Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
1. Особенности изготовления сварных конструкций дуговой
сваркой в СОг плавящимся электродом 8
Основные направления развития, преимущества и недостатки дуговой сварки в углекислом газе 8
Меры борьбы по снижению разбрызгивания и набрызгивания 13
Анализ известных защитных покрытий и их влияние на механические свойства, и химический состав сварного соединения " 18
1.4. Современное состояние и тенденции развития
исследования свойств различных материалов при помощи
методов реологии 45
1.5. Цель и задачи исследования 56
2. Исследование взаимодействия капель (брызг)
расплавленного металла с поверхностью свариваемого изделия
при сварке в С02 60
2.1. Формообразование и теплообмен капель расплавленного
металла с поверхностью свариваемого изделия 60
2.2. Исследование характера взаимодействия капель
расплавленного металла с поверхностью свариваемого
изделия 70
2.3.Исследование температурных полей в зоне контакта
капель расплавленного металла с поверхностью свариваемого
изделия 85
2.4. Определение допустимой минимальной толщины
защитного покрытия 92
Выводы по главе 2 100
3. Исследование вязкостных и технологических свойств
защитных покрытий, приборы и методики 103
3.1. Вискозиметры и установки для исследования
реологических свойств текучих материалов 103
3.2. Приборы и методики для исследования вязкостных
свойств защитных покрытий 113
3.3. Методика исследования процессов нанесения защитных
покрытий 116
3.4. Исследование влияние концентрации компонентов
состава защитных покрытий на условную вязкость покрытий 120
3.5. Исследование влияния скорости сдвига на динамическую
вязкость защитных покрытий 127
3.6. Исследование влияния концентрации наполнителя на
защитные свойства покрытий 132
3.7. Исследование влияния температуры на условную
вязкость защитных покрытий 139
3.8. Исследование работоспособности сварных соединений из
низкоуглеродистых и низколегированных сталей с применением
защитных покрытий 142
3.8.1. Механизм распределения теплоты в сварных
соединениях, выполненных с применением защитных покрытий. 142
3.8.2. Механические свойства и химический состав сварных
соединений, выполненных с применением защитных
покрытий 148
3.8.3. Макро- и микроструктурный анализ сварных
соединений, выполненных с применением защитных покрытий... 155
3.8.4. Изменение ударной вязкости и предела прочности
сварных соединений в зависимости от толщины защитного
покрытия 167
Выводы по главе 3 171
4. Анализ соответствия свойств защитных покрытий
предъявляемым требованиям 173
Анализ соответствия защитных покрытий достаточной эффективной термостойкости 173
Анализ соответствия защитных покрытий достаточной смачиваемости поверхности свариваемых изделий 175
4.3. Влияние защитных покрытий на разбрызгивание
электродного металла при сварке в СОг 177
4.4 Перемешивающие устройства, применяемые для
приготовления защитных покрытий 183
4.5. Теплообмен при приготовлении защитных
покрытий
4.6. Соответствие защитных покрытий при сварке в
углекислом газе предъявляемым требованиям 197
Выводы по главе 4 205
5. Практическая реализация результатов исследований и
другие вопросы снижения набрызгивания 207
Эффективность применения защитных покрытий при сварке в С02 207
Влияние защитных покрытий на газопылевыделения в зоне дыхания сварщика при сварке С02 214
Разработка и применение методики прогнозирования состава покрытия с учетом текучести, защитного свойства и вязкости 218
Нанесение защитных покрытий с учётом их вязкостных свойств 227
5.5. Разработка состава наполнителя для изоляционных
втулок к сварочным горелкам 229
Выводы по главе 5 232
Основные выводы и результаты работы 234
Список литературы 238
Приложения 258
Введение к работе
Сварка в углекислом газе занимает одно из ведущих мест во всех отраслях промышленности, в том числе и в машиностроении, как у нас в стране, так и за рубежом.
Существенным недостатком способа сварки в СОг является повышенное разбрызгивание металла и связанное с ним набрызгивание поверхности свариваемых изделий, сборочно-сварочных приспособлений и деталей сварочной аппаратуры, что приводит к увеличению трудоемкости операции очистки этих поверхностей от брызг расплавленного металла на 30 - 40 %, расход виброинструмента и энергии. Забрызгивание газоподводящего сопла горелки ухудшает защиту зоны сварки и приводит к образованию пор в металле шва, а также вызывает дополнительный нагрев деталей сварочной горелки, что приводит к преждевременному выходу из строя сопел, изоляционных втулок и токоподводящих наконечников. Анализ заболеваемости виброболезнью рабочих, занятых на операции очистки поверхностей от брызг расплавленного металла, показывает, что предрасположенность к болезни появляется через 7...8 лет, а сама болезнь наступает через 10 лет работы.
Выявлению природы и мерам борьбы с разбрызгиванием посвящены работы Б.Е. Патона, А.Г. Потапьевского, В.Я. Лаврищева, И.И. Зарубы, Н.Г. Дюргерова, А.И. Акулова, В.К. Лебедева, Н.Ф. Медведенко, A.M. Попкова, В.В. Степанова, А.Ф. Князькова, Н.М. Будника, работы сотрудников ЦНИИТМАШ, ИЭС им Е.О. Патона и др. В данном направлении ведутся работы по выбору оптимальных режимов сварки в ССЬ, при которых разбрызгивание минимальное; созданию систем, обеспечивающих управление переносом электродного металла; разработке сварочных материалов, стабилизирующих горение дуги и влияющих на перенос электродного металла, а также по использованию смесей газов.
Другое направление характеризуется борьбой с последствиями разбрызгивания - набрызгиванием. В этом направлении известны работы В.Т. Федько и сотрудников кафедры «Сварочное производство» ЮТИ ТПУ. Уменьшение набрызгивания обеспечивается тем, что поверхность металла, подлежащего сварке, покрывается защитным слоем в виде раствора веществ -защитного покрытия (ЗП), высыхающего перед сваркой и препятствующего прилипанию брызг к основному металлу. Снижение забрызгивания деталей сварочной аппаратуры обеспечивается нанесением на сопло горелки ЗП, термостойких красок, азотированием их поверхности, а также изменением конструкции сварочной горелки.
Эффективная защитная способность ЗП зависит от ряда предъявляемых к ним требований, главным из которых следует считать термостойкость компонентов покрытия, достаточность которой зависит от характера
взаимодействия брызг расплавленного металла с поверхностью свариваемого изделия. Механизму сцепления брызг с поверхностью, а также комплексу исследований защитных покрытий по степени соответствия их к предъявляемым требованиям посвящены работы В.Т. Федько. Однако дальнейшее развитие и дополнение теории взаимодействия брызг с поверхностью позволит повысить защитные свойства покрытий, особенно при изготовлении сварных конструкций из низко и среднелегированных сталей при производстве горно-шахтного оборудования, магистрального трубопроводного транспорта и т.д.
Анализ известных данных по исследованию средств снижения набрызгивания показал, что малоизученными также остаются физико-химические свойства ЗП, такие как вязкость и текучесть, и отсутствуют комплексные методики прогнозирования состава покрытия.
При нанесении покрытия на поверхность изделия его компоненты попадают в зону сварки и сварной шов, что приводит к изменению механических свойств и химического состава сварного соединения. Эти изменения оказывают существенное влияние на прочность, работоспособность, надежность и точность изготовления конструкций при сварке с применением ЗП. Анализ показал, что вопросы по влиянию ЗП на функциональные характеристики сварных конструкций остаются также малоизученными.
Поэтому решение вышеперечисленных задач позволит повысить прочность, работоспособность, надежность и точность изготовления конструкций с применением защитных покрытий, что является актуальной проблемой, как в научном, так и в практическом плане.
Работа состоит из пяти глав:
В первой главе дан критический анализ применяемых мер борьбы с разбрызгиванием и набрызгиванием, определены требования и обоснована целесообразность применения покрытий, наносимых на изделие для защиты его поверхности от брызг расплавленного металла, проанализировано современное состояние и тенденции развития исследования свойств различных материалов при помощи методов реологии, выбраны методы и методики проведения исследований, сформулированы цель и задачи исследования.
Во второй главе изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований взаимодействия брызг расплавленного металла с поверхностью свариваемого изделия, обоснованы меры, исключающие или ослабляющие сцепление брызг с изделием и сварочной аппаратурой. Представлены результаты исследований температурных полей в зоне контакта капли с поверхностью и методика определения допустимой минимальной толщины слоя защитных покрытий в зависимости от режима сварки, теплофизических характеристик покрытия, температуры капли в
момент контакта, контактного диаметра взаимодействия капли с поверхностью и толщины свариваемого изделия.
В третьей глав& приведены приборы и методики проведения экспериментов по исследованию физических (вязкость, текучесть), защитных и технологических (влияние покрытий на механические свойства и химический состав сварных соединений) свойств покрытий. Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований физико-химических и технологических свойств защитных покрытий: влияние концентрации компонентов состава защитных покрытий на условную вязкость покрытий, влияние скорости сдвига на динамическую вязкость покрытий, влияние концентрации наполнителя на защитные свойства покрытий. Приведены экспериментальные данные исследования работоспособности сварных соединений, выполненных с применением защитных покрытий.
В четвертой главе рассмотрены влияния покрытий и их компонентов на электрические и технологические характеристики процесса сварки, их термостойкость, смачиваемость поверхности свариваемых изделий и реологические свойства. Проведена классификация защитных покрытий по характеру связующего вещества и изменения вязкости под действием скорости сдвига. Показаны наиболее эффективные покрытия с точки зрения требований предъявляемых к ним. Даны технологические рекомендации по выбору перемешивающего устройства для приготовления защитного покрытия в зависимости от температуры связующего. А также представлены результаты разработки технологических рекомендаций по применению защитных покрытий в производстве.
В пятой главе посвященной результатам внедрения теоретико-экспериментальных исследований в производство, рассмотрены технико-экономические и санитарно-гигиенические характеристики процесса сварки в углекислом газе с применением ЗП, представлены результаты разработки и применения методики прогнозирования состава покрытия с учетом текучести, защитного свойства и вязкости, предложены эффективные средства, снижающие трудоемкость изготовления сварных конструкций, а также рассмотрено нанесение защитных покрытий с учётом их вязкостных свойств.
