Диссертация (1026154), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Выводы по главе 31. Разработан состав и изготовлены порошковые проволоки, содержащие0,18 масс.% наноразмерных модификаторов, таких как карбид вольфрама (WC),нитрид титана (TiN) и оксид алюминия (Al2O3) с своём составе.2. Определены способы и методы исследования образцов сваренных сприменениемразработанныхпорошковыхпроволок,содержащихнаноразмерные тугоплавкие модификаторы в составе композиционных гранулна основе никеля.3. Определены схемы введения порошковых проволок, обеспечивающиеразличное температурное воздействие на модификатор при его переносе всварочную ванну, включая температуры близкие к температуре сварочной ванны(1800-2573 К), и температуру характерную дуговому разряду (свыше 3000 К).4. Подобраны режимы сварки под флюсом с дополнительной горячейприсадкой и двухдуговой сварки под флюсом, обеспечивающие одинаковую101долю участия порошковых проволок в металле шва и одинаковый объемсварочной ванны.5.
Сконструирована и собрана лабораторная версия установки на базеподвесного автомата для сварки под флюсом обеспечивающая возможностьсварки с дополнительной горячей присадкой и двухдуговой сварки.102Глава 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО СВАРКЕ ПОДФЛЮСОМ С ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ГОРЯЧЕЙ ПРИСАДКОЙ, ВВИДЕ ПОРОШКОВЫХ ПРОВОЛОК, СОДЕРЖАЩИХНАНОРАЗМЕРНЫЕ ЧАСТИЦЫ4.1. Оценка макроструктуры сварных соединений, полученных сприменением наноразмерных модификаторовСтруктуру металла шва сварных соединений, выполненных в ходевыполнения экспериментальных исследований, можно охарактеризовать какстолбчатую дендритную структуру (Рис.
4.1.), характерную для металла шва,полученного сваркой под флюсом за один проход [81,82]. При этом структураоколошовнойзонывблизилиниисплавленияпредставляетсобойвидманштедттову структуру с увеличенным размером зерна по сравнению сисходным материалом (Рис. 4.1.).а)б)Рис. 4.1.Структура металла шва (МШ) и околошовной зоны (ОШЗ) (х100)а) «базовый» образец, б) образец, выполненный с ДГП (режим Б)Первичную макроструктуру металла шва, полученного при сварке бездополнительной присадки, можно отнести к типу II по ГОСТ Р 57180 (Рис.
4.2.а). За счет дополнительного охлаждения сварочной ванны, применение ДГП103приводит к перестройке схемы кристаллизации в направлении типа III по ГОСТР 57180. Однако, характеризовать схему кристаллизации как тип III непредставляетсявозможным,таккакнаблюдаетсяросткристалловввертикальном направлении от дна сварочной ванны (Рис. 4.2. б,в). В целомприменение ДГП способствует изменению схемы кристаллизации в сторонуболее благоприятной вне зависимости от типа используемой присадочнойпроволоки.а)б)Рис.
4.2.104в)Рис. 4.2.Типизация первичной структуры по ГОСТ Р 57180а) Схема типа III первичной макроструктуры, б,в) Стык двух фронтовкристаллизации при сварке с применением ДГП в виде сплошной проволокии порошковых проволок Пп-П/ Ni, Пп-П/ Ni-WC, Пп-П/ Ni- TiN, Пп-П/ NiAl2O3. (б) Серия А Пп-П/ Ni-WC и в) Серия Б Пп-П/ Ni-WC)Анализ структуры металла шва выявил наличие пор в металле шва,выполненного с применением порошковых проволок Пп-П/ Ni- TiN и Пп-П/ NiAl2O3 (Рис.
4.3.). При этом, в металле шва, выполненного с применениемпорошковых проволок Пп-П/ Ni, Пп-П/ Ni-WC и проволоки сплошного сеченияв качестве дополнительной горячей присадки пор не обнаружено.Средний диаметр пор в металле шва при введении нитрида титана вколичестве 0,03 масс.% составляет 0,008 мм, при этом на 1 мм2 приходится всреднем 4 поры размером свыше 0,005 мм, а максимальный размер составляет0,012мм (Рис.
4.3.). Увеличение количества нитрида титана, введённого в металлшва, более чем в 2 раза (с 0,03 масс.% до 0,07 масс.%) приводит к росту среднегодиаметра пор на 40% (с 0,008 мм до 0,012мм), максимального диаметра пор в 2раза (с 0,012 мм до 0,027 мм), а количество пор размером свыше 0,005 мм наплощади в 1 мм2 возрастает до 5 пор.105Средний диаметр пор в металле шва при введении оксида алюминия вколичестве 0,03 масс.% составляет 0,017 мм, при этом на 1 мм2 приходится всреднем 8 пор размером свыше 0,005 мм, а максимальный размер составляет0,012мм.
Увеличение количества оксида алюминия, введённого в металл шва,более чем в 2 раза (с 0,03 масс.% до 0,07 масс.%) не приводит к изменениюсреднего размера пор, но приводит к росту максимального диаметра пор почти в2 раза (с 0,012 мм до 0,021 мм), а количество пор размером свыше 0,005 мм наплощади в 1 мм2 возрастает до 11 пор.а)б)в)г)Рис. 4.3.Поры в металле шва при использовании порошковых проволок Пп-П/ NiTiN (а, б) и Пп-П/ Ni- Al2O3 (в, г) при количестве введенных наноразмерныхчастиц в металле шва 0,03масс.% (а, в) и 0,07масс.% (б, г)1064.2.
Оценка микроструктуры сварных соединений, полученных сприменением наноразмерных модификаторовОценку микроструктуры сварных соединений проводили при анализеструктуры околошовного участка зоны термического влияния (ОШЗ), а такжепри анализе структуры металла шва.Микроструктура ОШЗ представляет собой феррито-перлитную структуру,которую можно характеризовать как Видманштеттову, что свидетельствует оперегреве ОШЗ характерном при сварке под флюсом низколегированныхнизкоуглеродистых сталей (Рис. 4.4.). Оценка размера зерна, показала, чторазмер зерна в ОШЗ уменьшается при использовании дополнительнойприсадочной проволоки сплошного сечения на один балл с 1 на 2 по ГОСТ 5639и на 2 балла при использовании дополнительной присадочной порошковойпроволоки с 1 на 3 по ГОСТ 5639 (Рис.
4.5., Таблица 14). Дополнительныйприсадочный материал, попадая в расплав сварочной ванны затрачивает частьэнергии, содержащейся в расплаве, на свое расплавление, а значит выступает вроли стока теплоты. Причем, эффект снижения перегрева существенно независит от доли участия присадочного материала. Так, увеличение доли участиядополнительного присадочного металла в сварочной ванне в 2,5 раза (с 16% до41%) приводит к снижению диаметра зерна не более чем на 15% (20 мкм), что несущественно превышает погрешность измерения.
Таким образом, применениеДГП в виде порошковой проволоки приводит к снижению перегрева ОШЗсварного соединения и уменьшению размера зерна на два балла, чтосоответствует снижению размера зерна в среднем на 50%.107а)б)в)Рис 4.4.108г)д)е)Рис. 4.4.109ж)з)и)Рис. 4.4.110к)л)м)Рис. 4.4.111н)о)п)Рис. 4.4.Структура ОШЗ сварных соединений, выполненных без применениядополнительной присадочной проволоки (а) и с ее применением (Пс – б, в;Пп-П/ Ni – г, д, е; Пп-П/Ni-WC – ж, з, и; Пп-П/Ni- TiN – к,л,м; Пп-П/NiAl2O3 – н,о,п). Серия А (б, г, ж, к, н).
Серия Б (в, д, з, л, о). Двухдуговая серия(е, и, м, п)112Рис. 4.5.Значение диаметра зерна в ОШЗ- среднее значение диаметра зерна ОШЗ- минимальное значение диаметра зерна ОШЗ- разброс значения диаметра зерна ОШЗДГП 16% - доля участия ДГП в металле шва составляет 16% (серия А)ДГП 41% - доля участия ДГП в металле шва составляет 41% (серия Б)Микроструктура металла шва представляет собой столбчатые кристаллы,ориентированные по направлению кристаллизации металла, в Таблице 15приведены значения средней ширины (Рис. 4.6.), и разброса значения шириныкристалла (Рис.
4.7.).Таблица 14.РежимБазовыйПМРазмеры структурных составляющих ОШЗпо ГОСТ 5639Измеренные2значенияa, ммЧисло зерен на площади 1 мм2dm, ммNVмин.среднеемакс.0,25620,06251216240,162150,03122432480,12550Nνdm, ммбалл116640,2501Серия АПс181 0,1772Пп-П/ NiПп-П/0,13500Ni-WC0,0156486496512 0,1253Пп-П/0,14498Ni- TiNПп-П/0,12538Ni- Al2O3Серия БПс0,171950,0312243248181 0,1772Пп-П/ Ni0,14475Пп-П/0,11617Ni-WC0,0156486496512 0,1253Пп-П/0,12503Ni- TiNПп-П/0,13511Ni- Al2O3Примечания: ПМ – Присадочный материал; a - Средняя площадь сечения зерна; Nν, - Среднее число зёрен в 1мм2; dm - Средний диаметр зерна; dL- Средний условный диаметр зерна117Таблица 15.Значение ширины столбчатых кристаллов металла шва.Размеры кристалловРежимсерияПрисадочныематериалыШирина, мкмРазброс, мкмБазовый-100120Пс100100Пп-П/ Ni75101Пп-П/Ni-WC6080Пп-П/Ni- TiN6375Пп-П/Ni- Al2O36080ПсПп-П/ Ni779778105Пп-П/Ni-WC5355Пп-П/Ni- TiN6570Пп-П/Ni- Al2O390120Серия АСерия БРис.
4.6.Среднее значение ширины кристаллита металла шва (мкм)ДГП 16% - доля участия ДГП в металле шва составляет 16% (серия А)ДГП 41% - доля участия ДГП в металле шва составляет 41% (серия Б)115Рис. 4.7.Разброс ширины кристаллита металла шва (мм)ДГП 16% - доля участия ДГП в металле шва составляет 16% (серия А)ДГП 41% - доля участия ДГП в металле шва составляет 41% (серия Б)Микроструктура металла шва представляет собой феррит и перлит (Рис.4.8.) (при больших увеличениях проглядывается структура бейнита).
Зернаферрита оскольчатой формы, с высокой степенью разнозернистости, чтосвидетельствует о перегреве металла – такая морфология характерна для металлашва. Перлит – имеет мелкодисперсное строение, цементит фрагментарнорасполагается по границам ферритных зерен. Более крупные ферритные зернарасположены на границах столбчатых кристаллов, в остальном объеме – ферритмельче, с высокой асимметрией линейных размеров.
Феррит на границахстолбчатых кристаллов металла шва, сваренного без дополнительной присадкиможет быть охарактеризован как блочный феррит. В то время как применениеприсадочной проволоки, содержащей наноразмерные частицы приводит кперестройке феррита и его фрагментации с формированием частично игольчатойструктуры. Изменения в структуре самих столбчатых кристаллов не значительнозависит от использования дополнительной присадки.116а)б)в)Рис. 4.8.117г)д)е)Рис. 4.8.118ж)з)и)Рис. 4.8.119к)л)м)Рис.
4.8.120н)о)п)Рис. 4.8.Структура металла шва сварных соединений, выполненных без применениядополнительной присадочной проволоки (а) и с ее применением (Пс – б, в;Пп-П/ Ni – г, д, е; Пп-П/Ni-WC – ж, з, и; Пп-П/Ni- TiN – к,л,м; Пп-П/NiAl2O3 – н,о,п). Серия А (б, г, ж, к, н). Серия Б (в, д, з, л, о). Двухдуговая серия(е, и, м, п). Увеличение х100 слева, х500 справа121Использование дополнительной горячей присадки приводит к снижениюширины столбчатых кристаллов, даже при использовании проволоки сплошногосечения. Следует отметить, что, количество вводимой присадки в видепроволоки сплошного сечения не оказывает влияния на ширину столбчатыхкристаллов.Применениепроволокисплошногосечениявкачестведополнительной присадки приводит к уменьшению среднего значения шириныкристаллов на 20% (Таблица 15, Рис. 4.6.) по сравнению с микроструктуройметалла шва базового образца кроме того уменьшается разброс этого значенияна 25% (Таблица 15, Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
