Диссертация (Разработка технологических приемов модифицирования металла шва наноразмерными частицами с применением порошковых проволок при сварке под флюсом), страница 10

Схема вырезки образцов из сварныхсоединений представлена на Рис. 3.4.Выбор образцов по типу Х ГОСТ 6996 обусловлен толщиной свариваемыхпластин равной 8 мм. Требования к образцам представлены на Рис. 3.5.Таким образом, было получено не менее 5 образцов из каждого сварногосоединения, выполненного с различными порошковыми проволоками наразличных режимах.Измерение стойкости металла шва к ударному изгибу проводили припомощи маятникового копра ИО 5003-0,3-1, предварительно охладив образцы дотемпературы -20⁰С.67а)б)Рис. 3.4.Область вырезки образцов для испытания ударной вязкости металла шва а)вид сбоку, б) вид сверхуРис.

3.5.Требования к образцам на ударный изгиб тип Х по ГОСТ 6996Послеиспытаний,полученныезначенияоценивалиметодамистатистического анализа, с определением среднего значения, а также величиныотносительного разброса значений ударной вязкости и доверительногоинтервала значений ударной вязкости.Статистическая обработка результатов измерения ударной вязкости металлашва, проводилась в соответствии с рекомендациями ГОСТ Р 8.736 при помощипрограммного комплекса Mathcad. Для результатов измерений ударной вязкостипроводилась проверка гипотезы о нормальном распределении значений ударнойвязкости внутри каждой серии испытаний по составному критерию для объемаизмерений 15<n≤50.68Статистическая обработка результатов измерений ударной вязкостипроводилась в 2 этапа.На первом этапе, исходя из предположения о нормальном законераспределения полученных значений по формуле (3.15) рассчитывались среднееарифметическое значение, значение среднего квадратического отклонения (3.16)и смещенного среднего квадратического отклонения (3.17).x− =SСКО = √∑Ni=1 xiN2∑Ni=1(xi −x− )N−1SСМЕЩ = √(3.15);2∑Ni=1(xi −x− )N(3.16);;(3.17)Где x_– среднее арифметическое значение выборки, SСКО– среднееквадратичное отклонение выборки, Sсмещ– смещенное среднее квадратичноеотклонение выборки, N – количество значений в выборке, xi – i-тый элементвыборки.Далее для выборки проводили проверку на наличие грубых погрешностей.Для этого по формулам (3.18 и 3.19) определяли критерии G1 и G2.

Полученныекритерии сравниваются с теоретическим значением критерия Граббса GT. Приколичестве измерений N=25 и уровнях значимости 1% и 5% критерий ГраббсаGT составляет 3,135 и 2,822 соответственно [75].G1 =G2 =xmax −x−SСКОx− −xminSСКО;(3.18);(3.19)Если G1 и G2 не превышают значение GT, считается, что грубыхпогрешностей нет. В случае если один из критериев превышают значение GT,необходимо убрать из выборки минимальное или максимальное значениесоответственно и выполнить повторный расчет.На втором этапе проверяли гипотезу о нормальном распределении припомощи составного критерия.

В случае если оба критерия удовлетворяют69требованиям для данного объема выборки с заданными уровнями значимости,считается, что выборка подчиняется нормальному закону распределения. Вслучае если хотя бы один из критериев не удовлетворяет требованиям, считается,что выборка не подчиняется нормальному закону распределения.Первый критерий определяется по следующей формуле:d− =∑Ni=1|xi −x− |N∗SСМЕЩ;(3.20)Полученное значение должно находиться в интервале от d1-q/2 до dq/2. Где d1q/2и dq/2 являются граничными условиями критерия для определенногоколичества значений выборки при заданных уровнях значимости.

Для объемавыборки N=25 и уровней значимости 1% и 5% граничные условия 1-ого критериясоставляют соответственно:d1-q/2 = 0,7040 и 0,7360dq/2 = 0,8901 и 0,8686В случае если для выбранного уровня значимости выполняется условие: d1q/2<d_<dq/2 , переходят к расчету 2-ого критерия.Для определения второго критерия необходимо определить отклонениекаждого значения выборки от среднего арифметического по формуле:Δx = (xi − x− ) ;(3.21)Полученные значения сравниваются с критическим, определяемым поформуле (3.22).Δxкр = S ∗ zp⁄2 ;(3.22)Где zp/2 – верхний квантиль нормированной функции Лапласа, отвечающийвероятности p/2.

Для уровня значимости 1% составляет zp/2 = 2,33.При объеме выборки N=25 распределение является нормальным, если неболее чем 2 значения являются больше критического. При выполнении этого70условия считается, что совокупность измеренных значений, подчиняетсянормальному закону распределения.Далее для этих совокупностей были построены гистограммы распределенийи определены границы доверительного интервала с вероятностью 95,4%(интервал равный ±2SСКО). А также проведена оценка коэффициента вариации,определяемого по формуле (3.23).

Данный показатель измеряется в процентах идает возможность оценить степень рассеяния полученных данных. В статистикепринято [76], что, если коэффициент вариации меньше 10%, то степеньрассеивания данных считается незначительной, от 10% до 20% - средней, больше20% и меньше или равно 33% - значительной, значение коэффициента вариациине превышает 33%, то совокупность считается однородной, если больше 33%, то– неоднородной.=SСКОx_∗ 100% ;(3.23)Фрактографические исследования.

После механических испытаний наполученныхизломахобразцовбылиповеденыфрактографическиеисследования, которые включают в себя изучение излома, с применениемэлектронного микроскопа. В последнем случае так же существует возможностьопределения распределения химических элементов методом спектральногоанализа, по плоскости разрушения или в заданной точке на этой плоскости.Фрактографические исследования позволяют оценить долю хрупкого и вязкогоразрушения.В исследованиях были использованы растровые электронные микроскопы«Helios» и «VEGA TESCAN II» оснащенные дополнительным блоком дляпроведения спектрального анализа изучаемой поверхности.При фрактографическом исследовании проводили съемку поверхностиизлома с увеличением до 5000 раз, а также измерение химического состава поплощади 300х300мкм и в точках для вязкой и хрупкой составляющей излома, атакже по найденным неметаллическим включениям.71Анализ характера излома проводили согласно методикам, описанным в РД50-672 и ГОСТ Р ИСО 148-1, предусматривающим определение соотношениямежду хрупкой и вязкой составляющих излома, а также классификациюхарактера разрушения.

Оценку доли хрупкой и вязкой составляющих изломапроводили согласно следующим формулам:=х100% ; = (100 − ) ;(3.24)(3.25)Где Х – доля хрупкой составляющей излома в процентах, В –вязкая доляизлома в процентах, F = Fх + FВ – общая площадь поверхности излома, Fх –площадь хрупкой составляющей излома FВ - площадь вязкой составляющейизлома (Рис. 3.6.).Рис. 3.6.Характерные зоны излома3.3. Выбор схем сварки под флюсом с использованием разработанныхпорошковых проволокСогласно с результатами, полученными в ходе моделирования реакцийвещества, из которого состоят наноразмерные частицы, в сварочной ванне (Глава2), наноразмерные частицы необходимо вводить в зону расплава сварочной72ванны, характеризующейся минимальной температурой (менее 2000К).

Однако,моделирование проводилось с принятием ряда допущений, а кроме тогосуществует положительный опыт введения наноразмерных частиц в качествемодификаторов через электродный материал [29–36,38–41,43–52,54], поэтомунеобходимо использовать различные варианты ввода наноразмерных частиц сцелью проверки адекватности проведенных расчетов, а также определениявлияния на структуру и свойства металла шва наноразмерных частиц введенныхпри различных температурных условиях. Были рассмотрены следующие схемыпроцесса сварки (Рис.

3.7.), реализованные с применением разработанныхпорошковых проволок:1- введение порошковой проволоки в качестве присадочной в хвостовуючасть сварочной ванны (Рис. 3.7, а),2- введение порошковой проволоки в качестве присадочной в сварочную дугу(Рис. 3.7, б),3- введение порошковой проволоки в качестве электродной, при горениисварочной дуги на торце проволоки (Рис. 3.7, в)а)б)Рис. 3.7.Схемы ввода порошковой проволоки.в)Для последующего сопоставления полученных результатов при реализацииразличных схем введения модификаторов необходимо принять ряд ограничений:- объем сварочной ванны должен быть одинаковый во всех экспериментах.- оценка влияния различного состава наноразмерных частиц должнапроводиться на образцах с одинаковым количеством модификатора, вводимогов сварочную ванну.73При этом геометрия сварного соединения должна соответствоватьтребованиям [8].Введение порошковой проволоки в качестве присадочной в хвостовую частьсварочной ванны.

При этой схеме плавление части проволоки, погруженной всварочную ванну, происходит за счет температуры расплава сварочной ванны.Диапазон возможных скоростей усвоения сварочной ванной проволоки зависитв большей степени от применения дополнительного подогрева проволоки, таккак процесс сварки может осуществляться как с подачей проволоки в холодномвиде, так и с ее подогревом.Подача проволоки в холодном виде сопровождается дополнительным«захолаживанием» сварочной ванны. Однако способ имеет ограничения поскорости усвоения дополнительной присадки сварочной ванной.Подачаподогреваемойпроволокитакжесопровождается«захолаживанием» сварочной ванны, хотя и меньшим чем в первом случае.Данный способ имеет более широкие пределы усвоения дополнительнойприсадки сварочной ванной, так как скорость ее подачи будет зависеть восновном от степени подогрева проволоки.

Для подогрева проволоки возможныразличные технологические приемы, такие как: нагрев проволоки токамивысокойчастоты,нагревпроходящимтоком,нагревспиральныминагревателями и др. Наиболее технологичным из них является способ нагревапроволоки проходящим током.