Диссертация (1025596), страница 6
Текст из файла (страница 6)
К ним следует отнести пульсацию защитного газа [34],колебания дуги [35, 36], пульсирующая подача сварочной проволоки [37],электромагнитное перемешивание [28, 38, 39].Исходя из того, что кристаллизация металла шва начинается от поверхностиосновного металла, для измельчения зерна в металле шва производили наклёпмеханическим способом (чеканку) свариваемых кромок. При этом на линиисплавления увеличивали число двухмерных зародышей кристалла (Рис. 1.15, б, в)[29]. Этот способ измельчения зерна в металле шва не получил широкогораспространения, во-первых, из-за большой трудоёмкости и трудности контролястепени наклёпа, а значит и гарантии постоянства структуры шва.
И, во–вторых,из-заразвитиятехнологииизготовлениялистовойсталиипроката,обеспечивающей получение мелкозернистой структуры свариваемого металла.Одним из эффективных и технологичных средств воздействия на процесскристаллизации сварочной ванны оказалось введение в сварочную ваннудополнительной присадки в виде электродной проволоки (двухдуговая сварка [40])или гранулята в виде порошка или рубленой проволоки [41 – 44]. При этом вванневыравниваетсятемператураисоздаютсяболееблагоприятныетермодеформационные условия в процессе кристаллизации и последующегоохлаждения металла шва.В последнее время исследователи обратили внимание на получениемелкозернистой структуры металлашва введениемв сварочную ваннумодификаторов, которые в хвостовой части увеличивают число центров36кристаллизации. [45 – 57]. Однако оказалось, что перечисленные особенноститермических условий в зоне сварочной ванны снижают эффективностьмодификаторов.В качестве модификаторов применяются различные тугоплавкие металлы(чаще всего редкоземельные) и тугоплавкие соединения (оксиды, нитриды).Предполагается, что основной причиной дезактивации модификатора в сварочнойванне является длительное пребывание его в высокотемпературной зоне.
Длясохранения модифицирующей активности частиц предложено в хвостовую частьсварочной ванны вводить модификатор в смеси с охлаждающим порошком(микрохолодильник) размеры которого в 3-4 раза превышают размер частицмодификатора [58, 59]. Например, введение циркониевого порошка с грануламититана в качестве микрохолодильников позволили в 2 раза измельчить зерно вшве и на 30 % увеличить пластичность шва при аргоно-дуговой сварке титановогосплава ОТ4-1. Как показано в работе Болдырева А.М. [60] эффективностьмодифицирующейчастицызависитотвремениеёпребыванияввысокотемпературной зоне сварочной ванны и, при прочих равных условиях,определятся скоростью сварки и точкой ввода частицы в ванну (Рис.
1.16).В ИЭС им. Патона в 1969 г. для повышения производительности за счётувеличения глубины проплавления при дуговой сварке под флюсом, а также взащитных газах было предложено в зону сварки совместно с сыпучей фракциейподавать химические соединения отрицательно-активных элементов (например,галогенов). При этом не ставилась задача получения мелкозернистой структурыметалла шва.
Как показано в работах Б.Н. Бадьянова, в этом случае происходитконтрагирование столба дуги, и повышается концентрация энергии в ней, за счётчего увеличивается глубина проплавления в 1,3 – 1,5 раз при одном и том же токе[70, 71]. Изменения структуры металла шва, судя по всему, не произошло.В развитие этого предложения в 1980 году работниками Всесоюзногонаучно-исследовательского института транспортного строительства с цельюулучшения формирования обратной стороны шва был разработан способодносторонней сварки, при котором в зону дуги подают металлическую присадку,37ж)з)Рис. 1.16.
Способы ввода модификатора в сварочную ванну:а) через электродную проволоку; б) через флюс [61, 62]; в) с помощьюпорошковой проволоки; г) через дополнительную присадочную проволоку [40,63]; д) с помощью лигатуры [64]; е) в хвостовую часть ванны в виде порошка [65];ж) с помощью металлохимической присадки, подаваемой на электрод; з) спомощью металлохимической присадки, засыпаемой в сварочный зазор [66 – 69]38содержащую соединения отрицательно-активных элементов [72]. Судя, поописанию изобретения, в нём также не ставилась цель получения мелкозернистойструктуры шва.В 1983 году нашла применение гранулированная присадка с химическимидобавками [73], названная металлохимической (МХП).
В настоящее время, вместоранее первоначально применяемых галогенов в качестве химической добавки,был введён, судя по отсутствию публикаций, без достаточного научногообоснования и исследований диоксид титана TiO2.В настоящее время этот способ применяется при изготовлении и монтажестальных мостовых конструкций [68, 69].1.4. Анализ стабильности механических свойств металла сварныхсоединений, изготавливаемых в мостостроительных организацияхСтойкость сварных соединений против хрупких разрушений зависит отмногих факторов: наличия и величины остаточных сварочных напряжений,концентраторов (подрезы, непровары, резкие переходы от усиления шва косновному металлу и др.), постоянства химического состава металла по длинешва и т.п.
Большинство этих факторов определяется качеством свариваемогометалла,сварочныхматериаловитехнологиейсварки.Стабильностьмеханических свойств сварных соединений по длине шва и их воспроизводимостьпри сварке различных изделий является одним из условий, гарантирующихэксплуатационную надёжность работы конструкции и снижающих риск еёкатастрофического разрушения. Этот фактор зависит от технологии сварки итехнологической дисциплины на производстве. Поэтому одной из первых задачна начальном этапе работы была оценка стабильности прочностных свойствметалла шва типичных для мостостроения сварных конструкций.В ходе исследований в течение 2 лет с 2012 по 2013 год автором былипроанализированы результаты механических испытаний 15 серий контрольныхсварных соединений 10 мостостроительных организаций. Проведенная оценка39стабильностимеханическихсвойствсварныхсоединений,выполненныхавтоматической сваркой под флюсом с применением металлохимическойприсадки в монтажных условиях показала значительный разброс пределапрочности и особенно ударной вязкости металла шва.
Разброс составил от 11 %(Мостотрест 2005) до 88 % (МО-38) (Рис. 1.17).Низкая стабильность механических свойств снижает эксплуатационнуюнадежность сварных металлоконструкций, повышает риск их отказа. Обеспечениестабильности механических свойств сварных соединений при изготовленииметаллоконструкций – один из основных факторов надёжности и долговечностистроительных объектов. Эта стабильность повышает точность прочностныхрасчётов при проектировании, определения долговечности и надёжности изделий.Поэтомунестабильности.возниклаДлянеобходимостьрешенияисследованиявышеперечисленныхпричинпроблемэтойбыласформулирована цель и поставлены задачи работы.Рис.
1.17. Оценка величины разброса показателей значений ударнойвязкости при испытании образцов Менаже на ударный изгиб при температуре 40°С для различных мостостроительных организаций в период с 2012 по 2013 год40Цельюнастоящейработыявляетсяповышениехладностойкостиистабильности свойств сварных соединений конструкций стальных мостов,выполненных автоматической сваркой с металлохимической присадкой.Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:1.Разработать методику количественной оценки прочности междучастицами в составе МХП, и определены главные факторы, повышающиепрочность связей между частицами.2.Исследовать причины низкой стабильности механических свойствметалла шва при существующей технологии изготовления МХП.3.Разработать новую технологию получения МХП, обеспечивающуювысокую её модифицирующую способность и стабильность состава металла шва.4.Оценитьтермодинамическуювероятностьокислительно-восстановительных реакций в сварочной ванне при автоматической сварке стали10ХСНД с МХП.5.Предложить,теоретическиобосноватьиэкспериментальноподтвердить механизм взаимодействия МХП со сварочной ванной.Выводы по главе 11.Сварные соединения в металлоконструкциях вследствие резкихпереходов физических и механических свойств от основного металла к шву,изменения очертания (профиля поверхности), наличия в шве внутреннихнеоднородностей, макро- и микродефектов, остаточных сварочных напряженийявляютсяисточникамиконцентрациинапряженийиочагамихрупкогоразрушения.2.Вследствиеспецифическихусловийкристаллизацииметаллавсварочной ванне (высокий перегрев, наличие двумерных центров кристаллизациина границе сварочной ванны, высокие градиенты температуры в зонекристаллизации и скорость роста кристаллов) металл шва, как правило, имеет41неблагоприятно ориентированную крупнозернистую столбчатую структуру сосравнительно низкими прочностными свойствами.3.Дефекты и неоднородности в металле шва в виде дислокаций,включений, межзёренных границ и др.
при нагружении тормозят деформацию, т.е.движение дислокаций, и служат источником концентрации напряжений.Критический коэффициент концентрации напряжений, при котором происходитразвитие трещины, зародившейся на границе между матрицей и дефектом,зависит от величины приложенных напряжений и размера дефекта.4.Тип разрушения металла (хрупкое или пластическое) зависит отсоотношения предела его прочности при растяжении σв и предела текучести σS.При σв > σS – разрушение пластическое (вязкое), а при σв < σS – хрупкое.5.Вероятностьхрупкогоразрушениязависитоттемпературыокружающей среды и типа кристаллической решётки. С понижением температурызатрудняется перемещение дислокаций в металле шва и возрастает сопротивлениедвижению дислокаций, увеличивается предел текучести. Так как сопротивлениеотрыву мало зависит от температуры (σотр ≈ σв = Const) при критическойтемпературе наступает момент, когда σв и σS становятся равными – металлическоетело хрупко разрушается.
Металлы с объёмно-центрированной кубическойрешёткой (Fe, W, Mo) и гексагональной плотно-упакованной решеткой (Zn, Be) вдиапазоне высоких температур пластичны, но при низких температурахохрупчиваются.6.Разрушение твёрдого тела представляет собой двухстадийный процесс– зарождение и развитие трещин. Основным источником зарождения трещинявляются дислокации и инородные включения в металле. Трещинообразныезародыши образуются либо вследствие образования пор из-за накоплениядислокаций перед препятствиями (границы субструктур и зёрен, включения и др.),либо вследствие образования пустот вокруг включения. Развитие трещинпроисходит путём слияния (коалисценции) образовавшихся при зарождениитрещин пор, при разрастании которых в зоне слияния образуются перетяжки сшейками и происходит хрупкий разрыв металла.427.Зарождениетрещинтесносвязаносгеометрическимиитеплофизическими свойствами неметаллических включений (форма и размерывключений, соотношение коэффициентов термического расширения включения иматрицы их кристалло-химическое соответствие).8.Единственным эффективным способом повышения стойкости металлапротив охрупчивания, а значит, против хладоломкости является измельчениезерна.9.Вследствиеспецифическихтемпературныхусловийпроцессовзарождения и развития твёрдой фазы в сварочной ванне, в металле шваформируетсякрупнозернистаяориентированнаяструктура.Наиболееэффективным способом измельчения структуры металла шва следует считатьвведение в сварочную ванну в комплексе с микрохолодильником (гранулятом)модификатора, увеличивающего число центров кристаллизации.10.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
