Диссертация (Повышение эффективности модифицирования металла шва при сварке низколегированной стали под флюсом с металлохимической присадкой), страница 7

Эффективность модификатора зависит от времени пребывания егочастиц в высокотемпературной зоне сварки и, следовательно, от точки его ввода всварочную ванну.11. Сварка с засыпкой металлохимической присадки в зазор стыкапозволяет сократить время пребывания модификатора в высокотемпературнойзоне и повысить его активность.12. Наблюдаемая на практике, низкая стабильность механических свойствсварных соединений повышает риск отказа металлоконструкций в процессе еёэксплуатации.43Глава 2.

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИСЦЕПЛЕНИЯ МОДИФИКАТОРА С ГРАНУЛЯТОМ2.1.Существующаятехнологияизготовленияипримененияметаллохимической присадки (МХП) при автоматической сварке подфлюсомВ отечественном мостостроении значительная часть сварных соединенийвыполняетсяавтоматическойсваркойподфлюсомсприменениемметаллохимической присадки (МХП). В качестве сварочных материалов приавтоматической сварке под флюсом используют сварочные проволоки диаметром4 мм в комбинации с плавлеными или керамическими флюсами с применениемМХП согласно Таблице 1 [69].Таблица 1.Сварочные материалы для автоматической сварки стыковых соединенийМарка сталиКласспрочности115ХСНД15ХСНДА09Г2СД(09Г2С)12Г2СБД34510ХСНД10ХСНДА390Под флюсом с металлохимической присадкой (МХП)ГранулятХимическаяПроволокаФлюс(крупка)добавка2345Св-08ГАСв-10НМАСв-10ГНАПФК-56Ссмесь* АН-47(50%)+АН-348-А(50%)Св-08ГА(2х2)Св-10НМА(2х2)Св-08Г2С(1,6х1,6)Св-10НМААН-47Св-08ГАПФК-56ССв-08ГА(2х2)Св-10НМААН-47смесь* АН-47 (70%) +АН-348-А (30%)Св-10НМА(2х2)Св-10НМАДвуокись титана(ТiО2)Двуокись титана(ТiО2)МХП состоит из рубленой сварочной проволоки (гранулята) опудренноймодифицирующей химической добавкой TiO2 в специальном нестандартномсмесителе типа «пьяная бочка» со смещенной осью вращения.

При вращении в44смесителе («пьяная бочка») компоненты смешиваются, падая с одной стенкисосуда на другую, под действием силы тяжести. В этом случае гравитационноеускорение компонентов смеси равно 1g. Закрепление модифицирующих частиц наповерхности гранулята (микрохолодильников) при использовании этого методапроисходитвосновномзасчётвозникновениясилмежмолекулярноговзаимодействия (сил Ван-дер-Ваальса) [74].Согласно расчётам, приведенным в работе [75, 76], оптимальномуиспользованию резервного тепла дуги отвечает в определённых пределах массагранулы из проволочной крошки.

На основе рекомендаций И.И. Ивочкина [77]оптимальная масса гранулы из проволочной крошки должна быть в пределах 0,02– 0,04 гр. Исходя из этих значений, была вычислена длина гранул из проволокидиаметром от 0,8 до 2,0 мм. Максимальная длина гранул для сварочнойпроволоки равна её диаметру. А минимальный диаметр гранул определяется сучётом процента угара и способом изготовления гранулята. Установлено, что сучетом указанных требований размер гранул должен быть не меньше 0,2 – 0,5 мм.В настоящее время в мостостроении гранулят изготавливают из проволокиСв-10НМА, диаметром 2 мм, на специальном рубочном станке в виде частицдлиной 2 мм (с допуском плюс 0,3 мм, минус 0,5 мм) [62].Первоначально в качестве химической добавки применяли порошокфтористого натрия [78], который потом по гигиеническим соображениям, былзаменен на двуокись (диоксид) титана пигментный (ТiО2) (Тпл=1843 ºС) [68, 69, 79]по ТУ У 24.1-05766356-054-2005 или ТУ У 24.1-05762329-001-2003.

Его передсмешиванием с гранулятом прокаливают при температуре 150 ºС в течение 2-хчасов. Химическая добавка TiO2 выполняет модифицирующую, рафинирующую имикролегирующую роль.Согласно нормам [69] гранулят перед смешиванием с химической добавкой(двуокисью титана - TiO2) должен быть также прокален при температуре 150ºС втечение 2-х часов с тщательным перемешиванием. TiO2 вводится в МХП вколичестве 0,3% от массы гранулята. После смешивания крупки с химическойдобавкой, излишки последней удаляют встряхиванием МХП на сите с ячейкой45размером 1´1 мм. Интенсивность, время встряхивания, итоговая концентрациямодифицирующей добавки в МХП в нормах не указано и на практике неконтролируются.Готовую к употреблению МХП хранят в закрытых ёмкостях в резервнойпечи при температуре (80-90)°С. Время доставки готовой МХП от резервной печидо засыпки в сварочный зазор должно быть не более 10 – 15 минут.

Срок еёхранения не должен превышать одного месяца после изготовления [69].Таким образом, все сварочные материалы, применяемые при сваркемостовых металлоконструкций: сварочная проволока, флюс и электроды,подвергаются жёсткому нормированию и контролю химического состава на этапеих производства, а также проходят аттестацию по системе НАКС.

В тоже времясостав МХП после её производства практически не контролируется, что негарантирует постоянства её состава и, следовательно, стабильности свойствсварных соединений.В настоящее время МХП производят в непосредственной близости отстроительного участка, как правило, в пункте подготовки и хранения сварочныхматериалов (Рис. 2.1). Контроль качества на всех стадиях производства МХПосуществляет специально назначенный человек, но как показывает практика, впроизводственныхусловияхобеспечитьправильнуюдозировкумодифицирующей добавки TiO2 (0,3% согласно требованиям [69]) и равномерноееё нанесение с прочным закреплением на поверхности гранулята, применяясмеситель типа «пьяная бочка», – труднодостижимая задача.

К причинам этогоможно отнести:- нестандартизированноесмесительноеоборудование.Вкаждоймостостроительной организации применяется различное по объёму, форме искорости вращения смесительное оборудование, что не даёт гарантированногостабильного и унифицированного для всех предприятий состава МХП.- низкая энергия смешивания приводит к образованию слабых связей междучастицами в составе МХП, что также приводит к нестабильности её состава.46Рис. 2.1. Технологическая цепочка существующей технологии производства и применения МХП при автоматическойсварке под флюсом.47- отсутствие контроля рецептурного состава МХП.

При удалении излишковTiO2, не изучено как влияет интенсивность и время встряхивания, а такжеимеющие место быть неконтролируемые потери TiO2 при транспортировке иукладке в сварочный зазор, на итоговый состав МХП.ВрезультатесуществующаятехнологияполученияМХПвпроизводственных условиях монтажной площадки не может гарантироватьстабильность состава МХП, а, следовательно, и стабильность свойств сварныхсоединений, выполненных с её участием.2.2. Разработка методики оценки прочности сцепления TiO2 cгранулятомОднимизнепременныхусловийпостоянстваполучениявысококачественных сварных соединений с применением МХП являетсястабильность её состава на всех этапах – от смешивания до укладки в зазорсвариваемого стыка. Главным показателем этого постоянства является прочностьсцепления частиц химической добавки с поверхностью гранулята.

Она зависит отмногих факторов: рельефа поверхности и наличия загрязнений на ней,конструкции смесителя и режимов смешивания, соотношения компонентов призагрузке в смеситель и др. Насколько нам известно, до настоящего времени несуществовало способов непосредственной или косвенной оценки прочностисцепления частиц химической добавки с поверхностью гранулята. Это непозволяло объективно оценить постоянство состава МХП, и зависимость этогопостоянства от изготовления. В связи с этим была поставлена задача предложитьспособ количественной оценки прочности сцепления химической добавки TiO2 споверхностью гранулята и разработать методику её измерения [75, 76].В работах [75, 76] прочность сцепления добавки с гранулятом предложенокосвенно оценивать по привесу, представляющему разность масс чистогогранулята до смешивания и МХП, полученную после смешивания.482.2.1.МетодикаоценкипрочностисцеплениямодификаторасСв-10НМАнагранулятомГранулятизготавливалиизсварочнойпроволокиспециальном рубочном станке, размер частиц 2´2 мм.

В качестве химическойдобавки использовали двуокись титана TiO2 с индексом «Ч» по ГОСТ 9808 сразмером частиц не более 15 мкм. Перед смешиванием компоненты прокаливалипри температуре 150 ºС. Смешивание производили в цилиндрическом смесителетипа «пьяная бочка» ёмкостью 4 литра со смещенной осью и регулируемойскоростью вращения до 60 оборотов в минуту (Рис.

2.2).Рис. 2.2. Специальный смеситель типа «пьяная бочка» для изготовления МХП посуществующей технологииПосле смешивания слабосвязанные частицы TiO2 с гранулятом удаляливстряхиванием на вибросите с частотой около 100 встряхиваний в минуту.Взвешивание компонентов перед смешиванием и полученной МХП послесмешивания и встряхивания осуществляли на аналитических весах «Libra HT220» с точностью до 0,0001 г.Воспроизводимостьрезультатовпривесапроверялипосредствомпроведения двух серий экспериментов с МХП одинакового состава, на49одинаковых режимах смешивания и встряхивания: скорость вращения смесителя60 об/мин., время обработки 10 минут, время встряхивания 1 минута.Опыты производили в следующей последовательности: смесь № 1 из 1-йсерии обрабатывали в смесителе, затем полученную МХП выгружали ипроизводили взвешивание до и после встряхивания, кроме того, взвешивалиоставшуюся в смесителе добавку TiO2.

После очистки смесителя, по такой жетехнологии произвели эксперимент со смесью № 1 из серии 2. Результатыэкспериментов представлены в Таблице 2 [75, 76].Таблица 2.Результаты экспериментов по существующей технологии получения МХП12№ смеси№ серииДо обработки в цилиндрическомсмесителе1234512345Массагранулятаm1, гМассапорошка,m2, гМассасмеси,m3, г100,0008100,0218100,0014100,0039100,0208100,0003100,0025100,0057100,0212100,00195,00185,00125,00035,00225,00135,00225,00255,00015,00295,0024105,0026105,0230105,0017105,0061105,0221105,0025105,0050105,0058105,0241105,0043После обработки в цилиндическомсмесителеМассаМассасмесиПривес,смесипослепослеDmi=m5-m1,смешивиброситагвания,m5, гm4, г101,9721101,27801,2772101,9362101,19001,1682101,8550101,21831,2169101,7985101,40111,3972101,8627101,25581,2350102,0080101,20231,2020101,8402101,14631,1438101,7225101,26311,2574101,8613101,23141,2102101,8224101,02451,0226502.2.2.