Автореферат (Разработка технологических приемов модифицирования металла шва наноразмерными частицами с применением порошковых проволок при сварке под флюсом), страница 2

Результаты экспериментальных исследований, направленных на определение технологических возможностей дуговой сварки под флюсом с дополнительной горячей присадкой;3. Результаты исследований влияния наноразмерных частиц WC, TiN иAl2O3 на структуру металла шва, при их введении через электродную и присадочную проволоку;4. Результаты исследования влияния наноразмерных частиц WC, TiN иAl2O3 на ударную вязкость металла шва, при их введении через электродную иприсадочную проволоку.Практическая значимость: предложен вариант введения наноразмерныхчастиц карбида вольфрама, нитрида титана и оксида алюминия в хвостовуючасть сварочной ванны при автоматической сварке под флюсом.

Показана нецелесообразность использования предложенных порошковых проволок в качествеэлектродных при сварке под флюсом. Установлено, что количество порошковойпроволоки, подаваемой в хвостовую часть сварочной ванны не должно превы3шать 50% от наплавленного металла в связи с нарушением формирования сварного шва.

Результаты работы были использованы при разработке электродной иприсадочной порошковой проволоки, содержащей наноразмерные частицы вшихте.Достоверность результатов и выводов подтверждается использованиемапробированных методик, современного поверенного оборудования, совпадением расчётных и экспериментальных данных.Апробация работы: основные положения работы докладывались на научном семинаре кафедры технологий сварки и диагностики МГТУ им.

Н.Э. Баумана (г. Москва, 2016 г.), Всероссийской конференции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» (г. Москва, 2015 и 2016 г.). Международной научно-практической конференции «Технические науки: научныеприоритеты ученых» (г. Пермь, 2016), III Международной научно-практическойконференции «Новые технологии и проблемы технических наук» (г. Красноярск,2016 г.)Публикации: по теме диссертации опубликованы 6 научных работ, 3 изних в изданиях, рекомендованных ВАК РФ (общий объем 1,39 п.л.).Структура и объем диссертации: диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, общих выводов по работе и заключения, списка литературы из 84наименований. Диссертация представлена на 156 страницах и содержит 71 рисунка и 20 таблиц.2.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обосновывается актуальность выбранного направления исследований и сформулирована цель работы.В первой главе определены требования к сварным соединениям опасныхпроизводственных объектов из низколегированных низкоуглеродистых сталей ипоказана перспективность увеличения ударной вязкости металла шва.

Проведенанализ возможностей современных сварочных материалов и способов повышения ударной вязкости металла шва и околошовной зоны. Так современные сварочные материалы позволяют добиться требуемых значений ударной вязкостиметалла шва (МШ), однако при дополнительном легировании молибденом, никелем и др., что повышает стоимость сварочных материалов.

Отмечен существенный разброс значений ударной вязкости МШ в пределах одного стыка, чтосвязано с непостоянством химического состава сварочных материалов, а такжезначительными объемами сварочной ванны, характерных для сварки под флюсом. Определено, что модифицирование литого металла имеет наибольший потенциал по увеличению свойств сварных соединений. Рассмотрены основныепринципы модифицирования расплавов, в частности МШ.Модифицированием МШ занимаются такие ученые Г.Н.

Соколов, С.В. Макаров, Д.А. Гущин, В.Д. Кузнецов, А.Н. Черепанов, Б.Ф. Якушин и др. Модифицирование МШ может протекать по двум принципам воздействия модификатора4на расплав: ингибиторы и инокулянты. В первом случае модификаторы сдерживают рост кристаллов, адсорбируясь на границах растущих кристаллов. Во втором случае модификаторы выступают в роли готовых зародышей кристаллизации, тем самым интенсифицируя образование большего количества зерен и измельчая структуру литого металла. Наиболее предпочтительным из них являетсявторой вариант, так как адсорбция модификатора на границах кристаллов снижает ударную вязкость металла шва. Модификаторы могут быть синтезированыиз отдельных элементов непосредственно в расплаве или введены извне в готовом виде.Согласно анализу, литературных данных для низкоуглеродистых низколегированных сталей, размеры частиц, выступающих в роли центров кристаллизации, должны лежать в пределах от 10 до 500 нанометров.

В связи с чем, применение частиц, вводимых извне, стало возможным лишь в последние нескольколет, с появлением апробированных технологий получения наноразмерных тугоплавких частиц, размеры которых находятся в диапазоне от 10 до 100 нанометров. Наиболее часто используемыми частицами, удовлетворяющими вышеперечисленным требованиям, являются оксиды, нитриды и карбиды. В частности,карбид вольфрама (WC), нитрид титана (TiN), оксид алюминия (Al2O3) и др.Одной из важнейших задач модифицирования МШ наноразмерными частицами является разработка способа их введения в расплав сварочной ванны. Вработах Г.Н. Соколова, С.В.

Макарова, В.Д. Кузнецова, А.Н. Черепанова и др.предложено вводить модификатор через сварочные материалы в составе композиционных гранул (КГ). КГ представляют собой смесь микроразмерных частицносителей из мягкого металла и наноразмерных частиц, совместно обработанныхв высокоэнергетической мельнице.КГ вводят в состав покрытых электродов, нанося их поверх обмазки в видесуспензии на основе жидкого стекла или вводя непосредственно в обмазку электродов.

Кроме того, КГ вводят в состав керамических флюсов для автоматической сварки под флюсом, в состав шихты порошковых проволок для частичномеханизированной наплавки в защитных газах, аргонодуговой наплавки и электрошлаковой сварки, изготавливают прессовки (лигатуры), предварительноукладываемые в разделку перед сваркой. Существуют примеры применениянаноразмерных частиц в свободном виде, такие как: нанесение суспензии, содержащей наноразмерные частицы, на кромки пластин при лазерной сварке и подачачастиц через защитный газ при дуговой наплавке плавящимся электродом в защитных газах.Большинство исследователей вводят наноразмерные частицы в сварочнуюванну через электродные сварочные материалы. При этом частицы проходят че5рез максимально нагретую зону (капля электродного металла, дуговой промежуток, «головная» часть сварочной ванны) и только после этого попадают в хвостовую часть сварочной ванны, где могут участвовать в кристаллизации МШ.

Однако вопросам термодинамической стойкости наноразмерных частиц различногосостава уделено мало внимания, лишь в последних работах Г.Н. Соколова и И.В.Зорина указывается возможность химического взаимодействия наноразмерныхчастиц в реакционной зоне сварочной ванны с другими элементами, присутствующими в ней.Тем не менее, авторы, работающие в этом направлении, отмечают модифицирующее воздействие введённых тугоплавких наноразмерных частиц.

Такжезамечено, что некоторые модификаторы влияют на морфологию и фазовый состав металла. В работах, посвященных сварке низколегированных низкоуглеродистых сталей с применением наноразмерных частиц, отмечается увеличениеударной вязкости МШ.Среди сварочных материалов наибольший интерес представляют порошковые проволоки (ПП), содержащие композиционные гранулы с наноразмерными тугоплавкими частицами. В главе показана актуальность, поставлены цельи задачи исследования.Во второй главе на основе термодинамического расчета рассмотрена возможность протекания химических реакций взаимодействия веществ тугоплавкихчастиц, при их нагреве до температур характерных для реакционной зоны сварочной ванны, а также возможность образования различных соединений с элементами сварочной ванны.В качестве тугоплавких модификаторов были рассмотрены такие соединения как карбид вольфрама (WC), нитрид титана (TiN) и оксид алюминия (Al2O3)с температурой плавления 3060 К, 3220 К, 2323 К соответственно.

Эти соединения получили наибольшее распространение среди исследователей в области модифицирования литого металла и металла сварного шва. Кристаллические решетки WC, TiN и Al2O3 имеют параметры, близкие к параметрам кристаллической решетки стали, хотя при этом тип решетки WC и Al2O3 отличается (гексагональная и ромбоэдрическая соответственно).Термодинамической расчет возможности взаимодействия веществ тугоплавких соединений с элементами сварочной ванны (Si, Mn, Fe, O, C) проводилсяпри помощи программного комплекса моделирования фазовых и химическихравновесий «Терра». Расчет фазово-химического состава при нагреве соединений в условиях нейтральной среды (100% Ar) показал, что температура началадиссоциации тугоплавких соединений составляет 2800 К, 2100 К и 2450 К соответственно для WC, TiN, и Al2O3.