Автореферат (1094957), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

конструкций подкладных лент и стержней для формирования обратной стороны и корня шва при односторонней и двусторонней сварке прямолинейных и криволинейных конструкций из углеродистых и низколегированныъх сталей.

Для сварки под флюсом была поставлена и решена задача разработки керамического флюса для односторонней сварки низколегированных и легированных конструкционных сталей для целей энергомашиностроения и судостроения. В качестве базовой основы были взяты малоактивные основные сварочные флюсы ЦНИИТМАШ системы SiO₂-MgO-CaF₂- ZrO₂.

При разработке флюса для двустороннего формирования шва при односторонней сварке углеродистых и низколегированных сталей важно оценить, какой параметр является основной характеристикой исследования металлургических процессов, но также и обеспечивает стандартные прочностные характеристики шва. Так, К.В. Любавский, В.В. Подгаецкий, Г.Л. Петров в этом качестве рассматривают концентрации во флюсе термически неустойчивых ы сварочной ванне окислов. Зарубежные исследователи: Накамура, Насотока, Бонишевский главной металлургической характеристикой флюса считают основность. Малоактивными и высокоосновными являются флюсы для односторонней сварки низколегированных и легированных сталей марок PFI-45 и PFI-50 (Япония). В мировой практике для односторонней сварки применяют как кислые так и оснόвные флюсы. Кислые флюсы по данным К.Тераи, имеют значительные преимущества перед оснόвными, обеспечивая лучшее формирование с обратной стороны сварного соединения, однако, уступают оснόвным по значениям ударной вязкости металла шва. В связи с этим, при сварке металлов большой толщины для обеспечения высоких значений ударной вязкости необходимо применять оснόвные флюсы. Таким образом, предполагаются использовать следующие критерии для создания универсальной шлаковой системы для двустороннего формирования шва при сварке на флюсо-медной подкладке и флюсовой подушке:

- ограничение кислых окислов SiO₂, TiO₂, ZrO₂;

- оптимизация оснόвных окислов MgO, CaO;

- введение в состав флюса солей фтора;

- введение в состав флюса металлических порошков для увеличения скорости сварки и раскисления металла сварочной ванны в корне шва;

- технология производства флюса должна быть на основе керамического изготовления;

В результате расчета с использованием латинского и греко-латинского квадратов было выяснено, что наиболее оптимальным является следующий состав: SiO₂ - 20 %, МgO -28 %, СаО -10 %, Fe - порошок – 20 %, CaF₂ и ZrO₂ по 7 %, Al₂O₃-6 %, FeSi и FeMn - остальное. В качестве параметра оптимизации помимо качества формирования выбрано наличие или отсутствие газовых и шлаковых включений в корне шва.

В пятой главе рассматриваются результаты внедрения всепозиционной технологии сварки с двусторонним формированием шва.

22

Организованное в ОАО «Тверьстеклопластик» и НПО «Стеклопластик» промышленное производство гибких подкладных лент и стержней позволило распространить технологию односторонней сварки сталей в различных отраслях промышленности и строительства.

Наибольшее распространение получила технология односторонней сварки в среде углекислого газа на многослойной двухкомпонентной ленте марки ЛМС-3 при сборке металлоконструкций из стали 09Г2 толщиной 12…14 мм. Лента использовалась дважды. Применялась V-образная разделка кромок с углом скоса одной кромки 20. Сварку стыкового соединения толщиной 12мм выполняли в два прохода, стыковых соединений 14…16мм в три прохода. Расход газа 10…12 л/мин. Проволока Св-08Г2С диаметром 1,2мм. В качестве оборудования использовался полуавтомат ВНИИМСС УПС-1 с источником питания ПСО-500. Техника сварки с поперечными колебаниями амплитудой на первом проходе 4…6 мм, на втором проходе 8…10 мм, на третьем проходе 14…16 мм. Частота колебаний от 40 до 120 колебаний в минуту. Сварка вертикальных стыков выполнялась способом «снизу вверх» с поперечными колебаниями на 2-м и 3-м проходах. Первый проход выполнялся без поперечных колебаний.

При отработке технологии односторонней однопроходной сварки под флюсом стыковых соединений из углеродистых и низколегированных сталей толщиной 16…18мм на обратной стороне шва образуются утяжки или наплывы. При сварке в среде защитных газов дефекты такого рода объясняются подтеканием металла сварочной ванны под дугу и впереди дуги, в результате чего меняются условия формирования сварного шва. Естественно, что подтекания расплавленного металла сварочной ванны под дугу и перед дугой вызывают изменения толщины и формы жидкой прослойки под дугой. С целью выявления предполагаемых колебаний жидкой прослойки и изменений ее формы при автоматической сварке под флюсом был проведен ряд экспериментов по выбору оптимальных режимов сварки.

В результате работы по подбору режимов сварки было выяснено, что при сварке образцов толщиной 16 и 18мм, формирование обратной стороны шва было неудовлетворительным из-за образования местных утяжек и неравномерной ширины обратного валика шва. Имеющиеся дефекты на обратной стороне шва совпадали с зафиксированными на осциллограммах отклонениями сварочного тока. Дальнейшие эксперименты по определению колебаний δ_ж.п. и F_ж.п. проводились на специально подготовленных к сварке пластинах толщиной 16мм. Параметры толщины и площади жидкой прослойки определялись по границам расплавления вольфрамовых вставок. Фотографии макроструктур сварного шва (рис. 11) в поперечном сечении шва отражают наличие под дугой изменяющейся по толщине и форме жидкой прослойки. Если полученные изображения представить в плоскости, перпендикулярной оси шва, то значения «δ» будут равны: при подтекании металла (рис. 12.а)-8мм, а без подтеканий (рис12.б) ≈ 0,5мм. Заштрихованные участки дают представление не только о качественном, но и о количественном изменении размеров жидкой прослойки. При формировании обратного валика в момент подтекания расплавленного металла под дугу образуются утяжки.

23

а - при подтекании жидкого металла под дугу; б - без подтекания жидкого металла под дугу

Рис.11. Макроструктура швов

а - при подтекании металла под дугу; б - без подтекания металла под дугу.

Рис.12. Схематичное изображение жидкой прослойки по форме нерасплавившихся остатков вольфрамовых стержней

Совместно с Николаевским филиалом ЦНИИТС для условий односторонней сварки сталей 10ХСНД толщиной 12…14 мм была разработана технология сборки стыковых соединений судокорпусных конструкций, исключающая операцию строжки и подварки корня шва с использованием подкладной ленты ЛМС-4. Крепление ленты к обратной стороне стыкового соединения осуществлялась с помощью фольгоплена. Механизированная сварка в среде защитных газов выполнялась на типовом оборудовании, п/автомате ПДПГ-500 проволокой Св-08Г2С диаметром 1,2…1,4 мм. При отработке технологии сварки было установлено, что самым оптимальным является зазор в диапазоне 3…6 мм.

При сварке судового набора из стали 09Г2 возникают проблемы технологической прочности конструкций сваренных односторонней сваркой на различного рода формирующих устройствах. Это привело к необходимости выделить и изучить особенность температурных условий формирования обратной стороны шва при сварке на подкладной ленте и стержне, а также, для сравнения при сварке на медной подкладке с тонким слоем стекловолоконной ленты, керамической и медной подкладке. В ходе эксперимента записывали термические циклы в контролируемых точках с помощью многоканального светолучевого осциллографа.

24

Проведенные испытания особенностей технологического процесса позволили установить изменения температуры в шести контрольных точках, расположенных вдоль оси шва для каждой схемы применения формирующих материалов. Время пребывания выше температуры критических точек Ас₁ и Ас₃ различно и имеет бόльшее значение для сварки на стекловолоконных материалах и наименьшее значение для сварки на медной подкладке (рис. 13).

1,2 - гибкая подкладная лента и стержень; 3 - медная подкладка с тонкой стеклолентой; 4 - керамика; 5 - медная подкладка.

Рис. 13. Кривые распространения теплоты в точке y=0,5 см (а) и y=0,8 см (б)

при сварке на подкладных материалах

При односторонней автоматической сварке под флюсом стыковых соединений в горизонтальном положении на вертикальной плоскости основные трудности возникают из-за несимметричного валика с обратной стороны шва. Отсутствие данных о формировании обратного валика при односторонней сварке в горизонтальном положении на вертикальной плоскости и роли основного и электродного металла в этом процессе создало трудности при разработке технологии сварки. С целью оценки влияния и распределения основного и электродного металла в объеме сварочной ванны были проведены испытания особенностей технологического процесса при сварке стали 0Н6 проволокой 06Х15Н60М15 диаметром 2мм под керамическим флюсом ЖР-5. Для решения этой задачи была отработана методика с использованием радиоактивных изотопов (индикаторов). В качестве индикатора применяли радиоактивный изотоп углерод-14, первоначально вводимый в проволоку, а затем наносимый на поверхности свариваемых кромок.

Сварку пластин 11×200×600 мм с односторонней разделкой кромок проводили на опытном образце автомата для сварки под флюсом в горизонтальном положении на вертикальной плоскости. Режим сварки: ток сварки - 280…320 А, напряжение на дуге - 30…34 В, скорость сварки - 20…25 м/ч. Ток постоянный, обратной полярности.

Для формирования обратной стороны шва использовались подкладные ленты с тугоплавкими и легкоплавкими формирующими слоями. В первом случае обеспечивалось минимальное проплавление и небольшое усиление обратного валика шва (рис. 14,а). Во втором, размеры обратного валика шва оказались более значительны. (рис. 14,б).

25

Рис.14. Макроструктура швов, выполненных односторонней сваркой на тугоплавкой (а) и легкоплавкой (б) подкладной ленте

Рис. 15. Распределение углерода при сварке на гибких подкладных лентах с использованием тугоплавкого (а) и легкоплавкого (б) формирующих слоев при введении углерода в сварочную проволоку

Авторадиограммы, представленные на рис. 15, показывают распределение изотопа углерода-14 в корне шва и усиления с обратной стороны. В первом случае, при ограниченном усилении, обратный валик почти полностью состоит из электродного металла. При использовании легкоплавкого формирующего материала развар нижней кромки основного металла способствует перемешиванию основного и электродного металла, о чем свидетельствует интенсивность почернения авторадиограмм.

Широкий опыт внедрения технологии односторонней сварки плавящимся электродом углеродистых и легированных сталей с использованием гибких лент и стержней в СССР позволил запатентовать данные технические решения в ФРГ и США

26

и провести испытания с целью использования данных материалов и технологии при производстве металлоконструкций из сталей нормальной прочности марок А…Д, в том числе А32, А36, Д32, Д36 для судостроения. Испытания проводились в учебно-исследовательском центре немецкого союза сварщиков в г. Дуйсбурге (DVS).

На основе проведенных сварочно-технологических и механических испытаний, Germanisher Lloyd от 11.09.1991 г. подтвердил допуск к эксплуатации в соответствии с нормами на сварочные работы в судостроении следующие методы сварки:

- полуавтоматическая сварка в среде смеси СО₂ и аргона («Коргон 2») сварочной проволокой типа Хеш Беко 2 (WDΙ) на сталях марок А…Д толщиной от 4 до 25мм с использованием подкладных лент марки ГПЛ и стержней марки ГПС.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ

1. Формирование обратной стороны шва в настоящее время обеспечивается стандартными сварочными материалами - флюсами, порошковыми проволоками, электродами для ручной дуговой сварки, созданными без учета многочисленных гидродинамических, физических и физико-химических особенностей формирования обратного валика шва.

2. Гидродинамические схемы перемещения расплава в сварочной ванне идентифицируют возникновение нестабильности размеров обратного валика по ширине и высоте. Объемные силы влияют на образование валика по высоте, а поверхностные силы ответственны за стабильность валика по ширине и форму перехода от усиления шва к основному металлу.

3. Поверхностное натяжение шлакового расплава в диапазоне 480…650 мдж/м² и динамическая вязкость расплава в диапазоне 2…5 Па·с при температуре 1550…1650˚С гарантируют стабильность размеров обратного валика с отклонениями ±1мм по высоте и ±1,4мм по ширине обратного валика.

4. Стабильность размеров обратного валика шва характеризуется К_кс=(0,2-2,0) безразмерным коэффициентом устойчивости кластерных систем в шлаковом расплаве в соотношении Е_η=К4πr²σ и объемом разупорядоченной зоны, отличающихся друг от друга различной энергией активации вязкого течения и силой интерионного взаимодействия.

Характеристики

Список файлов диссертации