Фізико-металургійні особливості та технологія дугового зварювання у воді низьколегованих сталей - Автореферат

Фізико-металургійні особливості та технологія дугового зварювання у воді низьколегованих сталейЗварювання під водою знаходить усе більш широке застосування при проведенні підводно-технічних робіт. Відмінні від повітря фізичні властивості води, наявність навколо дуги парогазового пузиря, який постійно змінюється в обємі і складається в основному з водяної пари й продуктів її дисоціації, підвищений гідростатичний тиск та екстремальність умов перебування людини під водою - все це визначило необхідність проведення поглиблених досліджень фізико-металургійних особливостей підводного зварювання для його підняття на якісно новий рівень. Рівень, обсяг і фрагментарний характер проведених раніше досліджень не були достатніми, аби створити сукупність наукових принципів, що дозволяють із нових позицій розглянути причинно-наслідкові звязки в області знань про закономірності дугового зварювання у водному середовищі й на новій теоретичній базі здійснити рішення назрілих науково-виробничих проблем із застосуванням підводного мокрого зварювання. Метою роботи було встановити фізико-металургійні закономірності процесу дугового зварювання у водному середовищі, запропонувати науково обґрунтований комплекс металургійних і технологічних мір забезпечення якості зварних зєднань низьколегованих сталей з границею міцності до 600 Мпа, сформулювати принципи побудови електродних матеріалів нового покоління і розробити вихідні положення технології дугового зварювання елементів підводних конструкцій відповідального призначення мокрим способом. Запропоновано та експериментально підтверджено шляхи вирішення задачі стабілізації дуги, що горить у воді: на малих глибинах (до 20 м) - підвищенням потужності дуги на 10…15% за рахунок збільшення параметрів режиму зварювання і введенням в електродні матеріали речовин з підвищеною здатністю до газоутворення при дисоціації для збільшення обєму парогазового пузиря; на великих глибинах (до 200 м) - додатковим використанням речовин з низьким потенціалом іонізації (солей лужних металів).Відомі з літератури дослідження відносяться до окремих питань, у першу чергу існування парогазового пузиря і складу його атмосфери, впливу умов зварювання на геометричні параметри металу шва, утворення в ньому пор, впливу режимів зварювання на газонасиченість металу шва, впливу хімічного складу основного металу на схильність до утворення холодних тріщин. В основу вивчення і реалізації методів стабілізації дуги у водному середовищі в широкому діапазоні робочих глибин були покладені два способи запобігання шкідливого впливу зазначених явищ - за рахунок підвищення потужності дуги шляхом збільшення струму зварювання і напруги дуги та через керування обємом і складом парогазового пузиря шляхом зміни складу електродних матеріалів. Раціональне і ефективне рішення задачі стабілізації дуги, що горить у воді, полягає в наступному: на малих глибинах (до 20 м) - шляхом підвищення потужності дуги на 10…15% за рахунок збільшення параметрів режиму зварювання і введення в електродні матеріали речовин з підвищеною здатністю до газоутворення при дисоціації для збільшення обєму парогазового пузиря; на більших глибинах (до 200 м) - використання речовин з низьким потенціалом іонізації (солей лужних металів) для підвищення електропровідності периферійних «холодних» областей стовпа дуги та збільшення довжини дуги. Температура - 2000…2500К, тиск - 0,1 Мпа, початковий склад газової фази - водяна пара, металева фаза - чисте розплавлене залізо, шлакова фаза - суміш FEO і ТІО2, що становлять основу відомих електродних матеріалів для зварювання під водою. З урахуванням того, що через більш високі швидкості охолодження включення у швах, зварених під водою, мають менше часу для росту, чим у швах, зварених на повітрі, можна було очікувати зменшення їхніх розмірів.Досягнутий в Україні та передових зарубіжних країнах рівень розвитку дугового підводного зварювання мокрим способом не задовольняє вимогам до зварних зєднань низьколегованих сталей підвищеної міцності, які погано зварюються в екстремальних підводних умовах, особливо на глибинах більше 15-20 м. На підставі експериментальних даних про склад газів, що відходять (92…95% H2, 1,5…6% CO, 0,5…2% CO2) і газу в порах (98% H2) встановлено водневий характер походження пористості металу шва при мокрому підводному зварюванні. Методом математичного моделювання встановлено, що критичний стан зародка пори крім відомих із практики зварювання на повітрі двох основних параметрів - ступеня насичення воднем розплавленого металу і швидкості кристалізації металу зварювальної ванни - в умовах підводного зварювання додатково визначається гідростатичним тиском.

Основний зміст роботи