются возмущения напряжения на дуге и ветрового потока, присутствие ржавчины и влаги, а наиболее вероятным видом дефектов является пористость ива. Установлено, что двухслойные самозащитные порошковые проволоки характерна, уются лучшей стабильностью гсрекия дуги, более широким диапазоном рабочих напряжений, меньшей чувствительностью к ветровом1/ потоку, загрязнению крсмок рхзачинсй. ч<?м проволоки белее простых конструкций. Это объясняется лучгкчи , гащкты рэ:г.лавл<?ннсго металла на стадии капли.

скорость подачи нспряженив дуги скорость сворки

V

\ i

\\ т= Эс

Vi с

ч 1

Т= Je

N !

Ж ........

■100% -50И Vn+50'/. -2v ид +4v +8v -50% Vea +50%

1-nn-ahs; 2-пп-глск; 3-пп-ан46; 4-пп-анз.

Рио.1. Влияние отклонений параметров режима на качество

сварки.

ветровой поток влага в проволоке

ржавчина

2, /Л

> Л 4

г 4 6 8 м/с" 0.2 0.4V.' 0.5 1 г/100мм

l-nn-ahs; 2-пп-гдск; 3- пп-ан4в; 4- пп-анз.

Рис.2. Влияние отклонений условий сварки ка качество.

Для оценки сварочио-технологических свойств горопковых проволок Сига разработана специальная методика нахождения интегрального показателя качества, в которой отдельные показатели, определенны) па аналитическом или качественном уровне, учитывается с ксполгсованием весовых коэффициентов: г0сц « п п й1, где оценка 1-го параметра, ai- коэффициент весомости i-ro параметра ( для "эталонной проволоки" roca** -1) Оценки кзядого параметра п получали как otro-иенке (riVfi)+/"1<l ,где п*- соотвеаствует показателе для "это-

лонной проволоки". Величины коэффициентов весомости каждого показателя в комплексной оценке выбирались, исходя из назначения проволоки и условий сварочного произгодства на основе анализа критериев дефектности оварных соединений, приведенных в различных нормативных документах ( ГОСТ, СНиП,СтП) и впоследствии уточнялись о привлечением экспертной оценки. Исходя из минимально допустимого соответствующим документом уровня каждого отдельного показателя качества Tmin и принимая область определения Toe¡a"í0,2; 1], т.о. считая проволоку с Ti<0,2 не пригодной к'эксплуатации, получим Twin i°"-0.2, или «i-losminO.ü. Для оценки качества пороикоьой проволоки использовали оледующие показатели: стабильность горения дуги; стойкость против образования пор, вызванных платой сердечника; стойкое-ь против образования пор, вызванных присутствием ржавчины; 'разбрызгиваний металла; отделимость маковой корки; коэффициенты формы усиления и проплавления; прочность, пластичность и ударная вязкость металла сварного шва;, диапазоны рекомендуем« значений напряжения и тока сварки; производительность плавления. В работе получены следуйте значения для показателей "эталонной проволоки" и весовых коэффициентов (приведены через дробь): стабильность горения дуги -1/0,15; стойкость против образования пор., вызванных влагой сердечника - 0,33/0,19; стойкость протип образования пор, вызванных присутствием ржавчины - 3 г на 100 мм ава /0,12; разбрызгивания металла - 13/0,1; отделимость шлаковой корки - 1/0,1; коэффициенты формы усиления - 5/0,05 и проплавлония - 0,5/0,1; прочность - СОО МПа/ /0,08, относительное удлинение при растялепии - 502/0,2 и удкривя вязкость металла сварного пва KCV-го - 70 Дх/см2/0,16; диапазоны рекомендуемых значений- напряжения - 10 В/0,13 н тока сварки - 3Ü0 А/ 0,08; производительность плазлония - 10 кг/чао /0,14.

Комплексной оценкой различных проголск показана ¡'.орродяция полученных результатов о экспертной оцонгай и-зюзможнооть иогзольвова-Ш1Я методики при разработке п о^фашации СЕмозидити проволок. Ten jííüt при определении больпинЕ^а поглзатолой дачестза критерием • оценки является дефектность свов (глазным образом пористость), то комплексны» оценка зависят э первую счерод» от способа и кглостра ййщггы металла от азота.

Для математического шкошгая процесса ШзорСцта озота Сила то- ■ поль г он ала модель, разработанная д. т. п. В.НШлепакояин для случая сварки оашзацитной порошковой проволокой. В основу описания про-

цеоса поглощения гааа металлом положена модель обновления поверхности Данквертса для двух реакторов - капельного и ванного (рис.3).

метрах режима с известным распределением температур, давлений и концентраций; металлическая жидкая фага проходит две стадии реакции о газовой фазой - капельную и ванную; полное перемешивание металла без рециркуляции газа. Эта модель была развита нами учетом химической реакции связывания азота в стойкие нитриды (хемосорбцией азотз). Иэ арсенала средств, применяемых в теоретической химии для расчета хемосорбции, нами били выбраны наиболее приемлемые для случая поглощения аэота при сварке. На этой основе были получены рекуррентные зависимости, использующие на начальных стадиях расчета параметры поглощения, определенные экспериментально и позволяющие находить концентрацию абсорбируемого газа в заданный момент времени. Расчет поглощения газов металлом при сварке порошковой проволокой проводили последовательно сначала для капли, а затем, с учетом полученных результатов - для ванны. Характер раочетов для обеих стадий был идентичен. Состав газовой фазы в различных точках системы был получен расчетным путем. Использовалась модель истечения струи газа известного состава из цилиндрической оболочки в окружающее, заполненное воздухом, пространство перед плоской стенкой. Полученные рзсчетом значения парциальных давлений азота для случаев, характерных для сварки проволокой трубчатой конструкции и двухслойной, показали наличие различий только для капельной стадии процесса (рис.4).

С использованием модели, были получены зависимости содержания азота в металле капли и ванны от различных технологических факторов и доли нитридообраэующих элементов в проволоке. Выделение в расчетах капельной и ванной стадии также показало определяьп&х роль процессов, протекающих на стадии капли и позволило найти минимальны« концентрации А1 и И, необходимые для полного связывания аз "та в

Рио.З. Модель для расчета поглощения аэота металлом.

' N 0,8

0.6 0.4

0.2

,5мм

У= 4мг

А

У

3 У(мм) 0 1 г 3 4 5 6 Х(хмм)

а) С)

Рис.4. Расчетное парциальное давление аэота у поверхности капли (а) и ванны (б), нитриды. Учитывая количественные различия в поглощении ааота на капельной и ванной стадии и различие коэффициентов перехода титана для случаев введения в шихту титанового порошка и ферросплава, были получены расчетные зависимости содержания свободного аэота в шве при комплексном легировании алюминием и титаном (рис.5), которые показали целесообразность применения в шихте титанового порошка.

Для экспериментальной проверки влияния нитридообразующих на процесс поглощения азота были проведены серии экспериментов с проволоками, имеющими в составе сердечника титан, ферротитан и алюминий, подтвердившие выводы расчета, но показавшие несколько отличные значения концентраций нитридообразующих в металле сплошных швов (рио.Б). Это объясняется применением в расчетах усредненных данных, неполно отражающих особенности газоапаковой защиты металла при изменении соотава сердечника проволоки.

Изучение влияния легирования металла шва А1 и Т1 на е^о меха-пические свойотва было начато о металлографических исследований, которые показали близкую структуру всех образцов ( феррит + перлит + Сейнит ) с увеличением доли бейнита при повыпзетш степени легирования. Это позволило сделать вывод об отсутствии скачкообразного изменения овойотв в исследуемом диапазона. Легирование алюминием приводило к обраговвчи» пластинчатого феррита по границам верен. С ростом содержания алюминия наблюдалось сочетание зерен разного размера о участками крупнозернистой структуры. Легирование титаном приводит к образованию небольших участков эернограничного феррита в сочетании с включениями нитридов и карбонитридов титана во внутри-

(Т|] %

0.3 /Ч»

я Фврр о Ф1

о.з ?5 • >

»

0.1 X ' * -:— —

Т1 4

о.з о.е о.о [А1]?г Нижнпа граница вони отаугготыык пор :

- расч«Ф ; • окспорндеанф.

Рно.5. Концентрации гитана и алюминия в оплошных сварных швах.

ворснном феррите. С увеличением степени легирования титаном Сыд обнаружен роот тиердсн-и фер;штной матрицы.

Механические испытания подтвердили рациональность применения низкого легирования титаном. Одновременно исследования показали, что наиболее широкий диапазон легирования, при котором обеспечиваются заданные механические свойства и сплошность швов (0,08-0,1БХ Т1> достигается при использовании в шихте порошка титана.

Более точное определение оптимально^ уровня логирования титаном проводили одновременно о корректировкой композиции шихты карбо-натно-флюоритного типа. Для изучения влияния ооставз слезковой фавы на ващиту металла от азота били прояедоны измерения предельных напряжений на дуге при сварке опытными персиковыми проволоками, о постоянным количеством газообразующих элементов. При постоянном количество титана в металле шва (0,1ЬХ) фиксировалось максимальное напряжение, при котором не было пор. Установлено, что наилучшими защитными свойствами обладают шлаки на основе СаО-МгО-СаГ^-ИОа о околоэлтектоадным составом расплава. Отделимость шлаковой корки, формирование шва, стабильность горения ЛУГИ оценивались экспертным методом пс разработанной методике. По результатам экспериментов определен окончательный состав проволоки карбонатно-флиоритного типа.

Эффективным технологическим срэдстуом предупреждения водородной пористости является устранение из порошковой проволоки водоро-

досодержащих веществ. Принципиально эдесь может существовать два пути: предохранение проволоки от увлажнения в процессе хранения п прокалка ее перед применением. В работе они исследованы а комплексе. Обоснован выбор гидрофобиэатора (кремкийорганическая жидкость 136-41) и его необходимое количество. Показана необходимость увеличения температуры прокалки до 300-350°С для снижения уровня водорода в металле шва и получения приемлемых сварочно-технологических свойств. Исследовано влияние температуры прокалки на окисление металлических компонентов сердечника. С использованием термического и термогравиметрического анализов показано, что при нагреве обработанного гидрофобизатором железного порошка, составляющего значительную долю шихты по массе, до температуры 300-330°С окисление протекает с малой скоростью, близкой к скорости окисления необработанного порошка при температуре 200-250°С. Это позволяет поднять температуру прокалки до ЭЭ0-330оС благодаря образованию тонкой пленки субоксида кремния при разложении гидрофобиэатора на поверхности частиц сердечника. Совместная реализация обеих изученных мер позволила снизить уровень диффузионного водорода в сварном ове о 9-11 до 5-6 см3/100 г.

На базе проведенных исследований разработана трубчатая самозащитная проволока марки ПП-АН93 (типа ПС-44-А2В) повышенной технологической надежности для сварки малоуглеродистых и низколегированных сталей с пределом текучести до 440 МПа. Проволока ПП-АНВЗ соответствует требованиям ГОСТ 26271-84, Она обеспечивает следующие механические свойства сва: б8- 630...5Е0 МПа; бт - 450...465 МПа; 8 -24...261; i - 59...52*; KCV+20 " 76...60 Дк/см2; KCYo - 63... 65 Дя/см2; KCY-eo - 49...53 Дд/см2. Технологическую надежность проволоки оценивали по приведенной выла методике. Сравнение подученных данных о данными для других проволск аналогичного пазначеши показало, что разработазгаа-ч проволока по технологической иедеявсоти превосходит известные образцы проволоки трубчатой конструодш и близка к двухолойнку проволокам.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1.Уота"овлени aoíimctu рассеяния технологических факторов, ха-рактернаэ для оувдетвугщего овгрзчного оборудования и олегаипэйоя культуры производства: напряяекио на дуто - +57. при длитольпооти до 0,2 о и -IES при 1 о; скорость подзчи - +50,-707. при длительности

до 1 о; скорость сварки - ±50% при длительности до 3 с. Установлены граничные характеристики неблагоприятных условий сварки: содержание влаги в проволоке- до 0,3%, ветровой поток - до 12 м/с; наличие ржавчины (до 3 г на 100 мм кромок). Исходя из этого, выбраны критерии объективной оценки отдельных показателей качества и разработана методика определения комплексного показателя качества само-ващитной порошковой проволоки.

2.С использованием разработанной методики для самозащитных порошковых проволок установлены закономерности влияния возмущений параметров процесса сварки на качество сварного соединения, заключающиеся в том, что наиболее опасными с точки зрения дефектообразова-ния являются возмущения, изменяющие металлургические процессы на стадии капли: напряжение на дуге, ветровой поток, присутствие ржавчины и влаги, а наиболее типичным дефектом является пористость шва. Доказана необходимость введения в проволоку нитридообраэующих элементов при сверке самозащитной порошковой проволокой трубчатой конструкции в условиях существенных отклонении основных технологических факторов с целью предотвращения образования пористости, вызываемой азотом. .

3.Математическим моделированием обоснована концепция управления процессом поглощения азота расплавленным металлом посредством связывания его в стойкие нитриды. Установлено, что применение в составе шихты титанового порошка, в отличии от ферротитана, позволяет более эффективно предотвращать пористость швов: при легировании проволоки карбонатно-флюоритного типа через сердечник минимальная концентрация титана в сварном шве, обеспечивающая предупреждение пористости составляет 0,18% при введении в шихту 25%-ного ферротитана и 0,1% - при введении порошка титана. Подтверждено улучшение стабильности горения дуги при применении титана взамен ферротитана.

4.Для случая комплексного введения в шихту проволоки карбонат-но-флгаоритного типа титанового порошка, ферромарганца и ферросилиция установлен диапазон оптимального легирования металла шва (в I); И - 0,08...0.16, Мп - О,9...1,3, - 0,1...0,3. Такое комплексное легирование обеспечивает получение спдопных швов с требуемыми показателями механических свойств, в частности, предел текучести не ниже 440 ¡/Па, относительное удлинение не ниже 24%; ударная вязкость КСУ-го не ниже 40 Дж/см2.

5.Показана эффективность гидрофобизации шихты для предотвращения пористости, вызываемой водородом и обоснован выбор типа гидро-фобизатора (жидкость 136-41). Доказана необходимость увеличения температуры предварительной прокалки проволоки с 250 до 300-330°С для достижения удовлетворительных сварочно-технологических свойств. С использованием комплексного термического анализа показана возможность такого повышения температуры прокалки проволок ввиду замедления процессов окисления металлических порошков сердечника за счет пленки субоксида кремния, образующейся на поверхности частиц при разложении гидрофобиэатрра.

6. Разработана новая самоэащитная порошковая проволока трубчатой конструкции ПП-АН93 (тип ПС-44-А2В по ГОСТ 26271-84)-, обеспечивавшая стабильность качества сварных соединений в условиях производства с повышенным рассеянием основных технологических факторов. Выполнена опытно-промышленная проверка проволоки.

Основные результаты диссертация освещены в работах:

1.Автоматизированная установка для исследования термических циклов при сварке плавлением. / Нежурбеда Я.И.,Орлов Л.Н.,Юштин

A.Н./ Тезисы докладов 7 Всесоюзной конференции по сварочным материалам. Одесса, 1987, с.57-55.

2.Разработка автоматизированной системы определения технологических характеристик присадочных материалов для механизированной сварки./Марчук А.И.,Супрун С.Л., Юштин А.Н./Тезисы докладов 10 Всесоюзной конференции по сварочным материалам. Краснодар, 1990, 0.115-121.

3.Способ газодинамического контроля уровня сварочной занны./ Авторское свидетельство 1549704 от 15.05.91/ Орлов Л.Н., Шлепаков

B.Н., Штин А.Н.

'.Методика комплексной оценки оварочно-технологических свойств сварочных источников питания и сварочных материалов./ Походня И.К., Сурджан И. .Пономарев В.Е. ,Беня Ö. »Дерносеков А.Ы, Са'яэйленко В.И, Юптин А.Н./Информационные материалы СЭВ по сварке. Выпуск 37, Киев, 1391, 0.44-Б5.

Б.Методика автоматизированной оценки оварочно-технологически:', овойств электродных проволок для механизированной оварки./ Марчук А.И., -Супрун С.А..Илепаков В.Н., Штин А.Н./ Автоматическая сварка №б, 1993, о.47-50.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА В СИ предложена аппаратная реализация аналоговой части установки-, в 123 и [5] разработаны управляющие программы и сварочная оснастка ; в Ш и СБ] выполнены исследования показателей качества порошковых проводок ; в СЗЗ предложен способ увеличения точности измерения геометрических размеров металлической и шлаковой ванны.

Kfcrrin О.М. " Роеробгю оамоеанионого порошкового дроту для оварпвли-ня низьковуглецевих та низьколегованих сталей в умовах п!двищеногс розс!яня основных технолоПчних фактор1в". Рукопис днсертацП нг здобуття науксвого ступеня кандидата техн1чних наук. Спец1альн1сть 05.03.06 - Зварювання та спорхдненн! технолог!!. IE3 т.е.О.Патош НАН УкраКни, м. Ки1в, 1997 р.

Елзначен: величнни розс1яност1 технолог1чних фактор1в, прита-манних 1снуючоыу зварявальному обладнанню та культур! виробництва, ар склалася. Запропонована методика комплексно! об'ективно» ощню властивостей електродних матер1ал!в. Досл1джено вплив збурень пара-ивтр1в процесу вварювання на якють еварного в'еднання при викорис-танн1 самозахисного дроту. Визначен! законом1рност1 поглинання азоту неталом при введены! титану та алзом1н1ю в осереддя дроту. Вияв-лен: можливост! покращення властивостей самозахисного порошковой дроту у раз! г1дрофоо!вацП вихти. Роероблено самозахисний порошко вий др1т для зварювання в умовах п!двщеного роэс!яня основних тех нолоПчних параметр1в.

Ключов1 слова: с&мозахнсний поросковий др!т, як!сть авариванн оптим1зац!я властивостей, н!тр1доутворююч! елементи.

Yushtln A.N." Development of flux-cored wire for «elding of low-carbon and low-alloy steels in conditions characterized by hie dispersion of main manufacturing factors." The manuscript or tn thesis for the doctor of science decree obtaining. Special it 05.03.06 - «elding and related technologies. E.o.Paton EWi HAS о Ukraine. Kyiv, 1997.

Values of dispersion of main manufacturing factors, which ar character!otic for existing: welding equipment and productic culture, were determined. Objective test procedure of flux-core wire was introduced. Influence of parametrs disturbance upon th quality of welding1 joints was researched. Character cf rat roe t absorbtion by metal for welding by flux-cored wire, containing 1 and Al, determined. The possibilities of improving of flux-cor« wire characteristics using charge waterproofing treatment wei found. Flux-cored wire for welding in conditions characterised t high dispersion of main manufacturing factors have been developed.

Key words: flux-cored wire, welding quality, prcpc-rt optimization, nitrides-making elements.

3i«.7-?l?-I3">. IA.C7.97. con V3C.