Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время увеличивается объем применения сталей с покрытием из алюминия и алюминиевых сплавов. Главным достоинством этого материала является сочетание прочности, твердости и коррозионной стойкости, жаропрочности, окалиностоикости и др. Сталь с покрытием в основном используется в авиа-, автомобиле-, судостроении, химической промышленности. Ее применяют для изготовления деталей печей, теплообменников, трубопроводов для отвода горячих продуктов горения, глушителей автомобилей, бензобаков, рефлекторов, нагревательных приборов и т.д. Возможно применение при изготовлении нефтегазопроводов, поскольку сталь с алюминиевым покрытием обладает высокой коррозионной стойкостью к нефти и нефтепродуктам.
Однако получение равнопрочного сварного соединения из стали с алюминиевым покрытием затруднено из-за попадания в металл шва алюминия и оксида алюминия, значительно снижающих прочностные и пластические свойства соединения. Это ограничивает возможность применения такой стали.
Исследованию взаимодействия алюминия и стали при сварке стали с алюминием были посвящены работы В.Р. Рябова, Д.М. Рабкина, СМ. Гуревича, Р.С. Курочко, М.Х. Шоршорова, В. А. Колесниченко, Г.А. Бельчука, Ф.И. Раздуй, В.П. Ситалова, В.В. Трутнева, С. Токеси, Т. Ясуо, Пялл К. Айхори, Г. Шнитца, И. Вильдена, С. Джена, С. Райха. В работах этих авторов показано влияние алюминия на свойства металла шва. Результаты исследований процессов сварки сталей с алюминиевым покрытием приводятся в работах О.И. Стеклова, Н.П. Кармазинова, М.А. Сычевой, Е.Е. Зорина, И. Кунципала, где также установлено отрицательное воздействие алюминия на механические свойства метала шва.
Для предотвращения попадания алюминия в металл шва перед сваркой сталей с алюминиевым покрытием можно удалять слой покрытия. Однако это значительно повышает трудоемкость процесса, особенно при сварке тонколистового материала. В работе предложено создавать условия для удаления алюминия в процессе сварки, т.е. обеспечивать рафинирование металла сварочной ванны от алюминия.
Актуальность работы подтверждается выполнением ее части в рамках совместной российско-германской программы «Михаил Ломоносов - II».
Целью диссертационной работы является повышение механических свойств сварных соединений из тонколистовой стали с двухсторонним алюминиевым покрытием путем рафинирования металла сварочной ванны от алюминия.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
Исследован процесс формирования соединения при арго но дуговой сварке неплавящимся электродом низкоуглеродистых сталей с алюминиевым покрытием.
Исследовано влияние состава рафинирующих флюсов на химический состав и механические свойства сварных соединений из сталей с
алюминиевым покрытием, полученных аргонодуговой сваркой неплавя-щимся электродом.
Исследовано влияние состава активных защитных газов на химический состав и механические свойства сварных соединений из сталей с алюминиевым покрытием.
Разработана технология сварки тонколистовых сталей с алюминиевым покрытием.
Научная новизна работы заключается в выявлении основных закономерностей взаимодействия алюминиевого покрытия стали с металлом сварочной ванны и зоны термического влияния; в разработке подходов к управлению свойствами сварных соединений.
Выявлено, что в результате теплового воздействия при сварке сталей с алюминиевым покрытием в зоне термического влияния формируются последовательно расположенные области, разграниченные определенными температурными интервалами и характеризующиеся различным составом и структурой покрытия.
Установлено, что при аргонодуговой сварке в области зоны термического влияния, прилегающей к сварочной ванне и ограниченной температурой 1150С, происходит коагуляция и стекание алюминия в сварочную ванну, что приводит к повышению содержания последнего в металле шва и снижению прочностных и пластических свойств сварного соединения. При использовании в качестве защитной среды активных газовых смесей этого не происходит из-за образования на поверхности покрытия слоя оксида алюминия.
Показано, что при окислительном рафинировании сварочной ванны от алюминия по слою флюса системы «Na3AlF6 - CaF2 - МеО» происходит связывание оксида алюминия в легкоплавкие шлаковые системы с минимальной плотностью и максимальной растворимостью в ней, что позволяет существенно снизить содержание А1 и А1203 в металле шва и повысить механические свойства сварного соединения.
Практическая значимость. Разработан ряд технологических рекомендаций и составов флюсовых систем, позволяющих добиться эффективного рафинирования металла сварочной ванны от алюминия и повысить механические свойства сварных соединений, что послужило основой созданного технологического процесса сварки стали с алюминиевым покрытием.
Для ОАО «Торговый дом «Автотрансформатор» разработан и внедрен технологический процесс изготовления маслоохладителя трансформатора из стали 08кп с алюминиевым покрытием. Внедрение технологии сварки в среде смеси Аг+02 (70:30) с поддувом обратной стороны этой же смесью для изготовления маслоохладителей силовых трансформаторов позволило получить экономический эффект в размере более 500 000 рублей. Доля автора в экономическом эффекте составляет 30%.
Апробация работы. Материалы работы докладывались на 9 всероссийских и международных конференциях: Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Современные тенденции развития автомобилестроения в России». Тольятти, 2004; Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Современные тенденции развития автомобилестроения в России». Тольятти,
2005; Всероссийская научно-техническая конференция с международ-ным участием «Современные проблемы повышения эффективности сварочного производства». Тольятти, 2006; Четвертая международная научно-практическая конференция «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». СПб., 2007; II Международная научно-техническая конференция (Резниковские чтения) «Теплофизиче-ские и технологические аспекты управления качеством в машиностроении». Тольятти, 2008; Международная научно-техническая конференция «Пайка-2008». 10-12 сентября 2008, Тольятти; Пятая международная научно-практическая конференция «Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование». СПб., 2008. XII Международная научно-практическая конференция «Современные технологии в машиностроении», Пенза, 2008; Славяновские чтения «Сварка - XXI век», 4-5 июня 2009. Липецк.
По работе выполнено две хоздоговорные работы на общую сумму 200 000 руб. по темам: «Исследование физико-химических условий рафинирования при арго но дуговой сварке сталей по слою флюса», «Исследование процессов сварки сталей, покрытых алюминием». Получена премия за победу в областном конкурсе «Молодой ученый» в 2008 году и грант на научные исследования в Техническом университете г. Дрезден в рамках совместной российско-германской программы «Михаил Ломоносов - II» в размере 4 875 Евро.
Публикации. По материалам исследований опубликовано 23 работы, в т.ч. 7 статей в журналах, рекомендуемых ВАК; получено 5 патентов РФ на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов по работе, 3 приложений, библиографии, включающей 156 источников. Основной текст составляет 169 стр.
