Содержание к диссертации
Стр.
Введение 4
Глава I. Направления и перспективы разработки
самозащитных порошковых проволок для
сварки в монтажных условиях 10
І.І.Макрохимическая неоднородность металла
шва при сварке порошковыми проволоками II
1.2.Порообразование при сварке самозащитны
ми порошковыми проволоками 18
І.З.Цель и задачи работы. .... 28
Глава 2. Получение оптимальной макрохимической
однородности наплавленного металла при
сварке порошковой проволокой основного типа 31
2.1.Разработка схемы взаимодействия шихты
порошковой проволоки с оболочкой при
ее плавлении 31
2.2,Исследование влияния режима сварки и
параметров проволоки на переход леги
рующих элементов на стадии капли 38
2.3.Влияние параметров проволоки на макро-
химическую однородность металла шва 57
2.4.Выводы по главе 62
Глава 3. Пути повышения стойкости против порообразова
ния при сварке порошковой проволокой
основного типа 64
3.1.Причины образования пористости и меры,
применяющиеся для ее устранения, при
сварке порошковыми проволоками основно
го типа 64
3.2. Закономерности абсорбции азота на
стадиях капли и ванны 71
3.3. Сравнение аналитического и расчетного
содержания азота на стадиях капли и
ванны в зависимости от состава шихты. . 77
3.4. Выводы по главе 3 97
Глава 4. Разработка и внедрение самозащитных порош-'
ковых проволок для сварки в монтажных
условиях 99
4.1. Усовершенствование порошковой проволоки
марки СП-2 99
Разработка порошковой проволоки марки СД-3 108
Разработка самозащитной порошковой проволоки
марки СЯ-5 115
4.4. Внедрение и экономический эффект разработан
ных самозащитных порошковых проволок для
сварки в монтажных условиях 119
4.5. Выводы по главе 4 130
Общие выводы 131
Литература 133
Приложение I. Акт Главстальконструкции 146
Приложение 2. Акт ДЭИЗСМ 148
Приложение 3. Акт-отзыв Главметаллургмонтажа 150
Введение к работе
В решениях ХХУІ съезда КПСС взят курс на ускорение научно-технического прогресса и в документе "Основные направления экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и до 1990 г.", определяющем по существу XI пятилетний план и дальнейшее развитие СССР в девяностые годы, предусмотрено интенсивное развитие прогрессивных технологических процессов, обеспечивающих одновременно высокую производительность и повышение качества продукции.
Одним из способов повышения производительности сварочных работ, особенно на монтаже, является применение полуавтоматической сварки порошковыми проволоками.
Академик Б.Е.Патон, оценивая перспективы развития сварки в нашей стране, отметил эффективность применения порошковых проволок, указав на целесообразность дальнейшего развития этого спо -соба дуговой сварки [71].
Сварка порошковыми проволоками обладает несомненными преимуществами по сравнению со сваркой покрытыми электродами, сваркой в углекислом газе, а в некоторых случаях и сваркой под флюсом.Высокие производительность процесса и качество металла шва и сварных соединений, хорошие формирование и внешний вид сварных швов, возможность визуального наблюдения за дугой при выполнении швов различной конфигурации и типоразмеров - все это предопределило большой интерес потребителей к этому сварочному материалу.
За рубежом наибольшее применение порошковая проволока находит в США, Японии и ФРГ, хотя и другие передовые в промышленном отношении страны непрерывно увеличивают объем сварки этим материалом [106,110,111,ИЗ,123,125]. Порошковые проволоки применяются зарубежными фирмами очень широко в тяжелом, дорожном, транспорт-
ном и сельскохозяйственном машиностроении, при изготовлении и монтаже строительных металлоконструкций [107,117,119]. Практически на большинстве заводов все ответственные конструкции, изготавливаемые
из металла средних и больших толщин, свариваются порошковыми проволоками [116,І2Ї]. Анализ технико-экономических показателей различных способов механизированной дуговой сварки, применяющихся в США, показал, что доля потребления порошковой проволоки непрерывно возрастает, составив 15$ всего потребления присадочного металла. Прогноз, что "применение ... сварки порошковой проволокой будет непрерывно возрастать за счет сокращения объема сварки покрытыми электродами", оправдался: уже в 1980 г. порошковые проволоки составили более 25$ всего присадочного металла, расходуемого в США [108]. Аналогичная тенденция имеет место и в Японии [14].
В нашей стране в период 1979-1982 гг. ежегодно изготавливалось 15,0-16,0 тыс.тонн порошковой проволоки, из которой 80-85$ приходилось на порошковую проволоку для сварки в углекислом газе, преимущественно марки ПП-АН8. Из самозащитных порошковых проволок (рис.1) наибольшее распространение получила проволока марки СП-2, производство которой ежегодно составляло 650-900 тонн. Объем про-изводства каждой из самозащитных проволок марок ПП-АБЗ, ПП-ЭДСК, ППТ-7, ППВ-5, ШІ-АНІ9 не превышал 200 тонн. Однако потребности монтажных организаций в самозащитных порошковых проволоках значительно превосходят объемы их производства. Так, только по Минмон-тажспецстрою СССР согласно заявкам на 1984-1985 гг. ежегодно требуется более 3,5 тыс.тонн самозащитных порошковых проволок. За последние годы в нашей стране реконструировались ранее действовавшие предприятия- изготовители порошковых проволок и построен ряд новых, например, Днепропетровский экспериментально-исследовательский завод сварочных материалов, на котором объем производства порошковых проволок к 1985 г. должен достигнуть 10,0 тыс.тонн.
РисЛ. Характеристики типичных самозащитных порошковых проволок
Причинами, сдерживающими рост производства самозащитных порошковых проволок в настоящее время, являются следующие: I) низкая технологичность изготовления порошковых проволок из лент толщиной менее 0,5 мм и сложной конструкции сечения; 2) дефицитность холоднокатаных лент толщиной 0,2-0,3 мм; т.е. лент, из которых изготавливаются практически все самозащитные порошковые проволоки; 3) отсутствие каких-либо научных рекомендаций по построению и изготовлению порошковых проволок. В отличие от самозащитных порошковые проволоки для сварки в углекислом газе, например, ПЛАТО, изготавливаются из ленты 0,5x12 мм простого трубчатого сечения, что делает возможным формование такого профиля и волочение проволоки на скоростях 250-350 м/мин, типичных для нового высокопроизводительного оборудования, которым оснащены практически все
действующие в настоящее время заводы по изготовлению порошковых проволок. Поэтому разработка самозащитных порошковых проволок, технологичных в производстве, является весьма актуальной задачей.
Следует отметить, что в последнее время все большее применение начинают находить упрочненные стали, более сложные в метал -лургическом отношении, чем низкоуглеродистые. Так, например, в организациях Минмонтажспецстроя СССР широко применяется сталь марки І6Г2А.Ф и другие класса С 60/45 при сооружении резервуаров, несущих колонн и других ответственных металлоконструкций [56]. В связи с этим возникла необходимость разработки высокоэффективных самозащитных порошковых проволок для сварки сталей повышенной и высокой прочности в монтажных условиях, обеспечивающих получение качественного сварного шва с высокой степенью его работоспособности.
Накопленный опыт показал, что создание порошковых проволок, т.е. определение состава шихты, соотношения газошлакообразующих компонентов и металлической части, конфигурации сечения и разме-
ров токоведущей оболочки, производится эмпирически, путем проведения многочисленных трудоемких экспериментов.
Анализ состояния вопроса позволил сделать вывод, что в настоящее время при создании самозащитных порошковых проволок возникает ряд трудностей, связанных в основном с отсутствием комп -лексного подхода и систематизированных сведений как при конструировании, так и при изготовлении порошковых проволок. Поэтому целью данной работы является разработка научно обоснованных рекомендаций по созданию самозащитных порошковых проволок, технологичных в изготовлений, для сварки сталей в монтажных условиях.
На защиту выносятся следующие положения:
Предложена схема взаимодействия расплавленного металла оболочки проволоки с ее шихтой при сварке самозащитной порошковой проволокой, описывающая взаимодействие капель с некоторым слоем шихты толщиной Д , контактирующим с оболочкой. Величина толщины этого слоя не зависит от параметров проволоки, теплофизичес-ких свойств шихты и определяется только плотностью тока j .
Показано, что полнота взаимодействия расплавленного металла оболочки с шихтой на стадии капли характеризуется долей шихты
л , полностью прореагировавшей с металлом капель, которая определяется величиной Д и внутренним радиусом проволоки Tj . Построенное на основе принятой схемы уравнение, связывающее указанные параметры, позволяет предусмотреть оптимальный коэффициент л , если при заданном режиме сварки выбрать определенные значения диаметра проволоки и толщины оболочки.
3. Установлена прямая зависимость между предложенным коэффи
циентом л и макрохимической однородностью металла шва. Это поз
воляет рассчитывать параметры проволоки, обеспечивающей в зависи
мости от режима сварки требуемую макрохимическую однородность на
плавленного металла.
Установлено, что влияние шлаковой фазы определяется ее воздействием на кинетику плавления основного и присадочного металла, на размер поверхностей активного взаимодействия на стадиях капли и ванны, при оценке влияния шлаковой и газовой фаз на защиту зоны сварки от взаимодействия с азотом воздуха в зависимости от состава шихты. Получены количественные характеристики этой зависимости.
Установлено, что с ростом основности шлака В от 0,86 до 6,0 количество азота в шве, вносимого каплями, увеличивается с 25$ до 46$, при этом количество азота, поглощенного в ванне, уменьшается с 60$ до 40$. Роль газовой фазы сводится к уменьшению парциального давления азота в зоне сварки. Оптимальное содержание мрамора в шихте 5-10$ при основности шлака В = 3,0-4,0
