Библиографическое описание:

Кузнецов М. А. Влияние покрытий, содержащих функциональные компоненты, на особенности сварки в защитных газах // Молодой ученый. — 2010. — №5. Т.1. — С. 60-62.

Дуговая сварка плавящимся электродом в среде защитных газов занимает одно из ведущих мест во всех отраслях промышленности. Одним из существенных недостатков дуговой сварки в среде защитных газов является повышенное разбрызгивание электродного металла и связанное с ним набрызгивание поверхности свариваемых деталей.[1, с. 3]

Разбрызгивание – это разбрасывание мелких и крупных капель расплавленного металла электрода и сварочной ванны. Разбрызгивание сопровождается выбрасыванием из зоны дуги большого количества брызг (капель) жидкого металла различного размера, вступающих в физико-химическое взаимодействие с поверхностными слоями свариваемого металла, что приводит к изменению его структурно-фазового состояния.[2, с. 18] Установлено, что трудоемкость по отчистки поверхности свариваемых изделий от брызг расплавленного металла, составляет 15–20% от основного времени сварки.[3, с. 30]

Один из способов снижения величины набрызгивания капель расплавленного металла на поверхность свариваемых деталей является применением покрытий для защиты поверхности свариваемого металла от брызг расплавленного металла.[4, с. 17] Но у данного способа снижения набрызгивания есть один существенный недостаток, некоторые, защитные покрытия отрицательно влияют на процесс сварки.

Поэтому актуальным становится вопрос о разработке функциональных покрытий, которые помимо всех своих преимуществ, будут еще положительно влиять на процесс сварки, свойства и структуру металла шва.

Один из способов влияния на структуру, химический состав и свойства сварного шва является введение в металл сварного шва модификаторов.

Модификаторы – это такие специально вводимые элементы для получения специальных свойств материала. Эти добавки влияют на кинетику распада пересыщенного твердого раствора, а следовательно, изменяют структуру сплава, механические, коррозионные, технологические и другие свойства материала.[5, с. 43]

Слово «модификатор» (от лат. modifico) означает изменение формы. Поэтому им названа специфическая группа литейных сплавов и композиций, при введении которых в расплав того или иного сплава, приводит к существенному изменению строения, а вместе с тем и эксплуатационных свойств.[5, с. 43]

Модификатор (от позднелат. modifico - видоизменяю, меняю форму) металлов и сплавов, вещество, которое существенно изменяют структуру и свойства обработанного им металла или сплава. Эффект от такой обработки называется модифицированием. [5, с. 44]

Некоторые модификаторы представлены в таблице 1.

Таблица 1

Элементы – модификаторы.[6, с.18]

Элемент

Плотность г/см

Атомная масса

Т°C

Т°C

Магний

1,74

24,3

651

1107

Кальций

1,55

40,1

848

1487

Стронций

2,6

87,6

769

1384

Барий

3,5

137,3

725

1637

Лантан

6,19

138,9

920

3469

Церий

6,7

140,1

795

3424

Празеодим

6,78

140,9

935

3127

 

Под модифицированием понимается процесс активного регулирования первичной кристаллизации или изменения степени дисперсности кристаллизующихся фаз путём введения в расплав добавок отдельных элементов или их соединений. [7, с. 45]

Модифицированием можно добиться:

1) измельчение микро- и макроструктуры;

2) уменьшение развития химической, физической и структурной неоднородности;

3) снижение содержание газов;

4) благоприятного изменения природы и формы неметаллических включений;

5) повышение комплекса технологических, механических и эксплуатационных свойств. [7, с. 45]

Модифицирование металла осуществляется вводом в жидкий металл, как правило, комплекса химических элементов и знание их физико-химических характеристик позволяет изменить качество металла в нужном направлении. [7, с. 46]

Один из основных модифицирующих элементов, кальций. Кальций отличается высокой упругостью паров, низкой растворимостью в металле и низкими температурами плавления (8480С) и кипения (14870С), что позволяет ему практически полностью удаляться из металла. Чтобы этого не происходило, мы вводим в состав лигатур многие другие элементы, способствующие пролонгированию, продлению, углублению действия кальция. [7, с. 47]

Следующий элемент из щелочноземельных – барий. Считается, что он не участвует в образовании неметаллических включений – растворимость его в металле чрезвычайно низкая.

Магний в лигатуре для модифицирования стали содержится в пределах 1,0…2,0%. Этот чрезвычайно активный металла обладает ещё меньшими, чем кальций температурами плавления (6510С) и кипения (11070С) и, вступая первым в реакцию при вводе в жидкую сталь, по нашим наблюдениям, предупреждает окисление кальция, снижает степень вторичного окисления металла.[7, с. 48]

Стронций по своим физико-химическим свойствам занимает промежуточное положение между кальцием и барием и несомненно также будет служить делу повышения эффективности модифицирования металла.[7, с. 49]

Цирконий, например, значительно измельчает неметаллические включения. Он обладает большим сродством к кислороду, азоту и сере, чем титан.[7,с. 50]

Бор повышает прокаливаемость стали, измельчает зерно аустенита.[7, с. 50]

В общем виде можно отметить, что введение в сталь кальция повышает её жидкотекучесть, видоизменяет оксидные и сульфидные включения, улучшает пластические свойства отливок и др. Дополнение лигатуры барием приводит к повышению усвоения кальция и, соответственно, к усилению положительного воздействия последнего, хотя в ряде случаев отмечается эффективность использования одного бария (без кальция).[8, с.158 ]

Также кроме щелочноземельных элементов хорошими модификаторами являются редкоземельные элементы. Редкоземельные металлы не ухудшают жидкотекучесть стали, снижают содержание в ней серы, эффективно модифицируют неметаллические включения, измельчают литую структуру отливок, ослабляют ликвационные процессы и чувствительность к водороду и др. Активные нитридообразующие элементы (титан, ванадий и др.) ослабляют отрицательное влияние повышенных концентраций азота, измельчают зерно, повышают прочностные характеристики отливок и др. [8, с. 163]

Например, при производстве рельсов, сталь модифицируют сплавами Fe-Si-Ca—Ba, она имеет более высокую пластичность, чем пластичность стали, модифицированной сплавами Fe—Si— Ca. Если учесть наследственное влияние физико-химических свойств исходного расплава на физико-механические свойства получаемых металлоизделий, то вышеуказанный факт позволяет полагать, что барий в жидкой рельсовой стали должен проявлять себя более сильным модификатором, чем кальций. Более существенным в эффекте модифицирования стали является изменение строения металлического расплава на наноуровне. Оно происходит не только при нагреве металла до критических температур, но также и под действием других факторов, в частности, при обработке щелочно-земельными металлами. В силу размерного несоответствия атомов кальция и бария с атомами железа и различия в электронном строении при их введении в сталь происходят необратимые изменения наноструктуры (кластерной структуры) расплава и приближение его к более равновесному состоянию.[9, с. 3]

Весьма эффективно использование бария при выплавке трубных сталей и сварке нефтегазопроводов. Так, введение 1 — 3 % Ва в электродное покрытие обеспечивает высокую трещиностойкость сварных соединений как на воздухе, так и в коррозионно-агрессивных средах. Скорость коррозии сварных металлоконструкций нефтегазопроводов снижается в 4 — 7 раз. При этом более высокая эффективность бария в сравнении с кальцием, достигается только за счет снижения содержания серы и фосфора.[10, с. 52]

Из вышесказанного видно, что модифицирование уже нашло свое применение в сварочном производстве при ручной дуговой сварке покрытыми электродами. Модификаторы вводились в сварной шов через электродное покрытие. А при сварке в углекислом газе модификаторы можно ввести в сварной шов через:

1)        сварочную проволоку

2)        защитное покрытие

В дальнейших разработках предполагается введение функциональных компонентов (модификаторов) в сварной шов при сварке в углекислом газе через защитные покрытия.

Поэтому целью исследований будет являться изучение влияния защитных покрытий, содержащих функциональные компоненты (модификаторы), на особенности сварки в углекислом газе.

Основными задачами для достижения поставленной цели будут являться:

1)        разработка защитных покрытий, содержащих функциональные компоненты.

2)        влияние защитных покрытий, содержащих функциональные компоненты (модификаторы) на структуру, химический состав и механические свойства сварного соединения.

 

Литература:

1.    Федько.В.Т., Теория, технология и средства снижения набрызгивания и трудоемкости при сварке в углекислом газе.-Томск: Изд-во Том. ун-та, 1998. – 432 с.

2.    Федько.В.Т., Технология, теоретические основы и средства снижения трудоемкости при сварке в углекислом газе: Учебник. – Томск: Изд-во Том. ун-та, 2004. – 398 с.

3.    Федько В.Т., Ястребов А.П., Ильященко Д.П. Проблемы разбрызгивания металла при ручной дуговой сварке покрытыми электродами (обзор)//Технология машиностроения. – 2005 – №3 – с. 23 – 31.

4.    Элементы теории и технологии защиты поверхности от брызг расплавленного металла при

5.    сварке в углекислом газе: учебное пособие / В.Т. Федько, С.Б. Сапожков, П.Д. Соколов, А.П. Ястребов. – 2-е изд. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. – 146 с.

6.    Большая Советская Энциклопедия.Второе издание Т. 28 - М., 1969-1978. – 660 с.

7.    Рябчиков И.В., Панов А.Г., Корниенко А.Э. О качественных характеристиках модификаторов // М: Сталь – 2007 – № 6 – с. 18 – 23.

8.    Голубцов В.А., Усманов Р.Г., Шуб Л.Г. Модифицирование – эффективный метод улучшения качества стали // Черметинформация”, - Бюллетени ”Чёрная металлургия” – 2005 – №12. – с. 45 – 50.

9.    Гольдштейн Я.Е., Мизин В.Г. Модифицирование и микролегирование чугуна и стали. М.: Металлургия, 1986. – 271с.

10.                  А. А. Дерябин, B.C. Цепелев, В.В. Конашков, Е.Ю. Берестов, В.В. Могильный  Кинематическая вязкость рельсовой стали, модифицированной сплавами Fe-Si-Ca И Fe-Si-Ca-Ba. // ИЗВЕСТИЯ высших учебных заведений. ЧЕРНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ – 2008г. – №4 – с. 3 – 6.

11.                  И. В. Рябчиков, А. Ю. Ахмадеев, Т. В. Рогожина, В. А. Голубцов Сравнительная раскислительная и модифицирующая способность магния и щелочно-земельных элементов при внепечной обработке стали. // Сталь – 2008 – №12  – с. 51 – 54.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle