Диссертация (1025447), страница 7
Текст из файла (страница 7)
2.11.Влияние кремния на поведение TiN в сварочной ванне (никель и марганец не показаны)а) Si=0,5 масс. % (вариант состава № 7, Приложение);б) Si=1,0 масс. % (вариант состава № 43, Приложение)Концентрация, моль/кгКонцентрация, моль/кгКонцентрация, моль/кга)56Т, КТ, КТ, Кб)в)Рис. 2.12.Влияние марганца на поведение TiN в сварочной ванне (никель и кремний не показаны)а) Mn=0,5 масс. % (вариант состава №7, Приложение);б) Mn=1,0 масс. % (вариант состава №19, Приложение);в) Mn=2,0 масс.
% (вариант состава №31, Приложение)Концентрация, моль/кг57УвеличеноТ, КРис. 2.13.Влияние кислорода на поведение TiN в сварочной ванне: O2=0,5 масс.%,(Si=0,5 масс. %, вариант состава №8, Приложение)Концентрация, моль/кг58УвеличеноТ, КРис. 2.14.Влияние кислорода на поведение TiN в сварочной ванне: O2=0,5 масс.%,(Si=1,0 масс. %, вариант состава №44, Приложение)592.4.Выводы по Главе 2В результате проведено моделирование поведения вещества, из которогосостоятнаноразмерныечастицы,всварочнойванненаоснованиитермодинамического расчета фазовых и химических равновесий, котороепоказало:1)Карбид вольфрама может оставаться стабильным в рассматриваемыхусловиях. Таким образом, при введении карбида вольфрама в «головную» частьсварочной ванны можно ожидать его сохранения в расплаве.
При этом всварочную ванну следует вводить раскислители для предотвращения окислениякарбида вольфрама.2)Нитрид титана устойчив лишь до температуры 1900 К. Припревышении этой температуры происходит диссоциации соединения собразованием титана и азота. Таким образом, процесс диссоциации нитридатитана возможен при его введении в «головную» часть сварочной ванны.
Однакообразовавшиеся элементы (титан и азот) могут по-разному влиять на свойстваметалла шва. Титан – это активный раскислитель, который эффективносвязывает кислород с образованием тугоплавкого оксида TiO2. Кроме того, придостаточной раскисленности расплава и при содержании в последнем кремниявозможно образование силицидов титана TiSi. Содержание азота меньшепередела растворимости (массовая доля средней растворимости азота при 1880 Ксоставляет 0,044±0,0021% согласно данным И.К.
Походни [93]) приводит клегированию стали азотом, а при содержании выше предела растворимостивозможно появление пор.3)Полученные данные нельзя считать окончательными, поскольку онитребуют экспериментального подтверждения в связи со скоротечностью всехпроцессов, протекающих при сварке, что будет реализовано в рамкахэкспериментальных исследований.60ГЛАВА 3. ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ3.1.Оборудование и материалыДля проведения модельного эксперимента была выбрана схема дуговойсваркиподнесколькимифлюсомнесколькимголовками,илипроволочнымидвухдуговаяэлектродами:сварка.Данныйсваркапроцессхарактеризуется большой производительность и хорошим качеством металлашва.Такаясхемаведенияпроцессапривыбраннойсхемевведениянаноразмерных частиц через лигатуру позволяет избежать прямого воздействияна частицы сварочной дуги и экранирует их за счет жидкой прослойки.
При этомвторая дуга создает дополнительное течение в ванне, которое интенсивноперемешивает ее и позволяет получить равномерное распределение частиц пообъему ванны (Рис. 3.1).Рис. 3.1.Схема процесса двухдуговой сварки под флюсом с применением лигатурыДля реализации такой схемы сварки использовалась установка для сваркипод флюсом фирмы Lincoln Electric (США) в состав которой входят:61 2 источника питания Power Wave AC/DC 1000; 2 механизма подачи Power Feed 10S; 2 блока управления процессом Power Feed 10A; Тележка перемещения сварочной головки TC-3;Для сварки было выбрано сварное соединение С-19 по ГОСТ 8713 ([94])(Рис.
3.2). Толщины свариваемых пластин – 10 мм. Толщина свариваемыхпластин позволит изготовить из них образцы для испытаний на ударную вязкостьтипа X по ГОСТ 6996-66 ([95]), а тип сварного соединения выбран длявыполнения сварного шва за один проход. При этом наличие притупленияпозволит точно дозировать количество вводимой лигатуры, а стальная подкладкабудет удерживать ее от высыпания и не требует специальных мероприятий попредотвращению прожога и формированию обратной стороны шва.а)б)Рис. 3.2.Эскиз сварного соединения С-19 по ГОСТ 8713 для выполнения экспериментова) подготовка кромок и сборка;б) параметры шваКомбинация электродной проволоки и сварочного флюса подобрана изсоображений выполнения сварного соединения за один проход. В качестве62электродной выбрана проволока L-61 (тип Св-08ГС) производства LincolnElectric (США) диаметром 4 мм, а флюса – флюс марки 761 производства LincolnElectric (США).
Химический состав наплавленного металла согласно даннымпроизводителя приведен в Таблице 3.1. Индекс основности применяемого флюса(В) – 0,8 и он рассчитывается по формуле:=+++0,5(++++ 0,5(+)(3.1))++Таблица 3.1.Химический состав наплавленного металлаХимический элементСMnSiSPСодержание, %0.081.70.9<0.025<0.03Стальные пластины размером 300х100*10 мм (ДхШхТ) выполнены изСт3сп по ГОСТ 380 ([89]).
Химический состав материала пластин приведен вТаблице 3.2. За счет подобранной комбинации основного материла, сварочнойпроволоки и сварного флюса можно получить сварной шов типа 08ГС – 08Г2С.Таблица 3.2.Химический состав материала пластин в соответствии с ГОСТ 380 ([89])ХимическийэлементСMnSiSPСодержание, %0.140.220.400.650.15 –0.300.0500.040Перед сваркой в разделку ровно по всей длине пластин наносилсямодификатор. Как отмечено в Главе 1, введение наноразмерных частиц в63свободном виде затруднено, поэтому применялся порошок композиционныхгранул, который и засыпали в разделку. Композиционные гранулы былипредоставлены лабораторией №16 ИМЕТ РАН им.
А.А. Байкова и представлялисобой смесь наноразмерных частиц тугоплавких модификаторов (карбидавольфрама или нитрида титана) и никеля. Порошки были смешаны в пропорции30 масс. % наночастиц и 70 масс. % никеля и затем обработаны в планетарноймельнице для получения прочного сцепления модификатора и порошка металла.После выполнения сварных швов из них были вырезаны и подготовленыобразцы типа X по ГОСТ 6996 (Рис. 3.3.) для проведения испытаний на ударнуювязкость металла шва. Схема вырезки образцов приведена на Рис. 3.4, количествоударных образцов из одного шва – не менее 5 шт.Рис. 3.3.Образец типа X по ГОСТ 6996 для проведения испытаний на ударную вязкостьметалла шваИспытания на ударную вязкость проводили при температуре «минус» 20 °Сна копре маятниковом марки ИО 5003. Внешний вид копра приведен на Рис.
3.5.Копер предназначен для испытания образцов 1-12 и 19 типов из металлов исплавов на двухопорный ударный изгиб в соответствии с ГОСТ 9454-78 вдиапазоне температур от «минус» 100 ºС до «плюс» 300 ºС.64Рис. 3.4.Схема вырезки образцов из сварного шваРис. 3.5.Внешний вид копра для проведения испытаний на ударную вязкостьТакже из сварных швов было вырезано минимум два образца дляподготовки микрошлифов структуры металла шва (Рис. 3.4). Травление65проводилось в 4х % спиртовом растворе азотной кислоты.
Исследованиямикроструктуры металла шва, а также околошовной зоны, проводились наоптических микроскопах Биомед-2 и Axiovert 200.После проведения испытаний на ударную вязкость полученные изломыбыли проанализированы на растровых электронных микроскопах Helios и TescanVega II с системой рентгеноспектрального микроанализа Oxford INCA Energy350 для проведения химического анализа.3.2.Подбор параметров режима сваркиДля отработки режимов двухдуговой сварки под флюсом с применениемкомпозиционных гранулвкачестве«лигатуры» необходимо провестиисследования, направленные на установления влияния наличия «лигатуры» наформирование сварного соединения.Двухдуговая сварка под флюсом - это процесс, при котором используют двапроволочных электрода, на торцах которых горят дуги. Каждая дуга питается ототдельногоисточникапитания,чтопозволяетвширокомдиапазонерегулировать параметры режима.
В данном случае основными параметрамирежима являются: род тока и полярность на каждой дуге («DC+» – постоянный ток,обратная полярность; «DC-» – постоянный ток, прямая полярность; AC –переменный ток); значение тока на каждой дуге (I1 – значение тока на первой дуге, А; I2 –значение тока на второй дуге, А); напряжение на каждой дуге (U1 – значение напряжения на первой дуге,В; U2 – значение напряжения на второй дуге, В); скорость сварки (Vсв, м/ч); вылет электрода, мм;66 угол наклона электрода; баланс, % (Баланс – это отношение времени горения дуги на обратнойполярности ко времени горения дуги на прямой полярности при переменномтоке).Кроме того, первая дуга обеспечивает проплавление, а вторая - наплавку(заполнение разделки) [96]. В связи с такими широкими возможностями поварьированию параметров режима при двухдуговой сварке под флюсомвозникают определенные трудности с их подбором, поэтому диапазонпараметров режима для дальнейших исследований был выбран в соответствии срекомендациями отраслевой нормативной документации, регламентирующейтакой процесс сварки для ответственных конструкций [2].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
