Диссертация (Повышение эффективности модифицирования металла шва при сварке низколегированной стали под флюсом с металлохимической присадкой), страница 10

Определение отклонения.7)Выполнение корректировки (при необходимости) – возвращение коперации 2 с дозагрузкой компонентов (операция №8) в зависимости от задачикорректировки.8)Для снижения концентрации диоксида титана в МХП – добавляемгранулят, для повышения концентрации диоксида титана – добавляем диоксидтитана.9)Получение итогового состава МХП (выполнение операций 3 – 9).65Для расчёта необходимого количества диоксида титана разработанаследующая методика определения начальной концентрации диоксида титана.Допустим, что необходимо получить МХП весом GМХП с заданнойконцентрацией TiO2 (nTiO2, %).

Для этого примем Gобщ – вес загружаемой в барабансмеси, тогдаGМХП = Gгран + nTiO2 Gобщ(3.1)расчгде Gгран – вес гранулята в составе МХП, nTiO Gобщ = GTiO– расчётный вес TiO2.22На самом деле с гранулятом сцепляется не весь диоксид титана, а только его0гр– вес загружаемого диоксида титана в смесь, GTiO– вес диоксидачасть. GTiO22усвоенного гранулами гранулята, следовательно, потери диоксида титана будутопределены по формуле:0грDGTiO2 = GTiO- GTiO22(3.2)Для удобства расчётов введём коэффициент усвоения модификатора пригрвсмешивании K y , представляющий собой отношение диоксида титана GTiO2составе МХП после смешивания к исходной (перед смешиванием) концентрации0GTiO[89].2Ky =грGTiO2(3.3.)0GTiO2Таким образом, с учётом K y формула для расчёта диоксида титана, которогонеобходимого для добавления в смесь до смешивания будет иметь вид:0TiO2G=расчGTiO2Ky=nTiO2 Gобщ(3.4)KyДля расчёта веса (концентрации) загружаемого диоксида титана в смесь вработе необходимо было определить коэффициент усвоения для существующей иразработаннойтехнологиипроизводстваМХП,атакжеоптимальнуюконцентрацию модифицирующей добавки TiO2, при которой были бы достигнутыповышение хладостойкости и стабильности прочностных свойств сварныхсоединений.663.3.

Прочность сцепления частиц в МХП при обработке в планетарноймельницеДляопределенияоптимальныхрежимовпроизводстваМХПпоразработанной технологии были исследованы и определены степень участияфакторов, оказывающих главенствующее влияние на величину прочности связеймежду частицами в составе МХП [85] по методике [75, 76], изложенной в главе 2.Воспроизводимостьрезультатовпривесахимической модифицирующейприсадки при получении МХП по разработанной технологии проверяли проведениемдвух серий экспериментов по изготовлению МХП одинакового состава, наодинаковых режимах смешивания и встряхивания: скорость вращения размольныхстаканов – 300 об/мин, время обработки – 10 минут, время встряхивания – 1 минута.С помощью критерия Кохрена [81] по результатам 10 измерений былаустановленахорошаявоспроизводимостьопытов[75,76].Результатыэкспериментов представлены в Таблице П.27 (приложение П.2).Опыты производили в последовательности аналогичной главе 2 приполучении МХП по существующей технологии.

То есть смесь № 1 из 1-й серииобрабатывали в планетарной мельнице, затем полученную МХП выгружали ивзвешивали до и после встряхивания, кроме того, взвешивали оставшуюся всмесителе добавку TiO2. После очистки смесительных стаканов, по такой жетехнологии производили эксперимент со смесью № 1 из серии 2. Далее покаждому опыту вычисляли дисперсию привеса по формуле (2.1). Вычислялитакже средние значения привеса в двух параллельных опытах с последующимрасчётом дисперсии (Таблице П.28, приложение П.2).

На основании полученныхданных вычисляли экспериментально полученный критерий Кохрена по формуле(2.2). При сравнении вычисленного критерия Кохрена с табличным [81],установлено, что КЭ = 0,543 < КТ = 0,841, следовательно, опыты воспроизводимы.Полученныерезультаты,свидетельствуютохорошейвоспроизводимостиизмерений привеса по разработанной технологии, опыты воспроизводимы свысокой степенью точности, так как s D2m = 0,015 по формуле (2.4) [75, 76].673.4.Сравнениефакторов,металлохимическойвлияющихприсадки,наполученнойстабильностьпосоставаразработаннойисуществующей технологии3.4.1. Коэффициент усвоения модифицирующей добавки поверхностьюгранулятаЭффективность усвоения модификатора при смешивании оцениваликоэффициентом усвоения Kэ, представляющим собой отношение концентрации(TiO2)мхп в составе МХП после смешивания к исходной (перед смешиванием)концентрации (TiO2)исх [89].Ky =(TiO2 ) МХП(TiO2 ) ИСХ(3.1)Исходную концентрацию (TiO2)исх определяли взвешиванием гранулятамассой 100 гр и модифицирующей добавки TiO2 массой 5 гр с точностью 0,0001гр до смешивания и рассчитывали по формуле (3.2):(TiO2 ) ИСХ =ИтоговуюконцентрациюP(TiO2 )Pгранулята(TiO2)мхп× 100%всоставе(3.2)МХПопределяливзвешиванием готовой МХП PМХП после смешивания и встряхивания, и расчётомпо формуле (3.3).(TiO2 ) МХП =PМХП - Pгранулята×100%Pгранулята(3.3)Установлено, что при обработке шихты в смесителе K y = 0,163 , а впланетарной мельнице K y = 0,451 .

Высокое значение K y свидетельствует о том,что прочность сцепления диоксида с гранулятом и, следовательно, стабильностьсостава МХП в 2,77 раза выше, чем при использующейся на данный моменттехнологии её изготовления [89].683.4.2. Влияние операции встряхивания после смешивания компонентовметаллохимическойприсадкииопределениемаксимальногоколичества модифицирующей добавки, которое можно закрепить наповерхности гранулятаУчитывая высокую поверхностную активность модификатора, следуетожидать, что на поверхности частиц гранулята образуется многослойная оболочка(Рис.

3.4), в которой силы сцепления убывают по мере удаления от поверхностигранулята. Следовательно, частицы внешних слоев под действием различныхвозмущений (при разгрузке смесителя, транспортировке МХП к месту сварки, призасыпке в зазор между стыкуемыми конструкциями и т.п.) могут отрываться отчастиц гранулята.Рис. 3.4. Модель образования многослойной оболочки модификатора наповерхности гранулята по существующей (а, б) и разработанной (в, г) технологиипроизводства МХППоэтомубылапроведенаоценкаисравнениевлияниявременивстряхивания на вибросите на величину привеса МХП, полученных посуществующей и разработанной технологии (Рис. 3.5) [85].69Рис. 3.5.

Динамика привеса в зависимости от времени встряхивания (сито сячейкой 0,5´0,5 мм, частота встряхивания 1,6 Гц).Из графика на Рис. 3.5 следует, что относительная величина привеса присмешивании в планетарной мельнице более чем в 2 раза превышает привес смеси,обработанной в смесителе. При этом замедляются потери модификатора привстряхивании (Рис. 3.5). Это свидетельствует о том, что связи не толькомодификатора с поверхностью гранулята, но и в периферийных слоях,образовавшиеся в результате механической обработки в планетарной мельницеболее прочные, чем в МХП, полученной в смесителе.Кроме того проведено сравнение двух технологий на максимальноеколичество модифицирующей добавки TiO2, которое можно получить в процессесмешивания [85]. Для этого провели 2 серии экспериментов для сравниваемыхтехнологий.

В каждой серии в диапазоне 2 – 10 % меняли концентрациювводимой в МХП модифицирующей добавки TiO2, определяли долю TiO2перешедшей в состав МХП после смешивания и встряхивания. При этомиспользовали максимальные значения вводимой энергии при смешивании длякаждой из установок (для планетарной мельницы – 400 об/мин, для смесителя –60 об/мин) (Рис. 3.6).Привес модифицирующей присадки TiO2, гр70654y = -0,0504x 2 + 0,9833x - 0,0013Привес TiO2 после смешивания впланетарной мельнице, грПривес TiO2 после смешивания впьяной бочке, грy = -0,018x 2 + 0,335x - 0,042632102345678910Концентрация TiO2 в составе исходных компонентов смеси, %Рис.

3.6. Изменение величины привеса в зависимости от концентрациимодифицирующей добавки TiO2 в составе исходных компонентовметаллохимической присадкиС увеличением исходной концентрации TiO2 в смеси привес возрастает ипри определенной величине концентрация TiO2 достигает максимума, вышекоторого гранулят больше не воспринимает (Рис. 3.6). Таким образом, существуетпредельная концентрация TiO2, выше которой введение TiO2 не имеет смысла.В результате обработки экспериментальных данных получены уравнения,характеризующие зависимость между исходной и усвоенной поверхностьюгранулята концентрацией TiO2 при механосинтезе в планетарной мельнице и вцилиндрическом смесителе. С помощью дифференцирования полученныхуравнений:dyпл. мельница -0,0504 × x 2 + 0,9833 × x - 0,0013==0dxdx(3.4)dyсмеситель -0,018 × x 2 + 0,335 × x - 0,0426==0dxdx(3.5)Были получены значения максимально возможной усвоенной долимодифицирующей добавки в составе МХП для каждой из технологий еёполучения (Таблице 7) [85].71Таблица 7.Сравнение 2-х технологий по величине максимально возможной доли TiO2 всоставе МХПУстановка дляполучения МХПЦилиндрическийсмесительПланетарнаямельницаУравнения, описывающие закон изменениявеличины привеса в зависимости отконцентрации модифицирующей присадкиTiO2 в составе исходных компонентовМаксимальнаяконцентрация, %Исходная концентрацияTiO2 в составе смеси, прикоторой достигнутмаксимальный привес, %yсмеситель = -0,018 × x 2 + 0,335 × x - 0,0426yМАХ = 1,52xМАХ = 9,31y пл.

мельница = -0,0504 × x 2 + 0,9833 × x - 0,0013y МАХ = 4,79x МАХ = 9,75Данные Таблицы 7 свидетельствуют о том, что при примерно одинаковойисходной концентрации TiO2 (9,31 и 9,75 %) высокоэнергетическое оборудованиепозволяет ввести в 3,14 раза больше модифицирующей добавки. А с помощьюварьирования времени встряхивания можно регулировать величину привеса и,следовательно, химического состава металла шва.3.4.3. Влияние энергии смешивания на гранулометрический составметаллохимической присадкиКак уже было отмечено в 1-ой главе, неметаллические включения в металлешва неизбежны и являются дефектами, создающими зоны с повышеннойконцентрацией напряжений. При этом величина коэффициента концентрациинапряжений тем меньше, чем меньше размер включения. Поэтому сведения уже оразмере частиц TiO2, являющихся основными составляющими неметаллическихвключений в шве, представляет определенный интерес.Анализ взаимодействия модифицирующей частицы споверхностьюгранулята в процессе смешивания показал, что в зависимости от величинымеханической энергии контактирующих частиц в зоне контакта возникаютразличные микроскопические и субмикроскопические явления, изучаемыетрибохимией (Рис.