Введение к работе
Диссертационная работа посвящена решении научной задачи нахождения путей управления качеством технологического процесса сварки самоэацитной порошковой проволокой и свойствами сварных швов черва композицию сердечника проволоки и разработке на этой основе новой проволоки, обладающей повышенной технологической надежностью ъ реальных условиях производства сварных конструкций.
Актуальность темы. Применение порошковой проволоки взамен птучных электродов при сварке позволяет повысить эфф"ктивностъ процесса сварки ( снизить стоимость и увеличить производительность), а использование самозащиткых композиций позволяет максимально упростить технологию и выполнять качественные сварные соединения, исключая необходимость использования защитных газов или флюса.
Опыт использования в сварочном производстве проволок трубчатой конструкции типа ПП-АН1, ПП-2ДСК, ПП-АН6, ПП-АН2М, СП-1,СП-2, ППВ-4, ППВ-5, ППТ-9 и др. обнаружил их недостаточную технологическую надежность: нестабильность качественных показателей сварные соединений, выполняемых в реальных условиях производства. В то же время, использование двухслойных самозащитных проволок типа ПП-АНЭ, ПП-АН7, удовлетворяющих требованиям производства, в последние годы существенно ограничено ввиду высокой стоимости тонкой (0,15 -0,2мм) холоднокатаной ленты, необходимой для изготовления этих проволок.
В связи с этим, существует вопрос расширения технологических возможностей процесса сварки трубчатой самозздитиой порошковой проволокой за счет разработки композиций сердечника, позволяющей снизить чувствительность процесса к неблагоприятным вне ътл воздействиям, которые представляют собой случайные отклонения от номинальных требований технологических рекомендаций и инструкций. Прп этой необходимо обеспечить заданный уровень механических свойств сварного соединения: временного сопротивления разрыву металла шва не ниже БОО Шз при относительном удлинении не менее 20% и удзрной вязкости ( по Езрпп ) при температуре испытаний -20С не ниже 35 Дж/см2, что соответствует типу ПС-44А2В по ГОСТ 26271-84.
Целью работы является разработка новой трубчатой саьлзащитной перопковэй проволоки типа ПС-44-А2В по ГОСТ 26271-84, изготавливаемой из недорогой стальной ленты, обеспечивающей стабильность получения качественных соединении в реальных условиях производства.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе ре оаются следующие задачи:
-
С учетом реально существующих на производстве воэмущени технологических параметров процесса сварки, выбираются критери оценки качества сварочных порошковых проволок и разрабатываются ме тодика и оборудование для объективной оценки сварочно-технологичео ких свойств проволок.
-
Исследуются способы предупреждения появления дефектов (пре имущественно пористости) при сварке трубчатыми саыозащитными прово локами.
-
Решается вопрос оптимального легирования саыоэащитной про волоки и выбора состава газошлакообразующей части сердечника с по Вицин предупреждения пористости и обеспечения стабильности требуе шх механических характеристик.
4. Разрабатывается порошковая проволока повышенной технологи ческой надежности и технологический регламент ее использования.
Научная новизна работы.
Установлены величины рассеяния технологических факторов, ха рактерные для существующего сварочного оборудования и сдоживтейс культуры производства: напряжение на дуге - +6Х при длительности д 0,2 о и -15Х при 1 о; скорость подачи - +50,-?0Х при длительност до 1 о; скорость сварки ±Б0Х при длительности до 3 с. Установле ны граничные характеристики неблагоприятных условий сварки:- содер жание влаги в проволоке - до 0,3%, ветровой поток - до 12 м/с; на личие ржавчины - до Зг на 100 мм кромок. Исходя из этого, выбран критерии объективной оценки отдельных показателей качества и раэра Сотана методика определения комплексного показателя качества, само защитной порошковой проволоки.
С использованием разработанной методики для самоэащитных по рошювих проволок установлены закономерности влияния возмущений па раметров процесса сварки на качество сварного соединения, заключай циэся в том, что наиболее опаоныш: о точки зрения дефектообразова ния является возмущения, изменяющие металлургические процессы и отадии кашш: напрялешіе на дуге, ветровой поток, присутствие ряав чины и влаги, а наиболее тшшздш дефектом является пористость каа Доказана необходимость введения в проволоку питридообразующих аде менте э при сварке самоэащитной порошковой проволокой трубчато конструкции в условиях существенных отклонений основных технологи
шских факторов с целью предотвращения образования пористости, выпеваемой азотом.
Математическим моделированием обоснована концепция управления іроцессом поглощения агота расплавленным металлом посредством свя-)ывания его в стойкие нитриды. Установлено, что применение в соста-іє шихты титанового порошка, в отличии от ферротнтана, позволяет голее эффективно предотвращать пористость швов: при легировании че-зез сердечник проволоки карбонатно-флюоритного типа, минимальная сонцентрация титана в сварном шве, обеспечивающая предупреждение гористости, составляет 0,187. при введении в шихту 25Х-ного ферроти-гана и 0,17. - при введении порошка титана. Подтверждено улучшение лабильности горения дуги при применении титана взамен ферротнтана.
Для случая комплексного введения в шихту проволоки карбонат-го- флюоритного типа титанового порошка, ферромарганца и ферросилиция установлен диапазон оптимального легирования металла шва (в X):, :i - 0,08...0.16, Mn - 0,9...1,3, Si - 0,1...0,3. Такое комплексное іегирование обеспечивает получение сплошных швов с требуемыми пока-іателями механических свойств, в частности, предел текучести не ни-іе 440 МПа, относительное удлинение не ниже 24Х; ударная вязкость ;CV-2o не пиле 40 Да/см2.
Показана эффективность гидрофобиэации шиты для предотвращения гористости, вызываемой водородом и обосноват выбор типа гидрофоби-іатора (жидкость 136-41). Доказана необходимость увеличения темпе->атуры предварительной прокалки проволоки с 250 до 300-330С для іостижения удовлетворительных сварочно-технологических свойств. С ^пользованием комплексного термического анализа показана воэмож-гость такого повышения температуры прокалки проволок в~иду эамедде-[ия процессов окисления металлических порошков сердечника за счет іленки субоксида кремния, образующейся на поверхности частиц при изложении гидрофобиэатора.
Практическая ценность и реализация результатов работы. На ос-гавании проведенных исследований разработана самозащитная трубчатая горошковая проволока типа ПС-44-Л2В по ГОСТ 26271-84, характеризуемся повышенной технологической надежностью.
Применение разработанной проволоки позволяет обеспечить треОу-!Мое качество сварных соединений и существенно снизить вероятность юявления дефектов, вызванных случайными возмущениями в условиях [роизводства.
Реализации работы осуществлена путей проведения производственных испытаний на АО " Криворожстальконструкция", АО "Киевметалл-пром", Краснолучском машиностроительной заводе.
На ваддату выносятся:
1.Методика комплексной объективной оценки свойств электродных материалов и практические решения по автоматизации испытаний порошковых проволок.
2.Результаты исследований влияния возмущений параметров процесса оварки (скорости сварки, скорости подачи, напряжения на дуге, состояние поверхности основного металла ) на качество сварного соединения при сварке самоэащитными проволоками.
3.Теоретически полученные и экспериментально подтвержденные закономерности поглощения азота металлом и связывания его в нитриды при введении в сердечник проволоки металлического титана, ферроти-тана и порошка алюминия. Обоснование применения металлического титана и установленный уровень рационального легирования титаном шва для случая использования этого компонента.
4.Выявленные возможности улучшения сварочно-технологических свойотв и технологической надежности самоэащитной порошковой проволоки за счет гидрофобиэации шихты и увеличения температуры предварительной прокалки, проволоки перед сваркой.
Б.Разработанная композиция сердечника порошковой проволоки карОонатно-фдьоритного типа при использовании порошкового титана в качестве нитридообразуюшей составляющей шихты.
Апробация работы. Основные положения диооертоциониой работы докладывались и обсуждались на 7 Всесоюзной конференции по сварочным материалам 1987г. в г.Одессе, 10 Всесоюзной конференции по сварочным материалам 1990г. в г.Краснодаре, 11 Всесоюзной конференции по сварочным материалам 1991 г. в г.Никополе, 'семинаре отдела 10 ИЭС, технолоптческом семинаре ИЭС в 1997 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано Б работ, в т.ч. одно изобретение, пецана заявка на патент.
Структура и объем диссертации. Диосертация состоит из введения, 6 глав, основных выводов, описка литературы ив 116 наименова-. вий и приложений. Работа изложена на 100 отр. машинописного текста оодьряит 44 ркоунка я 18 таблиц.