Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ПРИАЗОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ
УНІВЕРСИТЕТ
УСТІНОВ
Олександр Вікторович
УДК 621.791.75 (204)
РОЗРОБКА ЗВАРЮВАЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ
І ТЕХНОЛОГІЇ РУЧНОГО ПІДВОДНОГО
МОКРОГО ЗВАРЮВАННЯ НИЗЬКОЛЕГОВАНИХ
СТАЛЕЙ
Спеціальність: 05.03.06 – Зварювання і споріднені технології
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуттяя вченого ступеня
кандидата технічних наук
Маріуполь 2002р.
Дисертація є рукописом.
Робота виконана у Приазовському державному технічному університеті (ПДТУ), Міністерства освіти та науки України, м. Маріуполь.
Науковий керівник: доктор технічних наук, професор
Чигарьов Валерій Васильович ,
ПДТУ, завідувач кафедрою "Металургія і технологія
зварювального виробництва"
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор
Кравцов Тимофій Григорович,
Азовський морський інститут (м. Маріуполь), директор.
кандидат технічних наук
Максимов Сергій Юрійович,
IЕЗ імені Е.О. Патона (м. Київ), завідувач відділом
фізико-механічних досліджень зварюваності
конструкційних сталей i чавунів.
Ведуча організація: Український державний морський технічний
університет імені адмірала Макарова (м.Миколаїв).
Захист відбудеться " 20 " грудня 2002 року о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К.12.052.01. при Приазовському державному технічному університеті за адресою: 87500, ПДТУ, вул. Університетська, 7, м. Маріуполь Донецької області, Україна.
З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Приазовського державного
технічного університету: 87500, вул.Апатова, 115, м. Маріуполь.
Автореферат розісланий 15.11.2002 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради К.12.052.01.
доктор технічних наук, професор _________________В.О. Маслов
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Інтенсивне освоєння морського шельфу значно розширило сферу застосування підводного зварювання. Крім традиційного його використання на плавучих засобах при аварийно – рятувальних роботах, підводне зварювання одержало широке поширення при будівництві і ремонті морських бурових і видобувних платформ, а також підводних трубопроводів. В Україні у зв'язку з прискореним освоєнням шельфу Чорного й Азовського морів також очікується значне збільшення обсягу підводних зварювальних робіт.
Актуальність теми. Зварювання під водою може здійснюватися або в заздалегідь осушеному від води просторі, так званим сухим способом, або безпосередньо у воді, тобто мокрим. Ручне дугове зварювання мокрим способом привертає до себе увагу значно меншими витратами на його проведення. Для ручного мокрого зварювання використовується стандартне підводне спорядження. Крім того воно є незамінним способом ремонту у важкодоступних місцях і на складних просторових конструкціях.
Основною перешкодою широкому поширенню ручного мокрого зварювання є низька якість зварених з'єднань, отриманих під водою. Особливо великі проблеми виникають при зварюванні під водою низьколегованих сталей, що у даний час переважно використовуються в металоконструкціях. Через високі швидкості охолодження і змісту водню в металі шва і зони термічного впливу (ЗТВ) зварені з'єднання з цих сталей мають низькі пластичні властивості і схильні до утворення холодних тріщин.
Існуючі зварювальні матеріали для ручного підводного мокрого зварювання (покриті електроди ЕПС-52 і ЕПС-А) не забезпечують необхідний рівень якості зварених з'єднань з низьколегованих сталей з вуглецевим еквівалентом 0,38-0,43 % і вище. Тому актуальність розробки зварювальних матеріалів і технології ручного мокрого дугового зварювання таких сталей не викликає сумніву.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана на основі програми НИР і ОКР ПДТУ на 1992-1997р.
Мета і задачі дослідження. Метою роботи є забезпечення якісних з'єднань з низьколегованих сталей підвищеної міцності шляхом зменшення швидкості охолодження металу при підводному ручному мокрому зварюванні. У зв'язку з цим для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:
- розробити методику дослідження теплових процесів при підводному мокрому
зварюванні покритими електродами;
- визначити ефективність способів щодо зменшення швидкості охолодження
у металі ЗТВ;
- розробити зварювальні матеріали, що забезпечують теплову ізоляцію
нагрітих поверхонь металу від води;
- дослідивати властивості з'єднань з низьколегованих сталей, отриманих при
використанні прийомів, що знижують швидкості охолодження металу;
- розробити рекомендації щодо технології підводного мокрого зварювання
низьколегованих сталей, яка забезпечить підвищення властивостей
зварених з'єднань.
Об'єкт дослідження. Процеси, що відбуваються при нагріванні і
охолодженні основного і зварювального матеріалів в умовах підводного
мокрого зварювання покритими електродами.
Предмет дослідження. Температурні поля у металі, що зварюється, вплив
режиму зварювання і теплової ізоляції металу від води на термічний цикл
металу ЗТВ, плавлення покритих електродів та основного металу,
формування металу шва і шлакової кірки, вплив швидкості охолодження на
властивості зварених з'єднань з низьколегованих сталей, отриманих під
водою.
Методи дослідження. Дослідження температурних полів у металі визначали
шляхом регістрації термічних циклів за допомогою світопроменевого
осцилографа та використанням математичного моделювання методом кінцевих
елементів з рішенням задачі на ЕОМ. Порівнювали способи зниження
швидкості охолодження у металі ЗТВ фізичними та числовими експериментами.
Випробування розроблених зварювальних матеріалів, зварювання
технологічних проб і з'єднань виконували у лабораторних і натурних
умовах підводного зварювання. Властивості зварених з'єднань вивчали
стандартними методами: оптичною металографією, виміром твердості металу,
випробуванням з'єднань на статичне згинання.
Наукова новизна отриманих результатів. Розроблена математична модель теплових процесів при зварюванні показала, що теплова ізоляція нагрітої лицевої поверхні від води суттєво змінює температурне поле у металі середньої товщини. Через усунення переохолодження поверхневого шару забезпечується однорідність розподілу щодо градієнту максимальних температур і швидкості охолодження в поперечному перерізі металу, причому вплив теплової ізоляції поверхні шва є переважним.
Встановлено, що при зварюванні під водою можливо, не збільшуючи енергетичні витрати, запровадити до зони горіння дуги підвищену кількість шлакоутворювальних речовин, яка в декілька разів перевищує масу покриття стандартних електродів і забеспечує утворення теплоізоляційної шлакової корки на поверхні шва. Оптимальні властивості шлаку електродів рутилового типу досягають при коефіцієнті маси покриття не менш 1,9 і при вмісті рутилового концентрату в ньому вище 80 %.
На підставі вивчення закономірності плавлення покриття запропоновано щодо підвищення його маси використовувати легкоплавкий зовнішний шар чи легкоплавке зв'язування, яке запобігає надмірному зростанню втулки покриття при збільшенні його товщини до 2..3 мм, зберігає стійкість дугового процесу і поліпшує формування металу шва при підводному мокрому зварюванні. При цьому легкоплавке зв'язування дозволяє значно підвищити вміст тугоплавкого шлакоутворювального компонента в покритті.
Показано, що теплоізоляційний шар шлаку можна одержати при зниженій масі покриття і вмісті рутилу, якщо змінюються умови його затвердіння під водою за рахунок контакту розплавленого шлаку з прилягаючими до нього шарами силоксано-смоляного каучуку, що запобігає проникненню води під шлакову кірку та її руйнування.
Уперше встановлено, що комбінована ізоляція металу від води, що складається з теплоізолювального шлаку і прилягаючого до нього шару силоксано-смоляного каучуку, знижує швидкість охолодження металу зони термічного впливу в 1,4...2,0 рази без збільшення погонної енергії. На відміну від підвищення погонної енергії, що не усуває холодні тріщини на сталі 10ХСНД при підводному мокрому зварюванні низьковуглецевими електродами, теплова ізоляція забезпечує збільшення пластичності і тріщинотривкість звареного з'єднання за рахунок зниження вмісту мартенситу і твердості металу зони термічного впливу до НV 309…314.
Практичне значення отриманих результатів. Розроблено електроди, що дають шлакову кірку з підвищеною теплоізолювальної здатністю, та забезпечують стійкість дугового процесу і добре формування металу шва при підводному мокрому зварюванні.
Запропоновано і випробувано склади синтетичних матеріалів, придатних для використання їх як теплоізолювального шару на поверхні сталей, що зварюються, під водою.
Розроблено технологічні рекомендації для підводного мокрого зварювання низьковуглецевими покритими електродами, що дозволяють підвищити якість зварених з'єднань з низьколегованих сталей підвищеної міцності 09Г2 і 10ХСНД за рахунок поліпшення формування металу шва, зниження твердості металу ЗТВ, підвищення кута загину з'єднання і запобігання холодних тріщин.
Розроблені зварювальні матеріали і технологія підводного мокрого зварювання покритими електродами пройшли промислове випробування в умовах Петрозаводської ремонтно-експлуатаційної бази флоту (м. Петрозаводськ, Російська Федерація) і прийняті до впровадження з економічним ефектом 246 тис. росiйських рублiв.
Особистий внесок здобувача. Автором зроблений аналіз причин низької якості зварених з'єднань з низьколегованих сталей при підводному мокрому зварюванні покритими електродами, розроблені лабораторна установка і методика розрахунково-експериментального дослідження теплових процесів у металі середньої товщини, побудована математична модель впливу параметрів режиму зварювання на швидкість охолодження металу ЗТВ і удосконалена математична модель теплових процесів шляхом обліку тепловіддачі металу покритого тепловою ізоляцією і без ізоляції при зварюванні під водою.
Автором запропонована комбінована теплова ізоляція металу, що складається з теплоізолювального шару шлаку і шару низькотеплопроводного матеріалу, нанесеного заздалегідь на прилягаючу поверхню металу, розроблені електроди, що забезпечують підвищені теплоізолювальні властивості шлакової кірки, і технологія підводного мокрого зварювання, випробувані в умовах Петрозаводської ремонтно-експлуатаційної бази флоту, що підтвердили поліпшення якості зварених з'єднань з низьколегованої сталі 10ХСНД.
Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації доповідалися на II, III, VI, VII регіональних науково-технічних конференціях ( Маріуполь, 1993, 1995, 1999, 2000 роки ), на розширених наукових семінарах кафедри "Металургія і технологія зварювального виробництва" Приазовського державного технічного університету (Маріуполь, 1996, 2001роки) та науковом семінарi відділу фізико-механічних
досліджень зварюваності конструкційних сталей i чавунів IЕЗ імені Е.О. Патона.
Публікації. За результатами виконаних досліджень опубліковано 4 статті в наукових журналах і 4 тези доповідей на науково-технічних конференціях, отримане авторське посвідчення СРСР на винахід № 1299755.
Структура дисертації. Дисертація складається зі вступу, 4 розділів, висновків, списку використаних джерел із 147 найменувань, 3 додатків і містить 129 сторінок машинописного тексту, 51 малюнок, 18 таблиць.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Розділ 1. Особливості дугового підводного мокрого зварювання покритими електродами.
З робіт Авілова Т.І., Мадатова Н.М., Тсаі С.Л., Масубучи К. та інших дослідників випливає, що при підводному мокрому зварюванні дуга горить в атмосфері парогазового міхура. Такі умови призводять до зменшення поперечного переріза стовпа дуги, збільшенню щільності струму, підвищенню температури, градієнта напруги в стовпі і напруги на дузі. Кисень і водень води насичують розплавлений метал. Прискорена кристалізація металу шва фіксує винятково високий вміст водню в ньому (до 60 см3/100 г.) і підвищена кількість неметалічних включень. Висока швидкість охолодження металу (у 10...15 разів більше, ніж при зварюванні на повітрі) виходить в основному через інтенсивне розсіювання теплоти у воду через нагріті поверхні з'єднання, що зварюється (за даними Брауна Р.Т. і Масубучи К.). Можливо, цьому сприяє знижений ефективний КПД джерела теплоти і підвищена його концентрація.
Зварювально-технологічні властивості покритих електродів під водою погіршуються в результаті охолоджуючого впливу води на покриття, що, на думку Брауна Р.Т. і Масубучи К., викликає надмірне збільшення втулки на ньому і, як наслідок подовження дуги, зниження зварювального струму, часті обриви дуги і погіршення формування металу шва. Для підвищення стійкості дугового процесу, на що указують усі дослідники, необхідно використовувати зварювальні струми на (10-25) % вище, ніж при зварюванні на повітрі. Зварені шви відрізняються різким профілем посилення, низьким коефіцієнтом форми і підвищеною схильністю до підрізів, напливів. З усіх типів покриття найгірші зварювально-технологічні властивості показують покриття основного типу, найкращі – рутилового. Впливає на властивості електродів і матеріал гідроізолюючої речовини.
Під впливом вищеперерахованих несприятливих факторів зварені з'єднання з низьколегованих сталей при мокрому підводному зварюванні відрізняються від виконаних на повітрі підвищеною пористістю металу шва, зниженими пластичними властивостями і схильністю до холодних тріщин. Роботи Грецького Ю.А., Максимова С.Ю. і Кравченко Н.В. по зменшенню вмісту водню за рахунок регулювання складу покриття електродів показали низьку ефективність цього прийому. Аустенітний метал шва знижує кількість дифузійно-рухливого водню в металі ЗТВ до безпечного рівня, але такі шви характеризуються підвищеною пористістю і наявністю тонкого прошарку уздовж лінії сплавки, зварені з'єднання піддаються електрохімічній корозії.
У роботах японських дослідників (Тсаі С-Л, Хасуі А., Суга И.) показані перспективи значного зниження швидкості охолодження металу ЗТВ при підводному мокрому зварюванні, що можуть виявитися ефективними для поліпшення якості зварених з'єднань з низьколегованих сталей, що мають вуглецевий еквівалент 0,38…0,43 %. Разом з тим відсутня цілісна концепція поліпшення якості підводного мокрого зварювання низьколегованих сталей. Усе це вказує на необхідність розробки зварювальних матеріалів і технології мокрого зварювання, що дозволяє значно розширити обсяг її використання на низьколегованих сталях.
Розділ 2. Розрахунково-експериментальне дослідження способів зниження швидкостей охолодження металу.
Лабораторна установка була виготовлена з вузлів автомата АДС-1000-1 і гідробоксу з підйомником. Вона утворює підводне мокре дугове зварювання покритим електродом, дає високу стабільність режиму зварювання, крім впливу кваліфікації зварника. Для зварювання використовували постійний струм на режимах, застосовуваних до покритих електродів діаметром 3...5 мм. Максимальна глибина занурення складала 0,4 м.
Експериментальне дослідження температурних полів проводилось на пластинах товщиною ( 12-16) мм із низьколегованих сталей 09Г2 і 10ХСНД за допомогою хромель-алюмелевих термопар діаметром 0,2мм і світопроменевого осцилографа Н-117/1. На пластині (16x200x300) мм зі сталі 09Г2 наплавлялися валики електродами АНО-4 діаметром 4 мм на повітрі і тими ж електродами з гідроізоляцією під водою (АНО-4П). Режим зварювання: зварювальний струм, IСВ = 160 ± 5 А, напруга на дузі, Uд= 28 ± 1 В, швидкість зварювання, VСВ = 1,7 ± 1 мм/с, зворотна полярність, глибина занурення – 0,3 м, температура прісної води, ТВ = 10 оС. Ефективний ККД дуги (?и) був прийнятий рівним 0,65, при цьому погонна енергія зварювання (qи / Vзв) складала 1,8 МДж/м.
З рис.1 видно, що при підводному зварюванні градієнт максимальних температур поблизу крайки шва (1000 оС/мм) у 2,2 рази вище, ніж під швом (450 оС/мм). На повітрі градієнт температур уздовж поверхні пластини і під звареним швом більш однорідний (відповідно 280 оС/мм і 260 оС/мм). Швидкості охолодження металу ЗТВ під водою в інтервалі температур 800…500 оС (W8-5) і 500…300 оС (W5-3) відповідно складають 68...75 оС/с і 41...45 оС/с. Вони в 3,3...4,8 і 5,6...8,2 рази перевищують значення швидкостей, отримані при зварюванні на повітрі в тих же інтервалах температур.
Вплив режиму підводного зварювання на швидкість охолодження металу ЗТВ вивчалося по регресійній математичній моделі, побудованої за допомогою багатофакторного експерименту (метал той же), що мала наступний вигляд:
Y = 62,96 + 15,66х1 – 12,06х2 – 4,90х3 – 7,64х1х2 – 2,99х1х3 + 2,59х2х3 + 1,95х1х2х3 (1)
Чи в натуральних величинах:
W 8-5 = -88,874 + 189,343Vд + 0,473Iзв + 2,737Uд – 0,664VзсвIзв – 3,854Vзв Uд –
0,010 Iзв Uд + 0,014Vзв Iзв Uд (2)
Рис.1. Розподіл максимальних температур на поверхні (1) і по товщині (2) пластини: а) під водою; б) на повітрі.
Перевірка однорідності дисперсії й адекватності регресії показали однорідність дослідних даних і високий ступінь відповідності отриманого рівняння досліджуваному явищу. Аналіз залежності (1) показав, що найбільший вплив на функцію має швидкість зварювання (x1), другим по впливу є зварювальний струм (х2). Графічно залежності W8-5 від параметрів мають вигляд сімейства похилих прямих, що сходяться за межею області експерименту в районі (37-39) оС/с. Мінімальне значення W8-5 в експерименті було отримано при Vзв = 1,0 мм/с, Iзв = 250 А, Uд = 36 В и склало 41,3 оС/с. Усі зміни режиму, що підвищують погонну енергію зварювання, знижують швидкість охолодження металу.
Ефективність локальної теплової ізоляції нагрітих ділянок металу оцінювалася розрахунковим шляхом за допомогою методу кінцевих елементів (МКЕ). Математична модель поширення теплоти при зварюванні під водою враховувала введення теплоти дуги в основний метал на ділянці, рівній ширині шва, поширення її в тілі за законом теплопроводності і теплообмін з навколишнім середовищем. Для ділянок тіла, що безпосередньо контактують з
водою, виконуються граничні умови 3-го роду:
aт (То -Тс) + l d/dn |s = 0 (3)
Де aт – коефіцієнт теплопередачі;
То і Тс – відповідно температура на поверхні тіла води;
l - коефіцієнт теплопроводності металу.
При наявності теплоізолювального матеріалу на межі розділу між ним і поверхнею металу повинна забезпечуватися гранична умова 4-го ряду. Для спрощення чисельного рішення задачі умовно приймали, що поверхня, яка ізольована, покрита низькотеплопроводною в'язкою рідиною, у яку теплопередача відбувається важко і aт дорівнює по величині значенню, одержуваному на повітрі. Для виконання розрахунків МКЕ обмежувалися двомірною постановкою задачі стосовно наплавлення валика на пластину. Теплофізичні властивості металу вважали незалежними від температури.
Для ділянок металу, що контактують безпосередньо з водою, коефіцієнт тепловіддачі знаходили за умови збіжності розрахункового й експериментального термічних циклів металу ЗТВ і розподілу максимальних температур при зварюванні на пластині товщиною 16 мм (qи /Vзв = 1,6 МДж/м). Він мав наступний вигляд:
aт= 10-7 Т3 + 8,3 Ч 10-5 Т2 + 2500 Ут/м2 с (4)
Теплопередача на ділянці розташування теплоізоляції враховувалася коефіцієнтом наступного вигляду:
aт з = 1,04Ч10-4 Т2 + 60 Ут/м2 с (5)
Використовуючи отримані коефіцієнти теплопередачі був виконаний розрахунок температур на пластині товщиною 12 мм у діапазоні погонних енергій 1,6…3,2 Мдж/м. Аналіз результатів розрахункових і експериментальних даних підтвердив велику неоднорідність розподілу максимальних температур і швидкостей охолодження в поперечному перерізі металу середніх товщин (12...16 мм). Швидкість охолодження в крайки шва в 1,7...2,3 рази вище, ніж під швом. Причому зі збільшенням погонної енергії розходження більше. Установлено наявність переохолодженого поверхневого шару металу товщиною 1...2 мм.
Моделювання теплової ізоляції на поверхні звареного шва показало, що за рахунок цього прийому значно знижується швидкість охолодження металу ЗТВ (рис. 2). Розширення теплової ізоляції на прилягаючу до шва нагріту поверхню металу додатково зменшує швидкість охолодження, але менш значно (у 1,2 рази). У крайки шва W8-5 і W5-3 знижується відповідно в 4,4...5,0 разів і 2,1...3,7 разів, а під швом у 1,9...2,5 і 2,0...2,7 рази. У результаті відбувається вирівнювання градієнта температур і швидкостей охолодження в поперечному перерізі пластини. Термічні цикли металу ЗТВ значно зм'якшуються (рис. 3).
Моделювання теплової ізоляції показало її перевагу порівнянно зі збільшенням погонної енергії для зменшення швидкості охолодження металу ЗТВ. На металі товщиною 12мм теплова ізоляція нагрітої поверхні при мінімальній погонній енергії (1,6М Дж/м) знижує швидкість охолодження W8-5 так само, як і збільшення погонної енергії в два рази. Теплова ізоляція при зварюванні на високої qи/ Vзв = 3,2 МДж/м дає W8-5 металу ЗТВ у крайки шва і під швом відповідно 22 оС/с і 26 оС/с. Такі швидкості охолодження повинні забезпечити прийнятну структуру і властивості металу ЗТВ на сталях 09Г2, 10ХСНД і т.п., що мають СЕКВ Ј 0,43 %.
Рис.2.Вплив ширини шару теплоізоля- Рис.3. Вплив теплової ізоляції,
ції на швидкість охолодження металу ЗТВ: погонної енергії на термічний
1 – на поверхні пластини (qи/Vзв) = цикл металу ЗТВ під швом:
1,6 МДж/м; 2 – під швом (qи/Vзв) = 1, 2, 3 – розрахункові цикли,
1,6 МДж/м; відповідно, при зварюванні
3, 4 – відповідно, на поверхні без ізоляції, з ізоляцією шириною
пластини і під швом при 16 мм і 30 мм (qи/Vзв)=1,6 МДж/м;
(qи/Vзв) = 3,2 МДж/м. 4 – експериментальний цикл
(qи/Vзв) = 3,2 МДж/м.
Розділ 3. Розробка зварювальних матеріалів для підводного мокрого зварювання.
Розвиваючи досвід підводного мокрого автоматичного зварювання голим і порошковим дротом під флюсом, описаний у роботі японських дослідників (Хасуі А., Суга И. та ін.), було показано , що при зварюванні покритими електродами можна в кілька разів підвищити масу шлаку і за рахунок цього сповільнити охолодження металу, що зварюється. Зварений шов стає при цьому більш гладкий і положистий, режим зварювання не змінюється.
Експерименти показали, що шар флюсової пасти шириною 18мм на основі грузлого рідкого скла і рутилового концентрату при зварюванні електродами АНО – 4П струмом 170 А (qи/Vзв = 2,0 МДж/м) зі сталі 10ХСД товщиною 12мм дає масивну шлакову корку. W8-5 під швом знижується з 66,7 оС/с до 44,3 оС/с і W5-3 з 40,0 оС/с до 29,6 оС/с , тобто в 1,5 і 1,4 рази відповідно. Збільшення ширини шаруючи флюсової пасти до 50 мм призводить до зниження W8-5 на 16,3 оС/с і W5-3 на 6,4 оС/с. Теплоізоляція поверхні шва зменшує W8-5 і W5-3, відповідно, на 31 % і 41 %, а теплоізоляція прилягаючої до шва нагрітої поверхні знижує, відповідно, на 24 % і 16 %. Такі дані добре погоджуються з результатами розрахунку МКЕ, що показує перевагу теплової ізоляції поверхні шва від води.
Підтверджується експериментально позитивний вплив теплової ізоляції на однорідність розподілу швидкостей охолодження в поперечному перерізі пластини. Швидкість охолодження металу ЗТВ (W8-5 і W5-3) на поверхні зменшилася до 23,1 оС/с і 18,3 оС/с, і стала нижчою, ніж під швом (28,0 оС/с і 23,2 оС/с). Додатково підтверджується зменшення градієнта максимальних температур через зміну ширини потемнілої ділянки ЗТВ, що спостерігається на макрошліфах, границя якого відповідає температурі (650 – 750) оС. На поверхні пластини вона зросла (з 0,7 – 0,9) мм до ( 1,7 – 2,1) мм при використанні шару флюсової пасти шириною 50 мм. Такий же ефект був отриманий при зварюванні електродами основного типу (ЕПС-А) під шаром суміші рідкого скла зі здрібненим покриттям.
Більш технологічно було б уводити додатковий обсяг шлакоутворювальних речовин через покриття електрода. Однак збільшення маси покриття і відповідно його діаметра призводить до зростання довжини втулки нерозплавленої частини покриття, збільшення довжини дуги і погіршення стійкості процесу зварювання. Щоб уникнути цього пропонується на перший шар покриття електрода АНО-4 наносити другий шар, що має знижену температуру плавлення або легкоплавку зв'язувальну речовину. Використання легкоплавкої шлакової системи ТiО2 – СаF2 – Na2B4O7 дозволило збільшити товщину покриття в 2,0...2,5 рази (діаметр покриття з 6,0 мм до 8,6...9,0 мм), коефіцієнт маси покриття з 0,35 до 1,0...1,20, при відносно невеликому рості втулки (у 1,4 рази) з 2,1 мм до 2,9...3,2 мм (рис. 4). Оптимальний склад зовнішнього шару містить 10...15 % Na2B4O7 і плавиться при температурі 670...720 оС. При цьому не погіршується стабільність процесу зварювання і поліпшується формування металу шва. Такий само позитивний ефект був отриманий на двошарових електродах основного типу (ЕПС –АД) і рудно-кислого типу (ЕПС – 52Д).
Було також встановлене, що при підводному зварюванні охолоджуючий вплив води не настільки істотно збільшує довжину втулки (відносна довжина зростає на 12...18 %) у порівнянні зі зварюванням на повітрі (див. рис. 4) і не є основною причиною погіршення зварювально-технологічних властивостей покритих електродів. За рахунок підвищення маси покриття електроди АНО – 4Д, у яких зовнішній шар був легкоплавкий, нанесений на покриття електродів АНО – 4, дали збільшену шлакову корку товщиною 4...5 мм підвищеної щільності. На сталі 10ХСНД товщиною 12 мм при зварюванні на погонній енергії 2,0 МДж/м застосування таких електродів дає зниження W8-5 у металі ЗТВ під швом до 57 оС/с. Менше, у порівнянні з теплоізоляцією флюсової пасти, зниження швидкості охолодження металу пояснюється недостатньою масою і щільністю шлаку.
Рис. 4. Вплив умови зварювання і товщини покриття на довжину втулки:
1-на повітрі d1 = 1 мм; 2 – під водою d1 = 1 мм; 3 – під водою d1 = 2,3 мм; 4 – під водою d1 = 1 мм, d2 = 1,3 мм.
При використанні легкоплавкого зв'язування для закріплення в зовнішньому шарі покриття рутилового концентрату вдалося підвищити діаметр покриття до (10 – 12) мм без істотного погіршення стійкості горіння дуги. Оптимальна якість шлаку (як при зварюванні на повітрі) виходить, коли діаметр покриття досягає 10 мм.
У цьому випадку на електроді АНО – 4Д коефіцієнт маси покриття зростає до 1,9, вміст рутилового концентрату в покритті складає 80...82 %. При наплавленні валика двошаровим електродом виходить масивна шлакова корка товщиною 6,5...7,5 мм, що на пластині товщиною 12 мм при qи/Vзв = 2,0 МДж/м у металі ЗТВ під швом дає W8-5 = 50,1...52,2 оС/с. Недоліком цих електродів є низка стійкість зовнішнього шару до нагрівання минаючим зварювальним струмом при підвищених його значеннях (200 А и вище).
Через те що швидкості охолодження металу ЗТВ, одержувані за рахунок двошарових електродів, виявилися не досить низькими, подальше їх зменшення передбачалося досягти шляхом теплової ізоляції прилягаючої до шва нагрітої поверхні. З ряду матеріалів, що мають невисоку теплопроводність, був обраний силоксановий каучук, який після додавання до нього епоксидноi смоли набуває адгезійноi здатностi до металу під водою. Такий силоксановий композит характеризується низьким коефіцієнтом теплопроводності (l = 0,15...0,19 Дж/с*м*к) і підвищеною термостійкістю (350…400 оС). Крім того можна регулювати його в'язкість і час до початку твердіння (зшивки).
Зварювання по шару силоксанового композита електродом АНО-4П показала високу стійкість горіння дуги, зменшення напруги на дузі, з одночасним ростом зварювального струму, формування щільного шару шлаку (як на повітрі) товщиною 4...5 мм, що запобігає проникненню води. Така комбінована теплоізоляція на сталі товщиною 12 мм при qи/Vзв = 2,0 МДж/м забезпечує W8-5 металу ЗТВ під швом на рівні 31,5 оС/с. Разом з тим, незважаючи на гладку поверхню, шов виходить вузьким, з різким профілем посилення і підрізами.
Проведені дослідження показали, що теплоізолювальний шлак (щільний) може утворюватися при різній масі електродного покриття залежно від умови виконання зварювання під водою (рис. 5). Комбінована теплоізоляція дозволяє використовувати електроди з найменшою масою покриття і при усуненні виявлених недоліків може стати найбільш технологічним способом зниження швидкості охолодження металу ЗТВ.
Рис. 5. Вплив маси покриття й умови зварювання на щільність шлаку:
1,2 – електроди АНО-4П; 2 – комбінована теплова ізоляція; 3,4 – двошарові електроди АНО-4Д, діаметр покриття відповідно 8 і 10 мм.
Розділ 4. Розробка технології підводного мокрого зварювання.
Підвищення погонної енергії зварювання за рахунок збільшення струму і зниження швидкості зварювання дозволяє досить вагомо (до 2-х разів) зменшити швидкість охолодження металу ЗТВ. Однак низькі швидкості зварювання не тільки знижують продуктивність зварювальних робіт, але й дають надмірне посилення шва і напливи. Підвищені зварювальні струми (200 А і вище) на електродах АНО-4П викликають появу підрізів, що виникають на деякій відстані від початку валика.
Вивчення макрошліфів поперечних переріз на таких швах показало, що на початку зварювання, коли глибина проплавлення в 1,5...2,0 рази менше сталої, коефіцієнт форми провару (Y) вище 5,8...6,0. При цьому виходить менший обсяг проплавленого металу і підвищена температура рідкого металу, що забезпечує його кристалізацію без підрізів. У сталому режимі формується глибока форма провару(Y = 4,0-5,0) і підвищений обсяг проплавленого металу. Знижена температура рідкого металу в бічних стінках не дозволяє йому заповнити проплавлену канавку до початку кристалізації.
В умовах підводного мокрого зварювання підвищена кількість шлаку екранує зварювальну ванну від швидкого охолодження, що забезпечує формування металу шва, подібне як при зварюванні на повітрі. Використання з цією метою флюсової пасти і двошарових електродів (АНО-4Д), що мають збільшену масу покриття, дозволяє уникнути підрізів при зварюванні на великих струмах (200...230 А).
Усунення підрізів, що спостерігаються при зварюванні по силоксановому композиті, було досягнуто шляхом зміни технології його використання. Знайдена оптимальна відстань між шарами композита, нанесеними перед зварюванням на крайки, дозволяє вільно розтікатися металу і шлаку, що стикаючись з композитом утворить з ним надійний контакт і не розпушиється водою. Така комбінована теплова ізоляція металу, що зварюється, (рис. 6) забезпечує зниження швидкості охолодження металу ЗТВ (W8-5 у 1,4...2,0 рази) на сталі 10ХСНД товщиною 12мм при зварюванні з qи/Vзв = 2,0...3…3,2 Мдж/м електродами АНО – 4Д.
1 2 1
а)
б)
1 2 3
Рис. 6. Комбінована теплова ізоляція металу, що зварюється:
а) схема : 1- шар теплоізолювального матеріалу ;2- масивна шлакова кірка;
б) зовнішній вигляд комбінованої теплової ізоляції: 1 - після зварювання; 2 - шлакова кірка і теплоізолювальний шар зі зворотної сторони; 3 - валик очищений від шлаку.
Вимір твердості і металографічні дослідження металу шва і ЗТВ показали, що за рахунок збільшення погонної енергії в сталі 10ХСНД можна значно зменшити твердість найбільш небезпечної ділянки звареного з'єднання – ділянки перегріву з НV10 396 ±9 до НV10 308±7. Разом з тим при зварюванні низьковуглецевими електродами ЕПС52 і АНО-4П у всіх випадках виявлялися холодні подовжні тріщини, розмiщені під валиком, паралельно пластині, що мають транскристалитний характер. На сталі 09Г2 такий прийом також знижує твердість металу ЗТВ, але тут тріщини не були виявлені.
При зварюванні аустенітними електродами ЕПС-А тріщини в металі ЗТВ не виявлені. Однак висока твердість металу шва (HV10 341-502) свідчить про значну частку гартівних структур у ньому. Електроди АНО-4П дають метал шва феритно-перлітного типу. У швах, що зваренi електродами ЕПС-52, поряд з переважно феритною складовою спостерігаються ділянки з високою твердістю (HV10 313), що містять гартівні структури.
Використання теплової ізоляції поверхні шва і прилягаючого нагрітого металу дозволило знизити максимальну твердість металу ЗТВ у сталі 10ХСНД до НV10 290-314 і запобігти виникненню холодних тріщин у металі ЗТВ при використанні низьковуглецевих електродів. Відбувається також деяке зменшення твердості металу шва (до НV10 194-225) при зварюванні електродами АНО-4Д. Металографічні дослідження і зіставлення зареєстрованих швидкостей охолодження з відомими термокінетичними діаграмами перетворення аустеніту в сталі 10ХСНД показали, що в таких умовах у металі ЗТВ утвориться структура, яка складається частково з мартенситу (менш 45...50 %) , бейніту, залишкового аустеніту і невеликих виділень фериту по границях зерен бейніту.
Випробування на статичний вигин підтвердило зростання пластичних властивостей металу шва і ЗТВ. На сталі 10ХСНД при використанні комбінованої теплової ізоляції кут вигину (a) виріс до 171 о ( на двох зразках він досяг 180 о )у порівнянні з 123 о при звичайному мокрому зварюванні електродами АНО – 4П і a=50 о при зварюванні електродами ЕПС-52.
Розроблені зварювальні матеріали пройшли натурні виаробування в басейні лабораторно-експериментальної бази військової частини 20914. Зварник – водолаз у 3-х болтовому водолазному спорядженні здійснював зварювання дослiдними і серійними електродами на глибині 5 метрів у прісній воді. Двошарові електроди АНО-4Д показали гарні зварювально-технологічні властивості. Були відпрацьовані режими для зварювання в різних просторових положеннях. Підтвердилися високі адгезійні властивості силоксанового композита. Встановлено оптимальне співвідношення компонентів, що дозволяють використовувати його протягом 45 хвилин після готування. Вибрали найбільше технологічний спосіб його нанесення на з'єднання під зварювання.
Відпрацьовування технології підводного мокрого зварювання з використанням комбінованої теплової ізоляції проводилися на пробі Теккен, тавровій пробі, нахлисточних і стикових з підкладкою з'єднаннях зі сталей 09Г2 (СЕКВ = 0,35 %) , 10ХСНД (СЕКВ = 0,43 %) і для оцінки можливостей, на сталях 10ГНБШ (СЕКВ = 0,47 %) і АБ-1Ш (СЕКВ = 0,63 %). Металографічні дослідження зразків, отриманих зі зварених з'єднань, не виявили тріщин на сталях 09Г2 і 10ХСНД. Пористість металу шва була незначною. Однак на сталях 10ГНБШ і
АБ-1Ш уникнути холодних тріщин не вдалося (рис. 7)
Рис. 7. Вплив зварювальних матеріалів на утворення тріщин у стику (1, 2) ; пробі Теккен (3-8); тавровій пробі (9-12):
1-4,9,10 – 10ХСНД; 5,6 – 10ГНБШ; 7,8 – АБ-1Ш; 11,12 – (10ХСНД+АБ-1Ш);
1,3,5,7,9,11 – ЕПС-А; 2,4,6,8,10,12 – АНО-4Д с тепловою ізоляцією.
ВИСНОВКИ
1. У дисертації приведено теоретичне обґрунтування і нове рішення проблеми зниження швидкості охолодження металу при підводному мокрому зварюванні шляхом розробки зварювальних матеріалів і технології, що дозволяють підвищити пластичні властивості і тріщинотривкість металу при зварюванні покритими електродами низьколегованих сталей, що мають З экв Ј 0,43 %, що значно розширює область застосування цього способу зварювання під водою.
2. Розроблено методику дослідження, яка заснована на механізації зварювання покритими електродами під водою, розрахунково-експериментальному із застосуванням ЕОМ вивченні теплових процесів і вивченнi впливу швидкості охолодження на якість металу шва і ЗТВ за допомогою механічних випробувань і металографії.
3. Показано, що теплова ізоляція від води нагрітої поверхні металу усуває переохолодження його поверхневого шару, знижує високу неоднорідність розподілу максимальних температур і швидкостей охолодження у поперечному перерізі металу середньої товщини, які присутні при підводному мокрому зварюванні, та більш ефективно, нжі збільшення погонної енергії зменшує швидкість охолодження металу ЗТВ. При цьому вплив теплової ізоляції поверхні шва більш значний, чим прилягаючої до нього поверхні.
4. Уперше встановлено, що за рахунок використання легкоплавкого зовнішнього шару чи легкоплавкого зв'язування в ньому можна значно, у 2,0...2,5 рази (з 1,0...1,3 мм до 2,5...3,0 мм) збільшити товщину покриття, не погіршуючи стійкість процесу зварювання, і поліпшити формування звареного шва. Отримано авторське свідоцтво на склад зовнішнього шару для двошарового електродного покриття (А.с. 1299755).
5. Визначено, що теплоізолювальний шар зварювального шлаку під водою утвориться при введенні в зону горіння дуги підвищеної кількості шлакоутворювальних речовин, у тому числі шляхом збільшення коефіцієнта маси покриття електрода до 1,2...1,9 за допомогою легкоплавкого чи з легкоплавким зв'язуванням зовнішнього шару на електродах рутилового типу. Легкоплавке зв'язування дозволяє значно підвищити кількість тугоплавкого компонента в покритті й одержати оптимальні властивості шлаку при коефіцієнті маси покриття 1,9 і вмісті рутилового концентрату в ньому більше 80 % .
6. Випробувано різні синтетичні низько теплопровідні матеріали і запропоновано для теплової ізоляції поверхні металу силоксано-смоляний каучук, що маіє високу адгезію до металу під водою, є температуростійким, здатним зберігати свої розміри у всіх просторових положеннях і дозволяє регулювати час до затвердіння матеріалу.
7. Встановлено, що теплоізоляційний шар шлаку можна одержати при зниженій масі покриття і вмісті рутилу, якщо під водою утвориться контакт розплавленого шлаку із силоксано-смоляним каучуком, що запобігає проникненню води під шлакову кірку та її руйнуванню. Це дозволило розробити комбіновану теплову ізоляцію, що складається з теплоізолювального зварювального шлаку і шару силоксаново-смоляного каучуку, що зменшує швидкість охолодження металу ЗТВ в інтервалі температур 800...500 оС в 1,4...2,0 рази без збільшення погонної енергії при збереженні оперативної переваги підводного мокрого зварювання.
8. Показано, що збільшення погонної енергії знижує максимальну твердість металу ЗТВ на низьколегованих сталях, але не усуває холодні тріщини на ділянці перегріву сталi 10ХСНД при зварюванні низьковуглецевими електродами.
9. Визначено, що теплова ізоляція дозволяє одержати в ЗТВ сталі 10ХСНД
бейнітно-мартенситну структуру, утримуючу не більше 45...50 %
мартенситу, з феритною складовою, і твердість металу не вище
HV10 309...314, а у шві - бейнітно-феритну структуру. Таке сполучення
структур забезпечує високі пластичні властивості зварених з'єднань
і відсутність холодних тріщин при використанні низьковуглецевих
електродів.
10. Розроблені зварювальні матеріали і технологія ручного підводного
мокрого зварювання, випробувані в натурних умовах, дозволяють
підвищити якість зварених з'єднань з низьколегованих сталей, що
мають СЕКВ Ј 0,43 %, і впроваджені на Петрозаводськой ремонтно-
експлуатаційній базі флоту Бiломоро-Онезького пароплавства з
економічним ефектом 246 тис. росiйських рублiв.
Основний зміст дисертації викладено у наступних публікаціях:
1.Устинов А.В. Особенности термического цикла и распределения максимальных температур при подводной сварке мокрым способом// Вестник Приазов. гос. техн. ун-та: Сб. науч. тр. Мариуполь, 1998.- Вып. 6.- С. 232-235.
2. Устинов А.В., Чигарев В.В. Электроды с повышенной толщиной покрытия для подводной мокрой сварки// Вестник Приазов. гос. техн. ун-та: Сб. научн. тр. Мариуполь, 1999.- Вып.8.- С.137-140..
3. Чигарев В.В., Устинов А.В. Расчетно-экспериментальная оценка возможности уменьшения скорости охлаждения металла при подводной мокрой сварке// Автоматическая сварка.- 2000.- № 5.- С.25-30.
4.Устинов А.В., Чигарев В.В. Усовершенствование технологии подводной мокрой сварки покрытыми электродами// Вісн. Приазов. гос. техн. ун-ту: Сб. наук. тр.- Маріуполь, 2000.- Вип.10.- С.199-203.
5.Авторское свидетельство 1299755 СССР. Состав наружного слоя для двухслойного электродного покрытия/ Устинов А.В., Мурзин В.В., Руссо В.Л. и др. Опубл.30.03.85.
6.Устинов А.В. Разработка электродов, улучшающих шлаковую защиту поверхности шва при подводной сварке// П регион. научн. техн. конф., май 1993.: Тез. докл.- Мариуполь, 1993.- С. 61.
7.Устинов А.В. Влияние параметров режима на скорость охлаждения металла ЗТВ при ручной подводной сварке мокрым способом// Ш регион. научн. техн. конф., май 1995.: Тез. докл.- Мариуполь, 1995.- С. 60.
8.Устинов А.В. Материалы для тепловой изоляции поверхности соединения при подводной сварке мокрым способом// V1 регион. научн. техн. конф., сентябрь 1999.: Тез. докл.- Мариуполь, 1999.- С. 94.
9.Устинов А.В. О механизме формирования теплоизолирующего шлакового покрова при подводной мокрой сварке// VП регион. научн. техн. конф., апрель 2000.: Тез. докл.- Мариуполь, 2000.- С. 105.
У наведених роботах автору належить наступне:
[1] Розроблена лабораторна установка для підводного мокрого зварювання покритими електродами, методика запису температур, виконані експерименти й оброблені результати.
[2], [5], [6] Запропонований склад зовнішнього легкоплавкого шару покриття електрода, проведені експерименти й оброблені отримані результати.
[3] Розроблена методика і проведені експерименти по визначенню термічних циклів, запропонований спосіб обліку впливу теплоізоляції від води на температурне поле в металі при розрахунку за методом кінцевих елементів.
[4], [7], [8] Визначений вплив режиму зварювання і теплової теплоізоляції на швидкість охолодження металу ЗТВ і його твердість, запропоновано використовувати легкоплавке зв'язування для збільшення маси покриття, виконаний пошук матеріалу для теплової ізоляції і визначені його властивості, запропонована комбінована теплова ізоляція металу від води, що складається з теплоізоляційного шлаку і силоксано-смоляного каучуку, відпрацьовані її параметри.
[9] Виконаний аналіз умов, за яких утвориться теплоізоляційний шар зварювального шлаку і запропонований механізм його утворення.
АННОТАЦИЯ
Устинов А.В. Разработка сварочных материалов и технологии ручной подводной сварки низколегированных сталей. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.06 – сварка и родственные технологии. Приазовский государственный технический университет Министерства образования и науки Украины, Мариуполь, 2002 г.
Диссертация посвящена решению проблемы снижения скорости охлаждения металла при подводной мокрой сварке путем разработки сварочных материалов и технологии, позволяющих повысить пластические свойства и трещиностойкость металла при сварке покрытыми электродами низколегированных сталей, имеющих С ЭКВ Ј 0,43 %, с целью значительного расширения области применения этого способа сварки под водой.
Экспериментальные исследования тепловых процессов, протекающих в металле средней толщины, выполнялись на лабораторной установке, которая воспроизводит подводную мокрую дуговую сварку покрытым электродом, дает высокую стабильность режима сварки, исключая влияние квалификации сварщика. Для сварки использовали постоянный ток на режимах, применяемых к покрытым электродам диаметром 3…5 мм. Максимальная глубина погружения составляла 0,4 м.
Определили, что при подводной сварке в металле средней толщины (16 мм) градиент максимальных температур вблизи кромки шва (1000 оС/мм) в 2,2 раза выше, чем под швом (450 оС/мм). На воздухе градиент температур вдоль поверхности пластины и под сварным швом более однородный (соответственно 280 оС/мм и 260 оС/мм). Скорости охлаждения металла ЗТВ под водой в интервале температур 800…500 оС (W8-5) и 500…300 оС (W5-3) соответственно составляют 68…75 оС/с и 41…45 оС/с. Они в 3,3…4,8 и 5,6…8,2 раза превышают значения скоростей, полученные при сварке на воздухе в тех же интервалах температур.
Влияние режима подводной сварки на скорость охлаждения металла ЗТВ изучалось по регрессионной математической модели, построенной с помощью многофакторного эксперимента. Анализ полученной зависимости показал, что наибольшее влияние на функцию (W8-5) имеет скорость сварки, вторым по влиянию является сварочный ток. Графически зависимости W8-5 от параметров имеют вид семейства наклонных прямых, сходящихся за пределом области эксперимента в районе (37-39) оС/с. Минимальное значение W8-5 в эксперименте было получено при Vсв = 1,0 мм/с, Iсв = 250 А, Uд = 36 В и составило 41 оС/с. Все изменения режима, повышающие погонную энергию сварки, снижают скорость охлаждения металла.
Теоретическое исследование температурных полей в металле с
использованием математического моделирования методом конечных
элементов и решением задачи на ЭВМ, позволило установить, что тепловая изоляция нагретой поверхности металла от воды устраняет переохлаждение его поверхностного слоя, снижает высокую неоднородность распределения максимальных температур и скоростей охлаждения в поперечном сечении металла, присущую подводной мокрой сварке. Более эффективно, чем за счет увеличения погонной энергии, уменьшается скорость охлаждения металла ЗТВ, приближаясь к значениям, присущим сварке на воздухе. При этом влияние тепловой изоляции поверхности шва более значительно, чем прилегающей к нему поверхности.
Экспериментально определили, что теплоизоляционный слой сварочного шлака под водой образуется при введении в зону горения дуги повышенного количества шлакообразующих веществ. Разработаны электроды с увеличенным коэффициентом массы покрытия ( 1,2...1,9) на базе рутилового концентрата или окиси титана, дающие утолщенную шлаковую корку. Легкоплавкий или с легкоплавкой связкой наружный слой покрытия дает дополнительное количество шлака. Электроды позволяют снизить скорость охлаждения металла ЗТВ в 1,2…1,4 раза, улучшить формирование металла шва и сохранить устойчивое горение дуги благодаря невысокому увеличению длины втулки ( не более чем в 1,4 раза по сравнению с электродами, имеющими коэффициент массы покрытия 0.35…0,40).
Более значительное снижение скорости охлаждения металла удалось достигнуть за счет разработки комбинированной тепловой изоляции, состоящей из теплоизоляционного сварочного шлака и слоя силоксаново-смоляного каучука, прилегающего к нему. Такой каучук обладает низкой теплопроводностью, хорошей адгезией к поверхности металла под водой, высокой температуростойкостью и наносится перед сваркой. Тепловая изоляция уменьшает скорость охлаждения металла ЗТВ в интервале температур 800...500 °С в 1,4...2,0 раза без увеличения погонной энергии при сохранении оперативного преимущества подводной мокрой сварки.
Установили, что тепловая изоляция нагретой поверхности металла более эффективно, чем повышение погонной энергии, снижает максимальную твердость металла ЗТВ при сварке низколегированных сталей. На стали 10ХСНД она позволяет получить бейнитно-мартенситную структуру с ферритной составляющей, содержащей не более 40…50 % мартенсита и твердость металла не выше HV 309...314, а в шве - бейнитно-ферритную структуру. Такое сочетание структур обеспечивает высокие пластические свойства сварного соединения и отсутствие холодных трещин при использовании низкоуглеродистых электродов.
Разработанные сварочные материалы и технология ручной подводной мокрой сварки внедрены на Петрозаводской ремонтно-эксплуатационной базе флота Беломоро-Онежского пароходства с экономическим эффектом 246 тыс. рублей.
Ключевые слова: подводная мокрая сварка, скорость охлаждения металла, покрытые электроды, погонная энергия, теплоизолирующий сварочный шлак, комбинированная тепловая изоляция нагретой поверхности, качество сварных соединений, низколегированные стали.
АНОТАЦІЯ
Устінов О.В. Розробка зварювальних матеріалів і технології ручного підводного зварювання низьколегованих сталей. – Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.03.06 – зварювання і споріднені технології.- Приазовський державний технічний університет Міністерства освіти і науки України, Маріуполь, 2002р.
Дисертація присвячена вирішенню проблеми зниження швидкості охолодження металу при підводному мокрому зварюванні шляхом розробки зварювальних матеріалів і технології, що дозволяють підвищити пластичні властивості і тріщинотривкість металу при зварюванні покритими електродами низьколегованих сталей, що мають СЕКВ Ј 0,43 %, з метою значного розширення області застосування цього способу зварювання під водою.
Досліджували теплові процеси в металі середньої товщини розрахунковими й експериментальними методами. Визначили, що теплова ізоляція нагрітих поверхонь від води знижує швидкість охолодження металу ЗТВ більш значно, нiж збільшення погонної енергії.
Розроблено комбіновану теплову ізоляцію, що складається з теплоізоляційної шлакової корки і прилягаючих шарів силоксано-смоляного каучуку, що наносяться перед зварюванням на виріб. При цьому використовуються електроди з двошаровим покриттям збільшеної маси. Така теплоізоляція знижує швидкість охолодження металу ЗТВ в інтервалі температур 800…500 оС у 1,4...2,0 рази.
Зварені з'єднанння набувають високих пластичних властивостей та підвищену тріщинотривкість при використанні низьковуглецевих електродів.
Ключові слова: підводне мокре зварювання, швидкість охолодження металу,
покриті електроди, погонна енергія, теплоізоляційна шлакова кірка, комбінована теплова ізоляція нагрітого металу, якість зварних з'єднань, низьколеговані сталі.
THE SUMMARY
Alexander Viktorovich Ustinov. Development of welding materials and technology of manual underwater wet welding of low alloy steel. - The manuscript.
The dissertation for a scientific degree of the Candidate of engineering on a specialty 05.03.06 - welding and related technologies. —Priasovsky State Technical University of the Ministry of educations and sciences of Ukraine, Mariupol, 2002.
The dissertation is devoted to the decision of a problem of decrease of metal cooling speed at underwater wet welding by development of welding materials and the technology, allowing to increase plastic properties and to reduce тhe cracking susceptibility of metal at using by the covered electrodes of low alloy steels, having C. E. < 0,43 %, with the purpose of significant expansion of a scope of this way of welding under water.
The thermal processes in the metal of average thickness are investigated settlement and experimental methods. It was defined, that thermal isolation of the heated up surfaces from water reduces speed of cooling of HEZ metal more considerably, than increase of running energy.
The combined thermal isolation consisting from thermal isolation welding slag and adjoining layers of ciloxane-pitch rubber, that are put before welding on a product, is developed. The two-layer heavy-coated electrodes are used. Such thermal isolation reduces speed of HEZ metal cooling in an interval of temperatures 800…500 oС in 1,4…2,0 time. Joints get high plastic properties and decrease of the cracking susceptibility at use of electrodes with low carbon wire.
Key words: underwater wet welding, metal cooling speed, covered electrodes, running energy, thermal isolation by welding slag, combined thermal isolation of heated up surface, joint quality, low alloy steels.