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

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиГУЩИН ДМИТРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧУДК 621.791ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МОДИФИЦИРОВАНИЯ МЕТАЛЛАШВА ПРИ СВАРКЕ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ ПОД ФЛЮСОМ СМЕТАЛЛОХИМИЧЕСКОЙ ПРИСАДКОЙСпециальность 05.02.10 – Сварка, родственные процессы и технологииДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:доктор технических наук, профессорА.М. БОЛДЫРЕВВоронеж – 20172ОГЛАВЛЕНИЕСтр.ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 6Глава 1.

ХРУПКИЕ РАЗРУШЕНИЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ВМЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЯХ И ПУТИ ИХ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ...................... 121.1. Случаи разрушения металлоконструкций ............................................... 121.2. Основные положения механики разрушения .......................................... 141.2.1. Взаимодействие атомов в кристаллическом теле ......................... 141.2.2. Теоретическая и практическая прочность кристаллическоготела. Разрушение сколом.......................................................................... 161.2.3. Виды разрушения материалов. Хрупкое разрушение (скол)........ 201.2.4.

Переход от вязкого разрушения к хрупкому................................. 221.2.5. Вязкое разрушение.......................................................................... 241.2.5.1. Зарождение и развитие трещин при наличии в металлеинородных частиц или частиц второй фазы ........................................... 251.2.5.2. Остаточные термические напряжения в окрестностивключений и требования к неметаллическим включениям вметалле шва с позиции механики разрушения .......................................

301.3. Формирование структуры металла шва ................................................... 321.3.1. Особенности кристаллизации сварочной ванны при дуговойсварке......................................................................................................... 321.3.2. Способы получения мелкозернистой структуры швапри дуговой сварке ...................................................................................

351.4. Анализ стабильности механических свойств металла сварныхсоединений, изготавливаемых в мостостроительных организациях............. 38Глава 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИСЦЕПЛЕНИЯ МОДИФИКАТОРА С ГРАНУЛЯТОМ............................................ 432.1. Существующая технология изготовления и примененияметаллохимической присадки (МХП) при автоматической сварке подфлюсом.............................................................................................................. 43Стр.2.2. Разработка методики оценки прочности сцепления TiO2c гранулятом ..................................................................................................... 472.2.1.

Методика оценки прочности сцепления модификатора сгранулятом ................................................................................................ 482.2.2. Статистическая обработка полученных результатов.................... 502.3. Основные факторы, влияющие на прочность сцеплениямодификатора с гранулятом ............................................................................ 512.4. Стабилизация состава МХП методом встряхивания............................... 55Выводы по главе 2............................................................................................

57Глава 3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯМЕТАЛЛОХИМИЧЕСКОЙ ПРИСАДКИ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЙВЫСОКУЮ СТАБИЛЬНОСТЬ СОСТАВА ............................................................. 593.1. Выбор рационального смесительного оборудования.............................. 593.2. Анализ и сравнение существующей и предлагаемой технологииизготовления МХП...........................................................................................

623.3. Прочность сцепления частиц в МХП при обработке в планетарноймельнице ........................................................................................................... 663.4. Сравнение факторов, влияющих на стабильность составаметаллохимической присадки, полученной по разработанной исуществующей технологии.............................................................................. 673.4.1. Коэффициент усвоения модифицирующей добавкиповерхностью гранулята .......................................................................... 673.4.2.

Влияние операции встряхивания после смешиваниякомпонентов металлохимической присадки и определениемаксимального количества модифицирующей добавки, котороеможно закрепить на поверхности гранулята........................................... 683.4.3. Влияние энергии смешивания на гранулометрический составметаллохимической присадки.................................................................. 71Стр.3.4.4.

Прочность связей между частицами металлохимическойприсадки, полученной по разработанной технологии............................ 77Выводы по главе 3............................................................................................ 81Глава 4. СТАБИЛЬНОСТЬ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И СТРУКТУРАМЕТАЛЛА ШВА ПРИ СВАРКЕ С МХП, ИЗГОТОВЛЕННОЙ ПО НОВОЙТЕХНОЛОГИИ .......................................................................................................... 824.1.

Сборка и подготовка под одностороннюю сварку стыковыхсоединений с металлохимической присадкой ................................................ 824.2. Методика проведения механических испытаний .................................... 854.3. Результаты механических испытаний металла шваи их обсуждение ............................................................................................... 884.4.

Фрактографический анализ изломов образцов после испытаний наударный изгиб .................................................................................................. 944.5. Металлографические исследования металла шва ...................................

984.5.1. Результаты макроструктурного анализа ............................................... 994.5.2. Результаты микроструктурного анализа ............................................. 1004.5.3. Анализ неметаллических включений в металле шва ......................... 1084.6. Исследование влияния технологии получения МХП на химическийсостав металла шва......................................................................................... 1104.6.1. Методика и оборудование для анализа химического составаметалла шва ....................................................................................................

1104.6.2. Обсуждение результатов химического анализа.................................. 1124.7. Оценка термодинамической вероятности протеканияокислительно-восстановительных реакций при сварке сталейпод флюсом с металлохимической присадкой ............................................. 1134.7.1. Анализ тепловой обстановки в сварочной ванне................................ 1144.7.2. Определение доли участия основного и присадочногометаллов в сварном соединении ............................................................ 117Стр.4.7.3. Определение объёма и времени существованиясварочной ванны .....................................................................................

1184.7.4. Оценка величины межфазной поверхности в системе «шлакрасплав» и «TiO2 – расплав» .................................................................. 1204.7.5. Термодинамические расчёты металлургических реакций всварочной ванне и определение наиболее вероятных реакций............ 1224.7.6. Исследование механизма взаимодействия TiO2 с металломсварочной ванны ..................................................................................... 127Выводы по главе 4.......................................................................................... 131ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ...................................................................

133СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ........................................................................................ 135Приложение.............................................................................................................. 148ВВЕДЕНИЕСварные металлоконструкции широко применяются в строительстве,транспорте, судостроении, мостостроении и других отраслях промышленности.При этом, как отметил академик Б. Е. Патон, основным материалом сварныхметаллоконструкций по-прежнему остается сталь. Вместе с тем, согласностатистике70-80%отказовметаллоконструкцийсвязанососварнымисоединениями, хотя массовая доля металла шва в них редко превышает 1%.Вследствие теплового воздействия сварочной дуги в шве и околошовной зонеформируется крупнозернистая структура, снижающая прочностные свойствасварных соединений. Поэтому вопросам улучшения структуры и повышениямеханических свойств сварных соединений, непосредственно в процессе сварки,минуяпоследующуютермообработку,уделяетсяпостоянноевниманиеисследователей.

При отказе крупных металлоконструкций в зоне сварки, какправило, наблюдалисьхрупкие разрушения, происходящие внезапно беззаметных деформаций,нередко счеловеческимижертвами и большимматериальным ущербом.Исследование случаев отказа сварных металлоконструкций показали, что взоне сварки, как правило, наблюдаются признаки хрупкого разрушения,характеризующиеся отсутствием заметных пластических деформаций.Переход металла из вязкого состояния в хрупкое при понижениитемпературы, согласно схеме А.Ф.