Автореферат (Повышение эффективности модифицирования металла шва при сварке низколегированной стали под флюсом с металлохимической присадкой)

На правах рукописиГущин Дмитрий АлександровичПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МОДИФИЦИРОВАНИЯ МЕТАЛЛАШВА ПРИ СВАРКЕ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ ПОД ФЛЮСОМ СМЕТАЛЛОХИМИЧЕСКОЙ ПРИСАДКОЙСпециальность 05.02.10 – Сварка, родственные процессы и технологииАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2017Работа выполнена на кафедре «Металлические конструкции и сварка встроительстве» в Федерального государственного бюджетного образовательногоучреждения высшего образования «Воронежский государственный техническийуниверситет» (ВГТУ)Научный руководитель:доктор технических наук, профессорБОЛДЫРЕВ Александр МихайловичОфициальные оппоненты:доктор технических наук (05.02.10)ДОРОНИН Юрий ВикторовичООО «АЦГХ»,Начальник лаборатории сваркикандидат технических наук (05.02.10)КОБЕРНИК Николай ВладимировичМГТУ имени.

Н.Э. Баумана,кафедра технологий сварки и диагностики,доцентВедущая организация:Федеральное государственное бюджетноеобразовательное учреждение высшегообразования «Донской государственныйтехнический университет» (ДГТУ), кафедрамашин и автоматизации сварочногопроизводства (Ростов-на-Дону)Защита состоится «28» сентября 2017 г. в 14:30 часов на заседаниидиссертационного совета Д 212.141.01 при Московском государственномтехническом университете им.

Н.Э. Баумана по адресу: 105005, г. Москва, 2-яБауманская ул., д. 5, стр. 1Телефон для справок: +7 (499) 267-09-63.Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью организации,просим направлять на имя ученого секретаря диссертационного совета поуказанному адресу.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ имени. Н.Э. Баумана ина сайте http://www.bmstu.ru.Автореферат разослан «____»_____________2017 г.УЧЁНЫЙ СЕКРЕТАРЬдиссертационного советад.т.н., доцентКоновалов А.В.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫВведение. Актуальность работы.Сварные металлоконструкции широко применяются в строительстве, транспорте,судостроении, мостостроении и других отраслях промышленности.

При этом, какотметил академик Б. Е. Патон, основным материалом сварных металлоконструкций попрежнему остается сталь. Вместе с тем, согласно статистике 70-80 % отказовметаллоконструкций связано со сварными соединениями, хотя массовая доля металлашва в них редко превышает 1 %. Вследствие теплового воздействия сварочной дуги вшве и околошовной зоне формируется крупнозернистая структура, снижающаяпрочностные свойства сварных соединений. Поэтому вопросам улучшения структуры иповышения механических свойств сварных соединений, непосредственно в процессесварки, минуя последующую термообработку, уделяется постоянное вниманиеисследователей.

При отказе крупных металлоконструкций в зоне сварки, как правило,наблюдались хрупкие разрушения, происходящие внезапно без заметных деформаций,нередко с человеческими жертвами и большим материальным ущербом. По мереувеличения нагрузок, интенсивности и скорости движения транспортного потока приналичии сильных концентраторов напряжений, а также накопления различныхповреждений в металле при длительной эксплуатации повышается вероятностьвозникновения хрупких разрушений, особенно при низких температурах.Переход металла из вязкого состояния в хрупкое при понижении температуры,согласно схеме А.Ф.

Иоффе зависит от соотношения между сопротивлением отрыву sв ипределом текучести ss. Анализ с позиции механики разрушения, приведенный в работахСтолоффа, Холла и Петча, показал, что единственным способом получения структурыметалла, стойкого против хрупких разрушений, при одновременном повышении егопрочности и пластичности, является измельчение зерна.Вопросам и способам получения мелкозернистой структуры металла швапосвящено большое количество работ отечественных и зарубежных исследователей(Алов А.А., Бобров Г.В., Болдырев А.М, Ивочкин И.И., Походня И.К., Прохоров Н.Н.,Черныш В.П., Чернышов Г.Г., Якушин. Б.Ф., Ito G., Nakanishi M., Svensson L.E., GretoftB., Evans G.

M., Cole W., Colvin P. и др.). Анализ этих работ показал, что одним изнаиболее эффективных способов измельчения структуры металла шва является введениев сварочную ванну модификаторов, увеличивающих число центров кристаллизации вхвостовой части сварочной ванны. Введение модификаторов в сварочную ваннупредставляет определенные трудности. Болдырев А.М. показал, что одним из путейпреодоления этих трудностей является создание модифицирующих комплексов –макрочастицы с наномодификатором.

Это направление успешно развивается в работахотечественных и зарубежных ученых (Головко В.В., Князьков К.В., Коротаева З.А.,Кривоносова Е.A., Крушенко Г.Г., Лысак В.И., Москвичев В.В., Полубояров В.А.,Решетникова С.Н., Соколов Г.Н., Черепанов А.Н. и др.).В 1977 году Ивочкиным И.И. с соавторами из ВНИИМонтажспецстроя при участииСтеклова О.И. и Якушина Б.Ф. (МВТУ им. Н.

Э. Баумана), а также Лебедева Б.Ф. иБогдановского В.А. (ИЭС им. Е. О. Патона) была разработана технологияавтоматической дуговой под флюсом и электрошлаковой сварке с порошковымприсадочным металлом (ППМ). В качестве присадочного материала использовалирубленную сварочную проволоку (гранулят), опудренную путём совместной обработки всмесителе с микрочастицами NaF, в последующем названную металлохимическойприсадкой (МХП). В настоящее время МХП успешно применяется для монтажнойсварки мостовых металлоконструкций из сталей 10ХСНД, 15ХСНД, в качествемодифицирующего вещества используется двуокись титана TiO2.

Металлохимическая1присадка засыпается в зазор свариваемого стыка. Для получения гарантированногопровара с плавным переходом к основному металлу сварку производят на специальнойподкладке. Однако наши предварительные исследования механических свойств металлашва сварных соединений, выполненных на производстве с применением МХП показализначительный их разброс, особенно по ударной вязкости.Из анализа литературных данных было установлено, что не достаточно обоснованыи исследованы:1) выбор модификатора в составе металлохимической присадки;2) механизм взаимодействия металлохимической присадки со сварочной ванной ифлюсом, что тормозит расширение применения этого способа при сварке и наплавкедругих сталей, а также выбора химической добавки в зависимости от основного металлаи назначения металлоконструкции;3) отсутствуют система контроля состава и стабильности МХП;4) отсутствуют данные о воспроизводимости и стабильности механическихсвойств металла швов при автоматической сварке стали под флюсом сметаллохимической присадкой.Повышение стабильности механических свойств сварных соединений в заданныхпроектировщиками пределах гарантирует повышение надежности, как самихсоединений, так и всей конструкции в целом.

Причём, эта стабильность должнапроявляться не только в высокой воспроизводимости этих свойств в каждом изделии, нои стабильности этих показателей в каждом шве по всей его длине. Как показали нашиисследовании при существующей технологии изготовления МХП и сварки стыковыхсоединений с МХП велик разброс механических свойств металла шва, особенно ударнойвязкости, определяющей его стойкость против хрупких разрушений, что несомненноснижает надежность работы всей конструкции.

Поэтому повышение стабильностиструктуры и ударной вязкости металла шва при сварке с МХП представляет научный ипрактический интерес и несомненно является актуальной задачей. Решению этойпроблемы на примере технологии автоматической сварки под флюсом с применениемМХП мостовых металлоконструкций посвящена настоящая работа.Актуальность работы подтверждается её выполнением в рамках плана научноисследовательских работ Российской академии архитектуры и строительных наук(РААСН) на 2012 – 2015 г.г. (тема «Модифицирование структуры металла сварных швовметалломодифицирующей присадкой с микро- и нанодисперсными модифицирующимичастицами при сварке строительных и мостовых конструкций», направление 3: Развитиетеоретических основ строительных наук, раздел 3.2.

Физико-химические основыструктурообразования новых материалов) и гранта Министерства образования и науки«Стипендии Президента Российской Федерации для обучения и ведения научнойдеятельности за рубежом студентов и аспирантов в 2013/2014 учебном году» принаучном сотрудничестве с Национальным техническим университетом Украины«Киевский политехнический институт» и Институтом электросварки им. Е.О.

Патона.Целью настоящей работы является повышение хладностойкости и стабильностисвойств сварных соединений конструкций стальных мостов, выполненныхавтоматической сваркой с металлохимической присадкой.Для достижения поставленной цели в диссертационной работе поставлены ирешены следующие задачи:1.