Розробка низьководневих зварювальних флюсів марганцевосилікатного типу

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона

 

ГОНЧАРОВ Ігор Олександрович

 

УДК 621. 791. 048

 

 

Спеціальність 05. 03. 06. “Зварювання та споріднені технології”

 

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

 

Київ – 2002

 

Дисертація є рукопис.

Робота виконана в Інституті електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук Кузьменко Володимир Григорович, Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України, провідний науковий співробітник.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, Шлепаков Валерій Миколайович, Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України, провідний науковий співробітник кандидат технічних наук, доцент Сливінський Анатолій Матвійович, НТУУ “Київський політехнічний інститут”, професор кафедри.

Провідна установа: Приазовський державний технічний університет, м. Маріуполь.

Захист дисертації відбудеться «_29__»_травня___2002р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26. 182. 01 при Інституті електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України за адресою: 03680, м. Київ-150, МСП, вул. Боженка, 11.

З дисертацією можна ознайомитися в науково-технічній бібліотеці Інституту електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України.

 

 

Актуальність теми. При автоматичному електродуговому зварюванні конструкцій з низьковуглецевих і низьколегованих сталей широко застосовуються марганцевосилікатні плавлені флюси. Однак ці флюси відрізняються підвищеною чутливістю до утворення пор у зварних швах. У цілому ряді досліджень встановлено, що основною причиною пороутворення у швах є підвищений вміст водню в металі зварювальної ванни і його виділення в момент кристалізації внаслідок стрибкоподібного зниження розчинності. Одержання щільних швів при зварюванні під марганцевосилікатними плавленими флюсами звичайно досягається за рахунок підвищення вмісту в складі флюсу фторида кальцію, здатного в зоні зварювання зв'язувати водень у нерозчинний у рідкій сталі HF. Однак останній шкідливий для працюючих. З літератури відомо, що флюси є основним джерелом водню в зоні зварювання. Тому для зниження концентрації водню в металі зварювальної ванни ефективніше застосовувати флюси, що містять мінімальну кількість водню. Для зниження вмісту водню у флюсах для зварювання середньолегованих і високолегованих сталей звичайно рекомендується високотемпературне (600-1000оС) прожарювання. Однак для марганцевосилікатних плавлених флюсів воно непридатне через окислення оксиду марганцю, що входить до їх складу. Вплив технології виготовлення флюсів на вміст у них водню в літературі мало вивчений. Тому актуальною є розробка низьководневих марганцевосилікатних флюсів і технології їх виготовлення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження проводились в рамках теми № 5. 43. 08/254 «Розробка і промислове впровадження технології виготовлення зварювальних флюсів з високим ступенем ресурсозбереження», виконаної згідно наказів ГКНТ України № 15 від 01. 03. 1993, № 39 від 05. 03. 1994, і теми № 15/4-П «Створення технології виготовлення низьководневого зварювального плавленого флюсу з підвищеною стійкістю зварних швів проти утворення пор», виконаної згідно наказу по ІЕЗ ім. Є. О. Патона № 19 від 16. 02. 2001 року.

Мета роботи – створення низьководневих флюсів, які забезпечують підвищену стійкість зварних швів проти пороутворення, і технології їх виготовлення.

Для досягнення цієї мети було поставлено завдання:

1) уточнити розподіл форм існування водню в плавлених флюсах;

2) вивчити термічну десорбцію водню із сировинних матеріалів, зварювальних плавлених флюсів і шлаків;

3) визначити вплив різних етапів технології виробництва зварювальних плавлених флюсів на вміст у них водню;

4) встановити залежність вмісту дифузійного водню в наплавленому металі від його вмісту у флюсах;

5) визначити вміст водню в металі шва при зварюванні під флюсом, який викликає утворення пор.

Об'єктом дослідження є марганцевосилікатні плавлені флюси.

Предметом дослідження є встановлення залежності між вмістом водню в плавлених марганцевосилікатних флюсах і вмістом водню в наплавленому металі при електродуговому зварюванні під цими флюсами та впливу концентрації водню в металі шва на утворення в ньому пор.

Методи досліджень. Дослідження складу і будови зварювальних флюсів і шлаків проводили із застосуванням методів ІЧ-спектроскопії, хімічного, рентгенструктурного фазового, ТГ-, ДТГ- і ДТА-аналіза. Температуру зварювальних флюсів у розплавленому стані визначали оптичним пірометром. Вміст і кінетику виділення водню в процесі нагрівання із сировинних матеріалів, плавлених флюсів і шлаків визначали методом термічної десорбції водню в середовищі аргону з хроматографічним аналізом газів, що виділилися. Вміст дифузійного водню в наплавленому металі і металі шва визначали за ГОСТ 23338-91 методом газової хроматографії. При дослідженні зварних швів застосовували хімічний і спектральний аналіз, оптичну металографію і випробування механічних властивостей. Вміст газів [O], [N], [H] у зварних швах визначали методом відновлювального плавлення в потоці інертного газу (аргону чи гелію).

Наукова новизна отриманих результатів: На підставі досліджень термічної десорбції з хроматографічним аналізом водню і газів, які містять водень, з марганцевосилікатних плавлених флюсів встановлено, що плавлені флюси містять значну кількість водню у формі ОН-груп, який виділяється при нагріванні вище температури 800оС, причому основна частина гідроксильних груп видаляється при температурах нагрівання, близьких до температури плавлення флюсу (1000-1100оС). Отримані дані свідчать про непридатність застосування до марганцевосилікатних плавлених флюсів теорії «цеолітного» впровадження молекул води у зварювальні флюси.

Встановлено, що компоненти шихти, які використовуються