Автореферат (Разработка технологических приемов модифицирования металла шва наноразмерными частицами с применением порошковых проволок при сварке под флюсом), страница 4

В частности, подобран механизм подачи присадочной проволоки и сконструировано направляющее устройство, подобран источник питания трансформаторного типа с фазовым регулированием ипониженным напряжением холостого хода, разработан алгоритм и сконструирована система управления механизмом подачи присадочной проволоки.Четвертая глава содержит результаты экспериментальных исследованийобразцов, полученных при сварке под флюсом с ДГП и двухдуговой сварке под11флюсом с использованием разработанных ПП, содержащих наноразмерные тугоплавкие частицы.Анализ структуры сварных соединений показал, что применение ДГП приводит к измельчению зерна околошовной зоны на 36-42% независимо от типаприменяемой проволоки.

Структура МШ представляет собой смесь феррита иперлита, а также видны следы бейнита. Применение в качестве ДГП проволок, всоставе которых отсутствуют наноразмерные частицы, приводит к снижениюширины первичных кристаллов МШ в полтора раза.Влияние наноразмерных модификаторов на фазовый состав структурыМШ не выявлено, но при этом наблюдается уменьшение ширины первичныхкристаллов МШ на 40-50%, а также снижается разброс этих значений на 50-85%.Применение проволоки сплошного сечения марки Св08Г2С в качествеДГП приводит к ожидаемому росту количества кремния и марганца в МШ(Рис.5.), что негативно сказывается на ударной вязкости, не смотря на измельчение структуры МШ (Рис.

3., Рис. 4.). При доле ДГП 41% от массы шва суммарноеколичество кремния и марганца увеличивается на 36%, что приводит к уменьшению ударной вязкости в среднем на 40% (Рис. 3.).Применение в качестве ДГП порошковой проволоки, содержащей никель,не приводит к росту содержания кремния, а наоборот, наблюдается его уменьшение, по сравнению со сваркой без ДГП (Рис. 5.).

Такое явление может бытьсвязанно с попаданием в сварочную ванну дополнительного кислорода из ПП,что приводит к интенсивному протеканию реакций раскисления, в которых, впервую очередь, участвует кремний. Наличие кислорода в ПП обусловлено применением порошкообразной шихты в сердечнике проволоки. Кроме того, с ПП вванну попадает незначительное количество (менее 0,246 масс.%) никеля. Все этифакторы в сочетании измельчением структуры МШ не дают снизиться ударнойвязкости МШ, а наблюдаются тенденции к ее увеличению (ударная вязкость увеличивается в среднем на 12 - 16%).Рис.

3. Среднее значение ударной вязкости МШ12Рис. 4. Разброс значений ударной вязкости МШРис. 5. Содержание Si () и Mn () в МШПрименение в качестве ДГП порошковой проволоки, содержащей КГ снаноразмерными частицами, приводит к увеличению суммарного количествакремния и марганца, а также к уменьшению соотношения марганца к кремнию(по сравнению с базовым). Наибольшее влияние на содержание кремния и марганца оказывают частицы TiN, которые диссоциируют в расплаве сварочнойванны под воздействием высокой температуры, а освободившийся титан связывает кислород, что согласуется с результатами моделирования.

Подтверждениемэтой гипотезы может служить не только рост количества кремния, с увеличениемколичества вводимых частиц, но и появление пор в МШ со средним диаметром8 мкм. Причиной образования пор является образование азота при диссоциациинитрида титана (Рис.6,б). Все эти факторы приводят к незначительному ростуударной вязкости при малом количестве частиц и к резкому снижению при увеличении их количества. Так, при доле участия ДГП в МШ 16%, наблюдается ростсредних значений ударной вязкости на 42% (по сравнению с базовым) и на 28%(по сравнению с МШ, дополнительно модифицированным никелем), а такженаблюдается незначительное увеличение разброса ударной вязкости на 30% (посравнению с базовым). Дальнейшее увеличение доли участия ДГП в МШ до 41%приводит к уменьшению среднего значения ударной вязкости на 5% и снижению13разброса на 66% (по сравнению с МШ, дополнительно модифицированным никелем).Применение ПП, содержащей частицы WC, в сварочную ванну приводит кросту средних значений ударной вязкости МШ на 5% (по сравнению с базовымвариантом) и уменьшению разброса значений ударной вязкости на 36% (придоле участия ДГП в МШ 16%) и на 85% (при доле участия ДГП в МШ 41%).Таким образом, применение частиц WC за счет измельчения структуры металлашва, а также стабилизации значений ширины первичных кристаллов приводит кповышению стабильности значений ударной вязкости МШ.При введении ПП, содержащей частицы Al2O3, наблюдается некоторое (неболее 3% от базового) уменьшение значений ударной вязкости МШ, при долеучастия ДГП в МШ 16%, а при увеличении доли участия до 41% наблюдаетсязначительный рост средних значений ударной вязкости на 42%.

Однако, следуетотметить, что увеличение количества вводимых частиц привело к росту разбросазначений ударной вязкости, что связано с появлением пор средним диаметром17 мкм в МШ (Рис.6,а). Такие результаты, полученные с применением наноразмерных частиц Al2O3, могут свидетельствовать о модифицирующем эффектенаноразмерных части, но формирование пор снижает эффективность использования таких частиц.а)б)Рис. 6.

Фрактограммы изломов МШ с введением КГ Ni+Al2O3 (а) и Ni+TiN (б)Применение ПП в качестве электродной проволоки при реализации двухдуговой сварки под флюсом приводит к росту количества кремния и марганца вМШ в связи с переходом этих элементов из шихты ПП. При этом наличие наноразмерных частиц в составе шихты ПП не приводит к изменению количествакремния и марганца в МШ. Кроме того, при фрактографическом анализе изломовбыли обнаружены сферические (глобулярные) включения, в состав которых входят элементы, характерные для наноразмерных частиц, которые скапливаются вплоскости разрушения (Рис.7.).

Все эти факторы приводят к существенному снижению ударной вязкости и значительному увеличению разброса ее значений(Рис. 3., Рис. 4.).14OSiTiСодержание, масс.%След от включения Включение12,5327,746,6710,990,330,81Ni0,250,00Рис.7. Включение и след от включения на фрактограмме и результаты химического анализа образца с содержанием TiN.Основные выводы по результатам работы1. Показана перспективность применения порошковых проволок длятранспортировки наноразмерных частиц и введения их в хвостовую часть сварочной ванны при автоматической сварке под флюсом.2. Установлено предельное количество порошковой проволоки, подаваемой в хвостовую часть сварочной ванны, связанные с обеспечением качественного формирования сварного шва.

Доля участия присадочной проволоки внаплавленном металле не должна превышать 50%.3. Показано, что применение наноразмерных частиц карбида вольфрама,нитрида титана и оксида алюминия в составе электродной порошковой проволоки при сварке под флюсом является нецелесообразным, т.к.

существенный перегрев наноразмерных частиц приводит к их полной диссоциации или окислению, в связи с чем происходит снижение ударной вязкости металла шва.4. На основании теоретических и экспериментальных исследований установлено, что наноразмерные частицы нитрида титана и оксида алюминия, привведении их через порошковую проволоку в хвостовую часть сварочной ванны,склонны к частичной или полной диссоциации с образованием газовой фазы, чтоявляется причиной появления пор.

Размер пор зависит от количества и видананоразмерных частиц. Средний диаметр пор при введении в сварочную ванну0,03 масс.% и 0,07 масс.% частиц нитрида титана составляет от 0,008 мм до0,012мм соответственно. Средний диаметр пор при введении в сварочную ванну0,03 масс.% и 0,07 масс.% частиц оксида алюминия составляет от 0,008 мм до0,017мм соответственно.5. Порообразование приводит к увеличению разброса ударной вязкости на32 % и 25% при введении 0,03 масс.% наноразмерных частиц нитрида титана иоксида алюминия соответственно, в опробованном количестве.6.

При введении в хвостовую часть сварочной ванны наноразмерных частиц нитрида титана и оксида алюминия, несмотря на протекание процессов диссоциации, наблюдается эффект модифицирования, приводящий к снижению ширины первичных кристаллов в 2 раза. Эффект модифицирования обеспечиваетсячастичным сохранением наноразмерных частиц, а также воздействием химических элементов, выделившихся в процессе диссоциации (Ti и Al).7. Снижение ширины первичных кристаллов в металле шва при введениив хвостовую часть сварочной ванны наноразмерных частиц оксида алюминия15приводит к увеличению среднего значения ударной вязкости на 4% и на 69%,при введении частиц в количестве 0,03 масс.% и 0,07 масс.% соответственно, апри введении нитрида титана приводит к увеличению среднего значения ударнойвязкости на 50% и на 14%, при введении частиц в количестве 0,03 масс.% и 0,07масс.% соответственно;8.

На основании теоретических и экспериментальных исследований установлено, что наноразмерные частицы карбида вольфрама сохраняют свою стабильность при введении их в хвостовую часть сварочной ванны и проявляют модифицирующее воздействие, что приводит к росту средних значений ударнойвязкости металла шва и снижает разброс этих значений.9. Введение 0,03масс.% и 0,07масс.% карбида вольфрама в расплав хвостовой части сварочной ванны совместно с порошковой проволокой приводит к снижению ширины первичных кристаллов в 2 раза и снижению разброса этого значения на 30 - 50%.10. Введение наноразмерных частиц карбида вольфрама в хвостовую частьсварочной ванны приводит к незначительному (не более 10%) росту средних значений ударной вязкости металла шва, а также к снижению разброса этих значений на 40% и 86% при введении 0,03масс.% и 0,07масс.% соответственно;11.

Предложен состав присадочной порошковой проволоки, в которойнаноразмерные частицы карбида вольфрама введены в составе композиционныхгранул в шихту порошковой проволоки.Основные публикации по теме диссертации1. Модифицирование наплавленного металла наноразмерными частицами карбида вольфрама с целью повышения эксплуатационных свойств сварных соединений / А.А. Линник [и др.] //Инженерный вестник.