Автореферат (Повышение эффективности модифицирования металла шва при сварке низколегированной стали под флюсом с металлохимической присадкой), страница 5

В хвостовой части сварочной ванны в результате реакций (Рис. 8,Таблица 4) образующиеся эндогенные включения кремнезема, глинозема и двуокисититана не успевают полностью перейти в шлак и остаются в закристаллизовавшемсяметалле. Поэтому модифицирующие частицы сохраняются в виде включений втемпературном режиме зон 1, 2, 3, 4.Сравнительный химический анализ металла швов показал, что, несмотря наотсутствие титана в основном металле и электродной проволоке, при сварке спроволочной крошкой без добавок TiO2 (контрольный образец) и в корневом, и воблицовочном шве содержится 0,005 % титана (Таблица 5).

Это свидетельствует охимическом взаимодействии сварочной ванны с флюсом АН-47, содержащим около 5,5% TiO2. Содержание Al в шве, зависит от концентрации TiO2 в сварочной ванне.Амфотерный оксид Al2O3, средняя концентрация которого во флюсе около 11%, приналичии в ванне кислотного диоксида титана переходит из флюса в сварочную ванну.Более высокая концентрация TiO2 в сварочной ванне интенсифицирует переходAl2O3 из флюса в шов. При этом образуются центры кристаллизации в виденеметаллических включений наноразмерного порядка из оксидных комплексовAl2O3∙TiO2 в нитридо-титановой оболочке как и a-железо, имеющей объёмноцентрированную кубическую кристаллическую решётку.

Содержание серы, одного изсамых вредных охрупчивающих элементов, в швах, сваренных с МХП, изготовленной поновой технологии, в 2 раза меньше, чем по старой.13Таблица 5.Результаты химического анализа металла швовЗона Содержание элементов в %% Расположение№ Вариант приготовленияисследованныханалп/пМХПTiMn Si Al CSзониза1 Без добавки TiO21 0,005 0,73 0,63 0,03 0,088 0,015Существующая2 технология добавка TiO2 в 1 0,007 0,70 0,65 0,08 0,077 0,015МХП 0,4%Новая технология добавка31 0,010 0,64 0,61 0,08 0,080 0,007TiO2 в МХП 0,4%4 Без добавки TiO2Существующая5 технология добавка TiO2 вМХП 0,4%Новая технология до6бавка TiO2 в МХП 0,4%20,005 0,95 0,46 0,04 0,070 0,02120,005 0,96 0,49 0,08 0,070 0,02120,007 0,94 0,54 0,07 0,070 0,01С позиций термодинамики гетерофазных реакций предложен механизмвзаимодействия диоксида титана со сварочной ванной при автоматической сваркестали 10ХСНД под слоем флюса АН-47, содержащего 9–13 % Al2O3.

Показано, чтовведение диоксида титана в сварочную ванну совместно с гранулятом обеспечиваетнадежную его доставку в реакционную зону и равномерное распределение по всемуобъёму ванны. Суммарная площадь удельной поверхности раздела «гранулят – расплав»в 11 раз больше удельной площади поверхности раздела «жидкий шлак – сварочнаяванна». Поэтому диффузия диоксида титана в расплав будет проходить более интенсивнос поверхности гранулята чем из флюса.

Наличие кислотного TiO2 в расплаве тормозитего диффузию из флюса через жидкий шлак и способствует переходу амфотерногооксида алюминия из флюса в сварочную ванну.Рентгеноспектральный анализ показал, что наличие алюминия в расплаве приводитк образованию мелкодисперсных неметаллических включений с ядром из оксидов титанаи алюминия и внешней оболочкой из нитрида титана, кристаллическая решётка которогокогерентна решётке матрицы. Такие включения, по нашему мнению, являютсяактивными центрами кристаллизации, а прочные связи нитридо-титановой оболочки сматрицей затрудняют образование микропустот вокруг включений при нагружении допредела текучести. При этом в шве формируется вязкая морфологическая форма феррита,сочетающая высокие показатели прочности, пластичности и вязкости.ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ1.

Для оценки прочности сцепления модифицирующих частиц с гранулятом при ихсовместной механохимической обработке, с достаточной степенью воспроизводимости иудовлетворительной ошибкой эксперимента, можно использовать величину привеса(массу модифицирующих частиц связанных с гранулятом).2. Разработанная технология получения МХП обеспечивает стабильный её состав ипрочные связи между частицами. Прочность сцепления увеличивается с возрастаниеммассы TiO2 в присадке, времени и энергии смешивания. В процессе изготовления МХП ввысокоэнергетической планетарной мельнице происходит интенсивное измельчениечастиц TiO2 до наноразмерного порядка, а также пластическая деформация и дроблениечастиц гранулята, что способствует образованию прочных связей между поверхностью14частиц гранулята и диоксида титана.

Введение диоксида титана в сварочную ваннусовместно с гранулятом обеспечивает надежную его доставку в реакционную зону иравномерное распределение по всему объему сварочной ванны, что обеспечиваетповышение стабильности механических свойств металла шва.3. С позиций термодинамики гетерофазных реакций предложен механизмвзаимодействия диоксида титана со сварочной ванной в условиях сварки под флюсомАН–47, содержащим 9–13 % Al2O3. Образовавшиеся в результате реакций на межфазныхграницах гранулят – расплав и жидкий шлак – расплав эндогенные включения стугоплавкой нитридо – титановой оболочкой, являются активными центрамикристаллизации и способствуют формированию мелкозернистой структуры металла шва.Между матрицей и нитридо-титановой оболочкой, кубическая кристаллическая решеткакоторой соответствует решетке a-железа, образуются прочные химические связи, чтозатрудняет зарождение микропустот и трещин в металле шва при нагружении до пределатекучести.

Это обеспечивает повышение ударной вязкости металла шва KCU-40 на 10–14 % при использовании МХП, полученной в цилиндрическом смесителе, а в случаеприменения МХП, изготовленной в планетарной мельнице – на 20–25 % по сравнению ссоединениями, выполненными без добавления диоксида титана.4. Установлено, что введение в сварной шов нанооксидов титана в количестве 0,4 %(масс) является оптимальным и повышает прочностные характеристики металла швовнизколегированных сталей.Основные положения диссертации опубликованы в 16 работах:1.

Исследование прочности сцепления частиц в модифицирующей присадке длясварки мостовых конструкций под флюсом / Д.А. Гущин [и др.] // Нанотехнологии встроительстве: научный Интернет-журнал. М.: ЦНТ «НаноСтроительство». 2012. Том 4, № 2.С. 56–69. Гос. регистр. №0421000108. URL: http://nanobuild.ru/ru_RU/journal/Nanobuild_2_2012_RUS.pdf (дата обращения: 09.01.2017).2. Получение металлохимической сварочной присадки с нанодисперсными частицамидиоксида титана / Д.А. Гущин [и др.] // Нанотехнологии в строительстве: научный Интернетжурнал.

М.: ЦНТ «НаноСтроительство», 2013. Том 5, № 6. C. 53–66. URL:http://nanobuild.ru/ru_RU/journal/Nanobuild_6_2013_RUS.pdf (дата обращения: 09.01.2017).3. Оценка термодинамических факторов взаимодействия металлохимическойприсадки со сварочной ванной / Д.А. Гущин [и др.] // Научный вестник Воронежского ГАСУ.Строительство и архитектура. Воронеж: 2014. Вып.

№2 (34). С. 24–33.4. Болдырев А.М., Гребенчук В.Г., Гущин Д.А Взаимодействие диоксида титана сосварочной ванной при автоматической сварке под флюсом стали 10ХСНД сметаллохимической присадкой // Сварочное производство. М.: 2014. № 9. C. 14–19.5. .Болдырев А.М., Гребенчук В.Г., Гущин Д.А. Влияние диоксида титана в составеметаллохимической присадки на механические свойства металла шва стали 10ХСНД //Сварка и Диагностика.

М.: 2014. №3. С. 39–42.6. Болдырев А.М., Гребенчук В.Г., Гущин Д.А. Взаимодействие диоксида титана сосварочной ванной при автоматической сварке под флюсом стали 10ХСНД сметаллохимической присадкой // Тяжелое машиностроение. М.: 2015. № 1.

C. 36–40.7. Особенности распределения и роль неметаллических включений в металле шва привведении в сварочную ванну нано оксидов / Д.А. Гущин [и др.] // Сварка и Диагностика. М.:2015. № 6. C. 25–28.8. Boldyrev A.M., Guschin D.A., Grebenchuk V.G. Interaction of titanium dioxide with theweld pool in automatic submerged-arc welding of 10KHSND steel with a metallochemical addition// Welding International. 2015. Т. 29. № 9. С.

718–722.159. БолдыревА.М., Орлов А.С., Гущин Д.А. Новая технология получениягранулированного присадочного материала с наномодифицирующими добавками длядуговой сварки сталей // Нанотехнологии в строительстве. 2016. Том 8, № 6. С. 124–143.URL: http://nanobuild.ru/ru_RU/journal/Nanobuild_6_2016_RUS.pdf (дата обращения:09.01.2017).10. Гущин Д.А., Гребенчук И.В., Гребенчук В.Г. Анализ и поиск перспективныхнаправлений комплексного модифицирования металла сварных швов при автоматическойсварке под слоем флюса мостовых металлоконструкций // Современные решенияобеспечения безопасности мостов. Научные труды ОАО ЦНИИС.

Вып. 261. М.: ОАОЦНИИС, 2011. С. 18–25.11. Оценка прочности сцепления химической добавки с проволочной крошкой вметаллохимической сварочной присадке / Д.А. Гущин [и др.] // Вестник центральногорегионального отделения Российской Академии Архитектуры и Строительных наук. Тамбов- Воронеж: Выпуск 11 (к 20-летию РААСН). Материалы Академических научных чтений«Проблемы архитектуры, градостроительства и строительства в социально-экономическомразвитии регионов», Тамбов. 2012. С.