Автореферат (Повышение эффективности модифицирования металла шва при сварке низколегированной стали под флюсом с металлохимической присадкой), страница 2

Дана оценка уровня и стабильности механических свойств металла шва сварныхсоединений из стали 10ХСНД, выполненных в производственных условиях. Определеныпричины нестабильности указанных свойств.22. Предложена, экспериментально и методами математической статистикиобоснована методика количественной оценки прочности сцепления модифицирующейдобавки с гранулятом при изготовлении металлохимической присадки (МХП).3. Разработана новая технология изготовления МХП, обеспечивающая высокуюстабильность её состава (защищена патентом на изобретение №2574930 от 12.05.2014).4.

Предложен и экспериментально подтверждён механизм взаимодействия МХП сосварочной ванной при сварке под флюсом и образования неметаллических включений вметалле шва.5. Дана оценка термодинамической вероятности окислительно-восстановительныхреакций в сварочной ванне при автоматической сварке стали 10ХСНД с МХП.6. Проведены сравнительные исследования стабильности механических свойств,химического состава и структуры металла шва соединений, выполненных посуществующей и разработанной технологиям.Методы исследования.Для решения поставленных задач применяли теоретические и экспериментальныеметоды исследований: при разработке методики количественной прочности сцеплениямодифицирующей добавки с поверхностью гранулята использовали полный факторныйэксперимент и методы математической статистики.

Для изучения свойств, структуры ихимического состава металла швов сварных соединений проводили механическиеиспытания, металлографический и химический анализ. Определение характера иплощадей зон излома образцов Менаже проводили с использованиемфрактографического анализа и программного продукта КОМПАС 3D – V12. Дляизучения механизма взаимодействия МХП со сварочной ванной применили методыоценки термодинамической вероятности протекания металлургических реакций.Обработку экспериментальных результатов производили с использованиемстатистических методов и с применением прикладных программ.Научная новизна работы.1.

Впервые разработана методика количественной оценки прочности сцеплениямодифицирующей добавки с гранулятом в составе МХП. Установлены основныетехнологические параметры, определяющие эту прочность при изготовлении МХП.2. Показано, что при получении МХП в высокоэнергонапряженной планетарноймельнице, обеспечивающей соударение частиц с ускорением не менее 20g в течение 5минут, происходит измельчение 60 % модифицирующих частиц диоксида титана вплотьдо наноразмерного уровня и дробление гранулята с образованием новых ювенильныхповерхностей, что создаёт условия получения высокой прочности сцеплениянаномодификатора с гранулятом.3. Впервые для сварки под флюсом с МХП дана оценка термодинамическихфакторов гетерогенной реакции взаимодействия слоя модификатора на поверхностигранулята со сварочной ванной.

Показано, что при сварке с МХП сокращается путьтранспортировки диоксида титана в расплав и на порядок увеличивается удельнаяповерхность раздела фаз TiO2 – расплав, по сравнению со сваркой с добавкой TiO2 черезфлюс, вследствие чего обеспечивается более высокая концентрация диоксида титана всварочной ванне.4. Впервые предложен механизм взаимодействия диоксида титана в составе МХПсо сварочной ванной при автоматической сварке стали под флюсом АН-47, содержащимAl2O3. Согласно предложенному механизму наличие кислотного оксида TiO2 в расплавеобеспечивает переход из флюса в сварочную ванну амфотерного оксида Al2O3, чтоподтверждено результатами химического анализа металла шва, а также3термодинамическим анализом вероятности окислительно-восстановительных реакцийпри сварке сталей.5.

Экспериментально установлено, что при сварке с МХП, изготовленной ввысокоэнергонапряженной планетарной мельнице, в шве образуются мелкиенеметаллические включения из комплексов TiO2×Al2O3, очевидно в процессекристаллизации сварочной ванны, выполнявших роль центров кристаллизации, и маловлияющих на концентрацию напряжений при внешнем нагружении, способствующихформированию вязких морфологических форм феррита. Всё это позволяет обеспечитьболее высокие и стабильные показатели механических свойств металла шва.Практическая значимость работы.Разработанныйметодколичественнойоценкипрочностисцеплениямодифицирующих частиц с гранулятом в МХП и новая технология её изготовленияпозволяют организовать централизованное производство присадочного материала сгарантированным стабильным составом для всей мостостроительной отрасли.Результаты исследований формирования связей между химической добавкой игранулятом в МХП могут быть использованы при разработке МХП различногоназначения с добавками нитридов, карбидов, оксидов и т.п.На основе новой технологии изготовления МХП разработан и находится на стадиивнедрения технологический регламент производства присадки для мостостроения,спроектирован участок централизованного её производства.На защиту выносится:1.

Механизм, объясняющий особенности взаимодействия модифицирующейдобавки – диоксида титана в составе МХП со сварочной ванной.2. Методика оценки прочности сцепления между частицами в составеметаллохимической присадки.3. Новая технология получения МХП, обеспечивающая высокую прочность истабильность сцепления модифицирующей добавки с гранулятом.4. Результаты экспериментальных исследований влияния технологическихфакторов при получении МХП на прочность и стабильность сцепления.5. Результаты исследования влияния технологии изготовления МХП на величину истабильность механических свойств металла шва стали 10ХСНД.Апробация работы.Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодныхнаучно-технических конференциях Воронежского ГАСУ (Воронеж, 2011, 2012, 2013,2014, 2015, 2016, 2017 г.), на круглом столе «Проблемы развития системно-структурногоматериаловедения строительных композитов» в рамках научно-образовательного ФорумаВоронежского ГАСУ «Инновации в сфере науки, образования и высоких технологий.Малое Инновационное предпринимательство» (Воронеж, 2012 г.), на 15-ймеждународной научно-практической конференции «Технология упрочнения, нанесениепокрытий и ремонта: теория и практика» (С.-Петербург, 2013 г.), на международнойнаучно-технической конференции «Механика разрушения строительных материалов иконструкций» Казанский ГАСУ (г.

Казань, 2014), на научных семинарах кафедры:«Технологии сварки и диагностики» МГТУ им Н.Э. Баумана (Москва, 2014, 2015 г.).Публикации.Результаты диссертационной работы опубликованы в 16 научных статьях, 2 статьи вмеждународных журналах, индексируемых в базе Scopus, 8 статей в изданияхрекомендованных ВАК РФ.4Структура и объём диссертации.Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения (выводов),списка цитируемой литературы и приложений. Материал работы изложен на 161страницах, включая 55 рисунков, 36 таблиц и 12 приложений. Библиографическийсписок включает 118 наименований.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснован выбор темы и её актуальность, сформулированы цели изадачи исследования, показана научная новизна и практическая значимость проведенныхисследований.В первой главе выполнен анализ современного состояния вопроса в областихрупких разрушений металла вообще и сварных металлических конструкций в частности,сделан обзор случаев и причин хрупкого разрушения сварных конструкций.

Выявлено,что главный способ повышения стойкости сварных соединений против хрупкогоразрушения – измельчение зерна металла шва. Проанализированы механизмы, влияющиена размер зерна металла шва. Показано, что одним из эффективных способовизмельчения структуры металла шва является модифицирование – введение в расплавсварочной ванны комплексов из частиц – носителей – микрохолодильников инанесенных на их поверхность модифицирующих частиц. Одной из существенныхтрудностей при модифицировании является равномерное введение и распределение пообъему сварочной ванны модифицирующих добавок, выполняющих рольдополнительных центров кристаллизации и блокирующих рост кристаллитов.Неравномерное распределение модификаторов в сварочной ванне и высокая степень ихдеактивации приводит к нестабильности механических свойств сварных соединений, чтоснижает их эксплуатационные характеристики.В ходе оценки стабильности механических свойств сварных соединений,выполненных автоматической сваркой под флюсом с применением металлохимическойприсадки в монтажных условиях установлен значительный разброс предела прочности иударной вязкости металла шва.