Диссертация (1025447), страница 9
Текст из файла (страница 9)
3.14.К расчету параметров режимаИспользуя результаты, полученные ранее, можно определить общуювысоту шва H при наплавке и определить глубину провара h’ при наличииразделки кромок по следующей формуле:ℎ =− ′(3.3)При этом необходимо пересчитать высоту усиления g’ (Рис. 3.14) приналичии разделки кромок, что можно сделать по следующей формуле:79=н− ( − ) ∗ tan∗ −−∗(3.4)где:S=10 мм – толщина свариваемых пластин;с – значение величины притупления кромки.
Для расчетов принимаем с=2мм (в соответствии с С19 ГОСТ 8713);α – угол скоса кромки. Для расчетов принимаем α=35° (в соответствии с С19ГОСТ 8713);b – значение величины зазора. Для расчетов принимаем b=2 мм (всоответствии с С19 ГОСТ 8713);μе – коэффициент полноты валика, который может быть определен изэкспериментальных данных по следующей формуле:(3.5)н=∗Полученные после подстановки всех величин (пользуясь Таблицей 3.6) вформулы (3.4) и (3.5) значения показали, что количества наплавленного металлане хватает для заполнения всей разделки (значения g’ < 0, Таблица 3.7). Поэтомувсе опробованные режимы не могут быть использованы для выполнениясварного соединения С19 ГОСТ 8713 при толщине пластин 10мм: необходимакорректировка параметров режима.Таблица 3.7.Пересчет высоты усиления с учетом наличия разделки кромок№режимаg’, мм5678910111213141516-1,3 -1,3 -1,7 -0,9 -1,4 -1,7 -0,9 -0,7 -0,9 -0,7 -0,9 -0,980Из анализа Таблицы 3.7 видно, что параметры режима с №11 по №16являются наиболее близкими.
Эти параметры режима характеризуютсямаксимальным значением тока первой дуги (700 А) в сочетании со значениямитока второй дуги 600 А (режим № 12) и 700 А (режим 16) или максимальнымзначением тока второй дуги (700 А) при значениях тока первой дуги 400 А(режим № 13), 500 А (режим № 14) и 600 А (режим № 15). Следует отметить, чтопри применении параметров режима со значением токов, характерных длярежимов № 12 и № 16 возникает опасность появления прожога даже прииспользовании подкладной пластины.
Поэтому в дальнейшем при подборепараметров режима ограничили ток первой дуги значением 650 А. Однакоснизить значение тока второй дуги не представляется возможным в связи снедостаточным количеством наплавленного металла, но при этом существуетпотенциал за счет изменения баланса второй дуги. Для дальнейшей отработкипараметров режима было принято решение выполнить дополнительныеэксперименты по наплавке на уточненных режимах, представленных вТаблице 3.8.Таблица 3.8.Параметры режима дополнительных экспериментов№I1, AI2, AБаланс, %17650700501865065025Примечание:остальные параметры режима соответствуют Таблице 3.3.Результаты,полученныепридополнительныхэкспериментах,представлены в Таблице 3.9.
По результатам расчетов видно, что режим № 18может обеспечить формирование шва в соответствии с требованиямиГОСТ 8713, поэтому этот режим был выбран для дальнейших исследований(Таблица 3.10).81Таблица 3.9.Результаты измерения и пересчета геометрических параметров наплавленныхваликов№g, ммe, ммh, ммH, ммFн, мм2g’, ммh’, мм173251013,071,40,012,97183,624,27,411,080,60,710,32Таблица 3.10.Параметры режима, использованные при исследованиях двухдуговой сваркипод флюсом с применением лигатуры№п/пНаименование параметровДиапазон значенийпервая дугавторая дуга1Род токаDC+AC2Сварочный ток на каждую дугу, А6506503Напряжение на дуге, В27324Скорость сварки, м/ч5Вылет электрода*, мм6Расстояние между электродами, мм7Угол наклона электрода9060 (углом вперед)8Баланс, %100253.5.45304027Выполнение сварных соединенийПосле выбора параметров режима провели сварку пробных образцовсобранных в соответствии с ГОСТ 8713 (соединение С19) с применениемлигатуры.
Лигатуру предварительно укладывали в разделку, высота засыпкисоставляла 2 мм и 3 мм (Рис. 3.15).82В результате были получены соединения, характеризующиеся количествомвводимых наноразмерных частиц в соответствии с Таблицей 3.11. В связи с тем,что засыпку осуществляли с контролем, а насыпная плотность лигатурыотличается в зависимости от ее типа (плотность наноразмерных частицразлична), то значения количества вводимых наноразмерных частиц в массовыхпроцентах несколько отличаются, при этом объемные проценты одинаковы.Также для установления степени влияния наноразмерных частиц на металл швабыли выполнены эксперименты по сварке с засыпкой порошка никеля, а такжевариант без дополнительной присадки, т.н.
«базовый». Для каждого варианталигатуры выполнялось по 3 шва.Рис. 3.15.Контроль высоты насыпки лигатурыТаблица 3.11.Опробованные варианты сварных швовЛигатураВысотакг ,МассаКн,КNi,засыпки, ммоб.%засыпки, гмасс.%масс.%-----4,82-1,105,120,291,17Л/Ni-TiN3,110,180,71Л/Ni5,48-1,565,910,341,354,670,271,06БазовыйЛ/NiЛ/Ni-WCЛ/Ni-WCЛ/Ni-TiN230,030,0483Массовое содержание присадки определялось путем взвешивания налабораторных весах марки ВМ-213.Расчётные коэффициенты участия определялись по следующим формулам:кг=кг=шв∗шв ∗кгшв=шв(3.6)кгшвгде:кг -содержание композиционных гранул в шве, об.%;объем засыпки композиционных гранул, мм3;кг шв -объем металла шва, мм3;кг -площадь засыпки композиционных гранул в поперечном сечении, мм2;шв -площадь поперечного сечения металла шва, мм2;шв -длина шва, мм.кг=кгшв(3.7)кг=шв∗шв∗стгде:кг -содержание композиционных гранул в шве, масс.%;кг -масса композиционных гранул, г;шв стмасса металла шва, г;= 7,8 ∗ 10 - плотность металла шва, г/мм3.н= 0,3 ∗кг(3.8)кг= 0,3 ∗шв∗шв∗стгде:н-содержание наноразмерных частиц в шве, масс.%;кг -содержание композиционных гранул в шве, масс.%;84кг -масса композиционных гранул, г;шв стмасса металла шва, г;= 7,8 ∗ 10 - плотность металла шва, г/мм3.= 0,7 ∗кг(3.9)кг= 0,7 ∗шв∗шв∗стгде:- содержание никеля в шве, масс.%;3.6.Методика анализа структурных составляющих металла шва иоколошовной зоныИзмерениегеометрическихпараметровструктурныхсоставляющихметалла шва и околошовной зоны проводилось в соответствии с ГОСТ 5639 и поГОСТ Р 57180-2016, а также по следующей методике.На фотографии микроструктуры металла шва и околошовной зонывыделялись отдельные первичные кристаллы и зерна соответственно.
Далее припомощи системы автоматизированного проектирования AutoCAD проводилосьизмерение ширины кристаллита и площади зерна в околошовной зоне. Данныезаносились в таблицу для последующего анализа. На каждом шлифепроводилось измерение ширины минимум 20 первичных кристаллитов металлашва и 7 зерен в околошовной зоне.При исследовании микроструктуры металла шва и околошовной зоныосновными параметрами для анализа являлись: средняя ширина первичного кристаллита металла шва (Sдср, мкм); разброс относительных значений ширины первичных кристаллитовметалла шва (ΔSд, %); средняя величина площади зерен в околошовной зоне (Fзср, мкм2).85Средняя ширина первичных кристаллитов металла шва определялась последующей формуле, мкм:дср=д∑(3.10)где:i – номер измеряемого первичного кристаллита;Sдi – значение ширины i-ого первичного кристаллита, мкм;n – общее количество измеренных первичных кристаллитов для каждого типашва.Относительный разброс значений определялся по следующей формуле:д∆д−=ддср∗ 100%(3.11)где:Sдmax – максимальное значение ширины первичного кристаллита для каждоготипа шва, мкм;Sдmin – минимальное значение ширины первичного кристаллита для каждого типашва, мкм.Средняя величина площади зерен в околошовной зоне определялась последующей формуле, мм2:зср=∑дгде:i – номер измеряемого зерна;Fзi – значение площади i-ого зерна, мм2;n – общее количество измеренных зерен для каждого типа шва.(3.12)863.7.Методика анализа результатов испытаний на ударную вязкостьПосле испытаний на ударную вязкость полученные результаты былипроанализированы по следующим показателям: среднеезначениеударнойвязкостидлякаждоготипашва(KCVср, Дж/см2); относительный разброс значений ударной вязкости для каждого типа шва(ΔKCV, %).Среднее значение ударной вязкости металла шва определялось последующей формуле, Дж/см2:ср=∑(3.13)где:i – номер испытываемого образца;KCVi – значение ударной вязкости i-ого образца, Дж/см2;n – общее количество образцов для испытаний на ударную вязкость для каждоготипа шва.Относительный разброс значений определялся по следующей формуле:ср=−∗ 100%(3.14)сргде:KCVmax – максимальное значение ударной вязкости для каждого типа шва,Дж/см2;KCVmin – минимальное значение ударной вязкости для каждого типа шва,Дж/см2.873.8.Методика проведения химического анализа металла шваХимическийанализметаллашвапроводилсяметодомрентгеноспектрального микроанализа на изломах, полученных после испытанийна ударную вязкость.
Для этого на каждом изломе проводилось не менее 4измерений, равномерно распределенных по сечению образца. При анализеисследовалось содержание следующих элементов: кремний; марганец; никель (для швов с лигатурой); вольфрам (для швов с лигатурой Л/Ni-WC); титан (для швов с лигатурой Л/Ni-TiN).После проведения измерений проводился анализ по среднему содержаниюэлемента для каждого типа шва. Среднее содержание элемента определялось последующей формуле:[ ]ср =∑(3.15)где:[s]ср – среднее содержание элемента, масс.%;si – содержание элемента в точке замера, масс.%;n – общее количество точек замера.3.9.Выводы по главе 3В результате проведенной работы были подобраны параметры режима,обеспечивающие формирование сварного шва С-19 по ГОСТ 8713 сприменением лигатуры за один проход.88ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ4.1.Результаты анализа структуры металла шва и околошовной зоныПриисследованииструктурыимикроструктурыметаллашваиоколошовной зоны основными параметрами для анализа являлись: средняя ширина кристаллов металла шва (Sдср, мкм); относительный разброс значений ширины кристаллов металла шва(ΔSд, %); средняя величина площади зерен в околошовной зоне (Fзср, мкм2); морфология и дисперсность фаз микростурктуры.Для всех типов швов были получены результаты измерения шириныкристаллов, относительный разброс этих значений, а также средняя площадьзерна в околошовной зоне, которые приведенны в Таблице 4.1 и на Рис.
4.1 – 4.4.Таблица 4.1.Результаты исследования структры сварных швовSдср, мкмΔSд, %Fзср, мм2-394,096,70,28122,355,10,180,03369,3268,9Л/Ni-TiN237,2128,60,26Л/Ni350,7100,40,20187,797,00,19201,7111,60,18Лигатурабазовыйкг ,об.%Л/NiЛ/Ni-WCЛ/Ni-WCЛ/Ni-TiN0,040,1689Значения ширинымкмKкг, об.%0,30,4Рис. 4.1.Результаты исследования структуры металла шва■ – минимальное значение ширины первичных кристаллов, мкм;■ – разброс значений ширины первичных кристаллов, мкмKкг, об.%0,3-95%-110%-12%-66%-47%-7%Значения ширинымкм0,4Рис. 4.2.Средняя ширина первичных кристаллов металла шва: проценты на графике –изменение относительно базового варианта90Kкг, об.%0,3+13%0%+4%+25%-75%+21%%0,4Рис. 4.3.Относительный разброс значений ширины первичных кристаллов металла шва:проценты на графике – изменение относительно базового вариантаKкг, об.%0,3-59%-51%-40%-8%-72%-56%мм20,4Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
