Диссертация (1025447)
Текст из файла
2ОГЛАВЛЕНИЕСтр.СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ………………………………... 5ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………… 6ГЛАВА 1. МОДИФИЦИРОВАНИЕЛИТОГОМЕТАЛЛАВМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ И СВАРОЧНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ………... 111.1.Постановка проблемы (объект исследования и требования кнему)………………………………………………………………………... 111.2.Общие понятия о воздействии на кристаллизующийся расплав… 151.3.Классификация процессов модифицирования……………………. 171.4.Модифицирование наноразмерными тугоплавкими частицами….
221.5.Выбор схемы введения модифицирующих частиц……………….. 291.5.1.Композиционные гранулы в составе керамического флюса. 301.5.2.Применение металлохимической присадки при сварке подфлюсом…………………………………………………………………... 311.5.3.Композиционные гранулы в составе шихты порошковойпроволоки………………………………………………………………... 321.5.4.Лигатура………………………………………………………. 36ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХЧАСТИЦ В УСЛОВИЯХ СВАРОЧНОЙ ВАННЫ………………………. 392.1.Введение……………………………………………………………... 392.2.Физико-химические свойства наноразмерных модификаторов….
412.3.Проведение моделирования………………………………………… 432.3.1.Задание исходных данных…………………………………… 432.3.2.Выполнение расчетов и их результаты……………………… 443Стр.2.4.Выводы по Главе 2…………………………………………………... 59ГЛАВА 3. ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ……………………….. 603.1.Оборудование и материалы………………………………………… 603.2.Подбор параметров режима сварки………………………………… 653.3.Влияние лигатуры на формирование шва при двухдуговой сваркепод флюсом………………………………………………………………… 753.4.Отработкарежимов двухдуговой сварки подфлюсомсприменением лигатуры……………………………………………………. 773.5.Выполнение сварных соединений………………………………….. 813.6.Методика анализа структурных составляющих металла шва иоколошовной зоны………………………………………………………….
843.7.Методика анализа результатов испытаний на ударную вязкость… 863.8.Методика проведения химического анализа металла шва……….. 873.9.Выводы по Главе 3………………………………………………….. 87ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ………………………………………………... 884.1.Результаты анализа структуры металла шва и околошовной зоны 884.2.Результаты испытаний металла шва сварных соединений наударную вязкость…………………………………………………………... 974.2.1.Фрактографические исследования поверхности излома…… 1014.3.Результаты химического анализа…………………………………... 1054.4.Результатыисследованиявлияниянаноразмерныхчастиц,введенных в расплав сварочной ванны через лигатуру, на структуру исвойства металла шва……………………………………………………… 1114Стр.4.4.1.Влияние карбида вольфрама на структуру и свойстваметалла шва……………………………………………………………… 1114.4.2.Влияние нитрида титана на структуру и свойства металлашва………………………………………………………………………..
1134.5.Технологические рекомендации по применению лигатуры,содержащей наноразмерные частицы…………………………………….. 114Общие выводы и рекомендации…………………………………………... 115Список литературы………………………………………………………… 117ПРИЛОЖЕНИЕ…………………………………………………………….. 1295СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙНТД – нормативно-техническая документация.ПММ – порошковый присадочный материал.РЗМ – редкоземельные металлы.КГ – композиционные гранулы.МХП – металлохимическая присадка.РД – ручная дуговая сварка покрытыми электродами;АФ – автоматическая сварка под флюсом;ААДН – автоматическая аргонодуговая наплавка;МП - механизированная сварка плавящимся электродом в среде активныхгазов и смесях;МПИ – механизированная наплавка порошковой проволокой в средеинертных газов и смесяхЛ – лазерная сваркаПНП – плазменная наплавка порошкомМАДПН –механизированнаяаргонодуговаяэлектродомЭШ – электрошлаковая сваркан.у.
– низкоуглеродистая стальн.л. – низколегированная стальРЭМ – растровая электронная микроскопиянаплавкаплавящимся6ВВЕДЕНИЕАКТУАЛЬНОСТЬ.Растущие объемы строительства опасных и ответственных сварныхметаллоконструкцийдополнительныевусловияхтребованиянанизкихмеханическиетемпературнакладываютхарактеристикисварныхсоединений, в частности, ударную вязкость сварного шва и стабильность еезначений. Одним из способов сварки, широко применяемым на таких объектах,является автоматическая дуговая сварка под слоем флюса.
Однако применениеэтого способа может вызвать интенсивный рост зерна в шве и околошовной зоне(ОШЗ) вследствие большого тепловложения, что ведет к падению значенийударной вязкости.Однимизперспективных способоввоздействиянамеханическиехарактеристики металла шва является его модифицирование. Модифицированиеметалла шва позволяет улучшить механические свойства, и, в частности,ударную вязкость. При этом применение элементов-модификаторов может невызывать значительного удорожания сварочных материалов по сравнению страдиционными подходами (например, легированием никелем).Из четырех основных типов модификаторов наибольший интерес присварке представляют собой модификаторы, выступающие в качестве центровкристаллизации.
Для этого размер частиц для ввода их в готовом виде долженбыть достаточно мал (не более 500 нм). Традиционно для этого применялиподход, при котором в расплав сварочной ванны вводили химические элементы,которые реагировали в реакционной части сварочной ванны с образованиемтугоплавких соединений искомого размера и концентрации. Однако при такомподходе сложно контролировать формирование тугоплавких частиц требуемогоразмера и состава. Образование тугоплавких составляющих зависит оттемпературных и временных параметров их возникновения.
Особый интереспредставляет введение таких соединений в готовом виде. Однако это сталовозможным только за счёт развития нанотехнологий. Аналитический обзор7показал,чтовданномнаправлениисуществуетзаинтересованностьисследователей, однако работы в основном носят поисковый характер.Из вышеизложенного следует, что разработка технологии сварки сприменениемнаноразмерныхэлементов-модификаторовимеетисключительную актуальность.Актуальностьвыбраннойтемыдиссертационногоисследованияподтверждается его выполнением в рамках реализации федеральной целевойпрограммы «Исследования и разработки по приоритетным направлениямразвития научно-технического комплекса России на 2014 – 2020 годы» по теме«Разработка принципов модифицирования металла шва сварных соединенийнизкоуглеродистыхнизколегированныхсталейзасчетприменениянаноразмерных частиц» (Соглашение № 14.548.21.0216 от 28.09.2016 г.,уникальный идентификатор ПНИЭР RFMEFI57816X0216).ЦЕЛЬ РАБОТЫ – повышение ударной вязкости металла шва сварныхсоединенийизнизкоуглеродистыхнизколегированныхсталейзасчетмодифицирования металла шва наноразмерными частицами.СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ.
Диссертационная работа изложена на134 страницах машинописного текста, иллюстрируется 57 рисунками, содержит18 таблиц, состоит из введения, четырёх глав, основных выводов ирекомендаций, списка литературы (97 наименований).В первой главе проведен анализ особенностей модифицирования литогометалла, в том числе металла шва. Сформирован подход к современнымпредставлениям о модифицировании. Выбраны типы наноразмерных частиц длямодифицирования металла шва, выбрана схема введения наноразмерных частицв расплав сварочной ванны.
Сформулированы цели и задачи работы. Во второйглаве выполнено моделирование поведения вещества, из которого состоятнаноразмерные частицы в условиях расплава сварочной ванны. В третьей главевыбраны оборудование и материалы для проведения исследований, проведен8подбор параметров режима для выполнения экспериментов и проведена ихотработка. Описана методика анализа полученных результатов.
В четвертойглаве приведены результаты анализа структур металла шва, результатыиспытаний на ударную вязкость металла шва, результаты химического анализа,обобщены полученные результаты. А также приведены технологическиерекомендации по применению лигатуры, содержащей наноразмерные частицы,при автоматической сварке под флюсом с целью повышения ударной вязкостиметалла шва.МЕТОДЫИССЛЕДОВАНИЙ: результаты работы получены путемтеоретических и экспериментальных исследований.
Эксперименты по сваркепроводили с применением оборудования для автоматической двухдуговойсварки под слоем флюса. Металлографический анализ структуры сварного швапроводили с использованием оптических микроскопов Биомед-2 и Axiovert 200.Механические свойства металла шва определяли путём испытаний образцовтипа X на ударный изгиб (ГОСТ 6696) на копре маятниковом ИО 5003-0.3 притемпературе испытаний – 20 °С. Исследования фрактограмм изломов получалинаэлектронныхмикроскопахHelios,ESCANVEGAIIссистемойрентгеноспектрального микроанализа Oxford INCA Energy 350. Обработкуполученных данных проводили с использованием стандартных программMicrosoft Excel, MathCAD и AutoCAD.ДОСТОВЕРНОСТЬиспользованиемРЕЗУЛЬТАТОВапробированныхИметодик,ВЫВОДОВподтверждаетсясовременногоповеренногооборудования, совпадением расчетных и экспериментальных данных, а такжерезультатом опытных сварок.ЦЕННОСТЬВЫПОЛНЕНЫХИССЛЕДОВАНИЙ:показанаперспективность применения наноразмерных частиц карбида вольфрама длямодифицирования металла шва при автоматической сварке под флюсом с цельюповышения значений ударной вязкости.
Даны практические рекомендации повведению наноразмерных частиц в расплав сварочной ванны.9НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы заключается в следующем:1.Показано, что введение наноразмерных частиц в сварочную ваннучерез лигатуру, предварительно расположенную в разделке, обеспечиваетмодифицирование металла шва и рост значений ударной вязкости.2.Установлено, что частицы нитрида титана при их введении вголовную часть сварочной ванны диссоциируют с образованием титана и азота.При этом титан участвует в процессах раскисления и легирования металла шва,а азот формирует газовые полости (поры, каналы), что приводит к увеличениюразброса значений ударной вязкости.3.Установлено, что частицы карбида вольфрама при их введении вголовную часть сварочной ванны сохраняются в металле шва и выполняютфункцию модифицирования, что приводит к снижению как размера зерна неменее, чем в 2 раза, так и к снижению разброса этого показателя и, как следствие,к увеличению среднего значения ударной вязкости не менее чем на 35 % иснижению разбросу ее значений не менее чем на 40 %.ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ работы заключается в следующем:предложен вариант введения наноразмерных частиц карбида вольфрама врасплав сварочной ванны при автоматической сварке под флюсом.
Показананецелесообразность увеличения площади засыпки больше чем 7 мм2. Результатыработы были использованы при разработке электродной и присадочнойпорошковой проволоки, содержащей наноразмерные частицы в шихте.Результаты работы приняты к внедрению при производстве присадочной иэлектродной проволоки, в шихту которых введены наноразмерные частицы вООО «НИИМонтаж» (г.
Краснодар).ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 5 научных работ, в томчисле 3 в изданиях ВАК РФ.АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы доложены на VIМеждународной конференции молодых ученых «Будущее машиностроенияРоссии» (г. Москва, 2013 г.), VII Международной конференции молодых ученых10«Будущее машиностроения России» (г. Москва, 2014 г.), VII Всероссийскойконференции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроенияРоссии» (г.
Москва, 2015 г.), IX Всероссийской конференции молодых ученых испециалистов «Будущее машиностроения России» (г. Москва, 2016 г.),Международной научно-практической конференции «Технические науки:научные приоритеты ученых» (г. Пермь, 2016), III Международной научнопрактической конференции «Новые технологии и проблемы технических наук»(г. Красноярск, 2016 г.) и на научном семинаре кафедры «Технологии сварки идиагностики» МГТУ им. Н.Э. Баумана (г. Москва, 2016).11ГЛАВА 1. МОДИФИЦИРОВАНИЕ ЛИТОГО МЕТАЛЛА ВМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ И СВАРОЧНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ1.1.Постановка проблемы (объект исследования и требования к нему)Растущие объемы строительства опасных и ответственных сварныхметаллоконструкций, таких как трубопроводы, мосты и резервуары в условияхнизких температур накладывают дополнительные требования на механическиехарактеристики сварных соединений, в частности, ударную вязкость истабильность ее значений.Требуемые значения ударной вязкости регламентируются нормативнотехнической документацией (НТД) и зависят от типа объекта и условий егоэксплуатации (Таблица 1.1).
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
