Автореферат (Разработка технологических приемов модифицирования металла шва наноразмерными частицами с применением порошковых проволок при сварке под флюсом)

На правах рукописиУДК 621.791Линник Антон АлександровичРАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЕМОВМОДИФИЦИРОВАНИЯ МЕТАЛЛА ШВА НАНОРАЗМЕРНЫМИ ЧАСТИЦАМИС ПРИМЕНЕНИЕМ ПОРОШКОВЫХ ПРОВОЛОКПРИ СВАРКЕ ПОД ФЛЮСОМСпециальность 05.02.10 – Сварка, родственные процессы и технологииАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2017Работа выполнена на кафедре технологий сварки и диагностикиМГТУ имени. Н.Э.

БауманаНаучный руководитель:кандидат технических наукКОБЕРНИК Николай ВладимировичМГТУ имени. Н.Э. Баумана, доцентОфициальные оппоненты:доктор технических наукДОРОНИН Юрий ВикторовичООО «АЦГХ», начальник лаборатории сваркикандидат технических наук, доцентТЕРЕНТЬЕВ Егор ВалериевичНИУ «МЭИ», кафедра технологий металлов,доцентВедущая организация:Донской государственный техническийуниверситет (Ростов-на-Дону)Защита состоится «21» декабря 2017 г.

в 16:00 часов на заседаниидиссертационного совета Д 212.141.01 при Московском государственномтехническом университете им. Н.Э. Баумана по адресу: 105005, Москва, ул. 2-яБауманская, д. 5, стр. 1.Телефон для справок: +7 (499) 267-09-63.Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатьюорганизации, просим направлять на имя ученого секретаря диссертационногосовета по указанному адресу.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ имени. Н.Э. Баумана ина сайте http://www.bmstu.ru.Автореферат разослан «____» _____________ 2017 г.УЧЁНЫЙ СЕКРЕТАРЬдиссертационного советад.т.н., доцентКоновалов А.В.1.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. В настоящее время большой объем сварных конструкций, изготавливают из низколегированных, низкоуглеродистых сталей. Ктаким конструкциям также относятся конструкции, входящие в перечень опасных производственных объектов, к ним предъявляются жесткие требования к качеству сварных соединений, одним из которых является ударная вязкость металла шва и околошовной зоны при отрицательных температурах, а также увеличение стабильности этих характеристик для сварного соединения.Традиционными способами решения этой проблемы является применениелегирования металла шва через сварочные материалы, а также различные технологические меры, направленные на уменьшение перегрева околошовной зоны.Одним из современных перспективных способов управления механическимисвойствами металла шва является модифицирование металла шва тугоплавкимичастицами наноразмерного диапазона, выступающими в расплаве в роли центровкристаллизации.

При этом стоит отметить, что количество вводимых элементовсоставляет сотые доли процентов от массы расплава.Перспективность этого способа подтверждается большим количествомнаучных трудов в области литья, сварки и наплавки. Авторы этих работ отмечают измельчение структуры наплавленного металла функциональных покрытий, увеличение пластических свойств металла шва, на фоне измельчения егоструктуры. Однако работы в данном направлении носят поисковый характер и всвоем большинстве не раскрывают механизм воздействия наноразмерных частицна структуру и эксплуатационные свойства металла шва и наплавленного металла.

В некоторых работах отмечается чувствительность наноразмерных частицк температурному воздействию. При этом, в основном их вводят в составе электродных материалов, что приводит к существенному перегреву частиц. Для ограничения перегрева наноразмерных частиц при их введении в сварочную ванну,наиболее целесообразно вводить их в составе присадочного материала. Однимиз перспективных материалов в данном случае является порошковая проволока,в состав шихты которой входят наноразмерные частицы. При этом появляетсявозможность подавать наноразмерные частицы в низкотемпературную областьсварочной ванны.Исходя из вышеизложенного, создание сварочного материала в виде присадочной порошковой проволоки, содержащей в своем составе тугоплавкиенаноразмерные частицы, является актуальной задачей.Актуальность выбранной темы диссертационного исследования подтверждается его выполнением в рамках реализации федеральной целевой программы«Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научнотехнического комплекса России на 2014 – 2020 годы» по теме «Разработка принципов модифицирования металла шва сварных соединений низкоуглеродистыхнизколегированных сталей за счет применения наноразмерных частиц» (Соглашение № 14.548.21.0216 от 28.09.2016 г., уникальный идентификатор ПНИЭРRFMEFI57816X0216).1Цель работы – повышение ударной вязкости металла шва сварных соединений из низкоуглеродистых низколегированных сталей за счет применения порошковых проволок, содержащих наноразмерные тугоплавкие частицы.Задачи исследования:1.

На основе литературного анализа определить составы тугоплавких соединений, опробованных в качестве модификаторов для дуговых и лучевых процессов сварки и наплавки.2. На основе термодинамического расчета взаимодействия тугоплавких соединений в условиях сварочной ванны данных определить перспективный способ введения наноразмерных модификаторов в сварочную ванну.3. Разработать состав присадочной проволоки, содержащей наноразмерные тугоплавкие модификаторы и обеспечивающей их транспортировку в хвостовую часть сварочной ванны.4. Исследовать влияние наноразмерных частиц, вводимых в хвостовуючасть сварочной ванны на структуру металла шва при реализации различныхсхем процесса дуговой сварки под флюсом.5. Провести экспериментальные исследования, влияния наноразмерных частиц, введенных в сварочную ванну посредством порошковой проволоки, наударную вязкость металла шва.6.

Разработать технологические рекомендации по использованию наноразмерных частиц в качестве модификаторов при дуговой сварке под флюсом.Методы исследования: результаты работы получены путем теоретических и экспериментальных исследований. Эксперименты по сварке под флюсомс дополнительной горячей присадкой проводили на модернизированном подвесном автомате для сварки под флюсом. Металлографический анализ структурысварных швов проводили с использованием оптического микроскопа БиомедММР-2, Zeiss Axiovert 200. Испытания металла шва на ударную вязкость поШарпи (с V-образным надрезом) при температуре -20⁰С проводили в соответствии с ГОСТ 6996, с использованием маятникового копра ИО 5003-0,3-1. Фрактограммы изломов и химический состав металла шва исследовали с помощьюэлектронных микроскопов VEGA TESCAN II и Gelios.

Термодинамический расчет возможных реакций тугоплавких соединений с элементами сварочной ванныпроводили с использованием программного комплекса моделирования фазовыхи химических равновесий «Terra». Обработку полученных данных проводили сиспользованием стандартных программ пакета Office и Mathcad.Ценность выполненных исследований: показана перспективность применения наноразмерных частиц карбида вольфрама, нитрида титана и оксида алюминия для модифицирования металла шва при автоматической сварке под флюсом с применением порошковых проволок с целью повышения ударной вязкости. Даны практические рекомендации по применению порошковых проволоксодержащих наноразмерные частицы.Научная новизна работы:1.

Установлено, что при введении наноразмерных частиц нитрида титана иоксида алюминия в хвостовую часть сварочной ванны в металле шва образуются2микропоры, в связи с диссоциацией вводимых частиц под действием температуры сварочной ванны;2. Установлено, что наноразмерные частицы карбида вольфрама сохраняют свою стабильность при введении их в хвостовую часть сварочной ванны иприводят к незначительному увеличению среднего значения ударной вязкостиметалла шва (около 10%), но при этом происходит существенное снижение разброса ее значений на 40% и 86% при введении частиц 0,03масс.% и 0,07масс.%соответственно.

Влияние наноразмерных частиц карбида вольфрама на ударнуювязкость металла шва связано с уменьшением среднего значения ширины первичных кристаллов металла в 2 раза и снижением разброса этих значений;3. Применение наноразмерных частиц нитрида титана при их введении через хвостовую часть сварочной ванны приводит к росту среднего значения ударной вязкости металла шва на 43% и 65% при введении 0,03масс.% и 0,07масс.%соответственно, за счет модифицирующего действия сохранившихся наноразмерных частиц, а также за счет микролегирования металла шва титаном.

Приэтом наблюдается увеличение разброса значений ударной вязкости, что связаннос наличием микропор, размером не более 12 мкм, в металле шва.4. Применение наноразмерных частиц оксида алюминия при их введениичерез хвостовую часть сварочной ванны приводит к росту среднего значенияударной вязкости металла шва на 42% при введении 0,07масс.%, за счет модифицирующего действия сохранившихся наноразмерных частиц, а также за счетмикролегирования металла шва продуктами частичной диссоциации оксида алюминия. При этом наблюдается увеличение разброса значений ударной вязкости,что связанно с наличием микропор, размером не более 17 мкм, в металле шва.На защиту выносятся:1. Результаты моделирования, подтверждающие возможность химического взаимодействия тугоплавких соединений карбида вольфрама, нитрида титана и оксида алюминия с элементами сварочной ванны;2.