Вивчення впливу агломерованих флюсів на формування неметалевих включень. Аналіз можливостей агломерованих флюсів щодо управління властивостями металу швів. Розробка агломерованих флюсів нового покоління для зварювання конструкцій з низьколегованих сталей.
При низкой оригинальности работы "Взаємодія металу зі шлаком при зварюванні під агломерованими флюсами низьколегованих сталей", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Актуальність теми: Виявлення і теоретичне узагальнення закономірностей взаємодії в системі метал-шлак при зварюванні під агломерованими флюсами на умови формування структури металу швів, розробка методів прогнозування і керування складом, структурою і властивостями металу швів, створення сучасних агломерованих флюсів для зварювання низьколегованих сталей, що забезпечують високі службові властивості металу швів і зварних зєднань. Номенклатура цих флюсів являє собою розробки 50-70-х років минулого століття, а використання процесів плавлення при їх виготовленні істотно знижує можливості металургійного впливу флюсу на зварювальну ванну. При цьому був відсутній системний підхід до проблем металургії зварювання під флюсами цього виду, що дозволив би узагальнити на базі наукових уявлень про комплекс металургійних взаємодій, що протікають при дугових способах зварювання, наявний досвід і сформувати принципи моделювання в системі склад - структура - властивості стосовно до розробки складу агломерованих флюсів. З викладеного видно, що дослідження в області взаємодії металу зі шлаком при зварювання під агломерованими флюсами, що дозволяють на основі застосування і розвитку наукових положень термодинаміки і фізичної хімії одержати принципово новий результат у науці і техніці, можуть розглядатись як рішення великої наукової проблеми. Виявлення і теоретичне узагальнення закономірностей взаємодії металу зі шлаком при зварюванні під флюсом на умови формування структури металу швів, розробка на їхній базі методів прогнозування і керування складом, структурою і властивостями металу швів, створення сучасних агломерованих флюсів для зварювання низьколегованих сталей, що забезпечують високі службові властивості металу швів і зварних зєднань, має велике народногосподарське значення відносно до виготовлення металоконструкцій з низьколегованих сталей.Структура металу швів, що утворюється при зварюванні таких сталей, формується в умовах малого часу існування зварювальної ванни, обмеження можливостей металургійного впливу на розплавлений метал і відсутності термомеханічної обробки швів, при цьому механічні властивості металу швів повинні бути на рівні основного металу. Для задоволення таких високих вимог до металу зварних швів потрібно, насамперед, максимально використовувати можливості металургійного впливу зварювальних матеріалів для легування, мікролегування і рафінування металу зварювальної ванни, комплексного керування кількістю, складом і розподілом неметалевих включень починаючи від рідкого металу зварювальної ванни і закінчуючи процесами, що проходять в області твердого-рідкого стану металу швів. Утворення таких структур в металі швів при зварюванні під флюсом можливо домогтися за рахунок формування в швах включень визначеного складу і кількості, а також забезпечення необхідного рівня легування твердого розчину. Для створення сучасних флюсів необхідно вивчити особливості взаємодії металу зі шлаком при зварюванні і розробити на базі проведених досліджень моделі прогнозування кількості і складу неметалевих включень, а також вмісту легуючих елементів у твердому розчину металу швів. Збільшення кисневого потенціалу флюсів приводить до росту обємної частки неметалевих включень у металі зварних швів (рис.1), при цьому вміст голчастого фериту в структурі металу швів, отриманих при зварюванні під флюсами зі зниженим кисневим потенціалом (РОЈ-323 КДЖ/моль) залишається на досить високому рівні (табл.3).На базі досліджень термодинамічних і кінетичних залежностей взаємодії металу зі шлаком при зварюванні під агломерованими флюсами низьколегованих сталей, побудовані фізико-хімічні моделі, що дозволяють прогнозувати структуру і властивості метал зварних швів. На основі вивчення впливу кисневого потенціалу агломерованих флюсів на формування неметалевих включень, створено інтегровану фізико-хімічну модель утворення неметалевих включень у металі швів, що враховує особливості росту і конденсування неметалевої фази в зварювальній ванні й в області твердо - рідкого стану металу шва. Розроблено компютерну програму, яка дозволила виконати розрахунки складу і кількості неметалевих включень з урахуванням термодинаміки і кінетики металургійних реакцій, що протікають у шлаковій і металевій фазах, а також технологічних параметрів процесу зварювання. Проведено оцінку основних факторів, що визначають вміст водню в металі швів при зварюванні під агломерованими флюсами. На основі розроблених компютерних моделей і з використанням експериментально - числових методів створені агломеровані флюси АНК-57, АНК-561 (Патенти України 5156, 5157) для зварювання низьколегованих сталей підвищеної міцності, що забезпечують формування металу зварних швів з високим вмістом вязких структурних складових та властивостями міцності на рівні суднобудівних сталей категорії D36, E36 і вмістом дифузійного водню не більш 1,5 см3/100г.
План
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вывод
На базі досліджень термодинамічних і кінетичних залежностей взаємодії металу зі шлаком при зварюванні під агломерованими флюсами низьколегованих сталей, побудовані фізико-хімічні моделі, що дозволяють прогнозувати структуру і властивості метал зварних швів.
Основні наукові положення роботи, встановлені закономірності, запропоновані принципи і засоби їхньої реалізації полягають у наступному: 1. На основі вивчення впливу кисневого потенціалу агломерованих флюсів на формування неметалевих включень, створено інтегровану фізико-хімічну модель утворення неметалевих включень у металі швів, що враховує особливості росту і конденсування неметалевої фази в зварювальній ванні й в області твердо - рідкого стану металу шва. Розроблено компютерну програму, яка дозволила виконати розрахунки складу і кількості неметалевих включень з урахуванням термодинаміки і кінетики металургійних реакцій, що протікають у шлаковій і металевій фазах, а також технологічних параметрів процесу зварювання.
2. Виходячи з проведених розрахунків встановлено, що для зварювання низьколегованих сталей доцільно використовувати флюси, кисневий потенціал яких знаходиться в межах (- 370...-340) КДЖ/моль. Показано, що в зумовленому діапазоні значень кисневого потенціалу, агломеровані флюси сприяють рафінуванню металу зварювальної ванни по неметалевим включенням.
3. Встановлено, що для одержання швів, що мають механічні властивості на рівні основного металу, необхідне використання зварювальних матеріалів, які забезпечують вміст кремнію й алюмінію у твердому розчині металу швів не більш 0,1 % і 0,003 %, відповідно, а вміст титана в межах 0,005...0,015 % . Дотримання цих вимог дозволяє збільшити вміст в зварних швах структурних складових з підвищеною стійкістю до крихкого руйнування.
4. Проведено оцінку основних факторів, що визначають вміст водню в металі швів при зварюванні під агломерованими флюсами. Для одержання наднизьких вмістів водню в металі швів низьколегованих сталей (менш 3 см3 на 100г) запропоновано використання флюсів, що забезпечують парціальний тиск кисню над розплавом шлаку в межах -lgpo = 9,5...10,5 і спеціальні технологічні прийоми виготовленні низьководневих агломерованих флюсів.
5. На основі розроблених компютерних моделей і з використанням експериментально - числових методів створені агломеровані флюси АНК-57, АНК-561 (Патенти України 5156, 5157) для зварювання низьколегованих сталей підвищеної міцності, що забезпечують формування металу зварних швів з високим вмістом вязких структурних складових та властивостями міцності на рівні суднобудівних сталей категорії D36, E36 і вмістом дифузійного водню не більш 1,5 см3/100г. Зварювально-технологічні властивості розроблених флюсів дозволяють їхнє використання в широкому діапазоні технологічних режимів.
ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В НИЖЧЕ ПЕРЕЛІЧЕНИХ РОБОТАХ
1. Effect of acicular ferrite (AF) structure on micromechanism of weld metal brittle fracture / Pokhodnja I.K., Korsun A.O., Golovko V.V. et all. - IIW Doc. II-1549-88- E.:PEWI, 1988. - 12 p.
2. Golovko V.V., Kushnerev D.M., Shvachko V.I. Oxidizing potential of bonded fluxes. IIW Doc. XII-1106-89.- E.:PEWI, 1989. - 8 p.
3. Golovko V.V. Methods of determination of welding flux oxidation potential. IIW Doc. 1111-89. - E.:PEWI, -17 p.
4. Golovko V.V. Application of calculation procedure to estimate the effect of slag oxidizing ability on the low-hydrogen weld formation in submerged-arc welding. IIW Doc. XII-1200-90. К.:PEWI, -6 p.
5. Походня И.К., Швачко В.И., Головко В.В., Кушнерев Д.М. Масс-спектральное количественное определение активности кислорода // Проблемы спецэлектрометаллургии.- 1989.- №67.- C. 51-56.
7. Головко В.В., Гребенчук В.Г. Свариваемость стали 14ХГНДЦ при различных сочетаниях флюс-проволока // Сварочное производство .- 1991.- №5.- C. 13-15.
8. Головко В.В., Гребенчук В.Г. Хладостойкость сварных соединений стали 14ХГНДЦ при сварке под флюсом // Сварочное производство .- 1992.- №3.- C. 11-12.
9. Головко В.В., Подгаецкий В.В., Бондаренко Т.П. Окисленность шлаковых расплавов системы MGO-Al2O3-SIO2-CAF2 // Автоматическая сварка .- 1993.- №9.- C. 28-30.
10. Головко В.В. Влияние физико-химических свойств флюса надвижение жидкого металла в сварочной ванне // Автоматическая сварка .- 1994.- №9-10.- C. 20-23.
11. Головко В.В., Климкин П.А. Неметаллические включения в металле швов, полученных при сварке под основными керамическими флюсами // Автоматическая сварка .- 1995.- №1.- C. 19-22.
12. Головко В.В. Сварка под флюсом пульсирующей дугой (Обзор) // Автоматическая сварка.- 1995.- №12.- C. 14-18.
13. Походня И.К., Головко В.В., Денисенко А.В., Грабин В.Ф. Влияние кислорода на образование структуры игольчатого феррита в низколегированном металле сварных швов (Обзор) // Автоматическая сварка.- 1999.- №2.- С. 3-10.
14. Головко В.В. Моделирование состава неметаллических включений в металле сварных швов высокопрочных низколегированных сталей // Автоматическая сварка.- 2001.-№5.-С. 3-7.
15. Головко В.В. Пути снижения содержания водорода в металле сварных соединений низколегированных сталей за счет металлургической активности флюсов // Автоматическая сварка .- 2005 .- №12 .- С.
19. Пат. 4950331 США, МКИ В 23 К 35/34. Ceramic flux for welding low-alloy steels / Igor K. Pokhodnya, Daniil M. Kushnerev, Sergei D. Ustinov, Viktor V. Golovko (Україна); ІЕЗ ім.Є.О.Патона.- №378168; Заявл.11.07.1989; Опубл. 21.08.1990; НКИ 19/90.- 14с.
20. Пат. DE 3923387 A1, ФРГ, МКИ В 23 К 35/362. Keramisches Schwesspulver zum Schwessen niedriglegierter /Pochodnja I.K., Kushnesev D.M., Ustinov S.D., Golovko V.V. (Україна); ІЕЗ ім Є.О.Патона.- №Р 3923387.1; Заявл.14.7.89; Опубл. 24.1.91; НКИ 064/277.- 15с.
21. Пат. 464117, Швеция, МКИ В 23 К 35/362. Keramiskt flussmedel for svetsning av laglegerade stal / Pochodnya I.K., Kushnerev D.M., Ustinov S.D., Golovko V.V. (Україна); ІЕЗ ім Є.О.Патона.- №8902511-8; Заявл.11.07.1989; Опубл. 12.01.1991; НКИ 328/91.- 31с.
22. Кушнерев Д.М., Устинов С.Д., Головко В.В. Керамические флюсы ИЭС им.Е.О.Патона для мехаизированной сварки низколегированных сталей // Сб. докладов Х Всесоюз. конф. по св. материалам. Краснодар.- 1990.- часть П.- С. 104-109.
23. Бондаренко Т.П., Мищенко Д.Д., Головко В.В. Некоторые физико-химические свойства сварочных шлаков. // Сб. докладов конф. “Сварочные материалы для механизированной дуговой сварки сталей” .- Никополь-Киев.: ИЭС им.Е.О.Патона .- 1991.- С. 33-37.
24. Головко В.В. Оценка расчетным методом возможности получения металла швов с низким содержанием водорода при сварке под флюсом // Сб. докладов конф. “Сварочные материалы для механизированной дуговой сварки сталей” .- Никополь-Киев.: ИЭС им.Е.О.Патона .- 1991.- С. 48-56.
25. Pokhodnja I.K., Grabin V.F., Golovko V.V., Sheiko P.P. Influence of pulse treatment of welding pool with alternating power arc on structure of low-alloy-steel welds during crystallization // Proc. of the Int. welding conf. “Welding science and technology”.- Slovakia, Kosice.- 1996.- ?. 84-86.
26. Походня И.К., Пальцевич А.П., Головко В.В., Котельчук А.С. Технологические и металлургические методы снижения абсорбции водорода при сварке // Сб. докладов международ. конф. по св. материалам стран СНГ. Краснодар, 22-26 июня 1998.- М.- 1998.- С. 1-30.
27. Golovko V.V. Oxygen influence on acicular ferrite formation // Proc. Intr. conf. “HSLA steels`2000”.- Beijing, China. The Metallurgical Industry Press, 30-3 Nov. 2000.- ?. 449-457.
28. Pokhodnya I.K., Golovko V.V., Taraborkin L.A. Nomputer simulation of nonmetal inclusions chemical composition in weld metal // Pros. 6th Inter. Seminar “Numerical analysis of weldability”, Graz-Seggau, Austria, October 1-3, 2001.: TU Graz.- 2001.- Р.
29.Походня И.К., Головко В.В. Флюсы для сварки низколегированных высокопрочных сталей, разработанные в ИЭС им.Е.О.Патона // Сварщик.- 1999.- №1.- С. 8-9.
30.Походня И.К., Головко В.В., Денисенко А.В., Грабин В.Ф. Влиянеи кислорода на образование структуры игольчатого феррита в низколегированном металле сварных швов (Обзор) // Автоматическая сварка .- 1999 .- ?2 .- с.3-10, 20.
31.Golovko V.V. Oxygen influence on acicular ferrite formation // Inter. Conf. “HSLA steels’2000” .- Beijing, China, The Metallurgical Industry Press, 30-3 Nov. 2000 .- p.449-452.
