Розробка низьководневих зварювальних флюсів марганцевосилікатного типу

При плавленні в печі в шлаковому розплаві водень розчиняється у формі ОН-груп. Зростання температури розплаву з 1400 до 1700оС призводить до зниження вмісту в ньому водню. В результаті зливу шлакового розплаву у воду загальний вміст водню в готовому флюсі збільшується непропорційно в залежності від температури шлаку перед грануляцією: при 1400оС – на 8-12%, при 1500 -1530оС – у 3-4 рази, при 1700оС – в 10 разів у порівнянні з його вмістом у розплаві.

Вміст дифузійного водню в наплавленому металі при зварюванні під марганцевосилікатними плавленими флюсами знаходиться в прямій залежності від кількості розчиненого в них у формі ОН-груп водню, що виділяється з флюсів при температурах нагрівання, близьких до температури плавлення флюсів (990оС).

Експериментально встановлена концентрація водню в металі шва, при перевищенні якої у швах при дуговому зварюванні під марганцевосилікатними плавленими флюсами утворюються пори, яка дорівнює 12-14 см3/100 г металу шва.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджується результатами прямих експериментів із застосуванням сучасних методів досліджень у сертифікованих лабораторіях на атестованому обладнанні. Більшість положень узгоджується з відомими в літературі даними і не суперечить існуючим уявленням в області зварювальних процесів.

Практичне значення отриманих результатів. На основі проведених досліджень хімічного і фазового складу шлакових корок, що утворюються при зварюванні труб, запропоновано використовувати їх при виготовленні низьководневих флюсів без повторного переплавлення в печі. Розроблено й освоєно в умовах Харцизького і Новомосковського трубних заводів технологію виробництва низьководневих зварювальних флюсів АН-60СМ і АН-68СМ, які забезпечують вміст дифузійного водню в наплавленому металі не більше 5 см3/100 г. На Харцизькому трубному заводі випущено близько 400 тон флюсу АН-60СМ по ТУУ 05416923. 013-96. Флюс АН-60СМ впроваджений при зварюванні побутових газових балонів на Харцизькому трубному заводі і Дружковському заводі газової апаратури, при зварюванні колес на Кременчуцькому колесному заводі, при зварюванні суднобудівних конструкцій зі сталей категорій В и Д-40 на Київському суднобудівельно-судноремонтному заводі.

На основі шлакових корок суміші флюсів АН-60 і АН-67А розроблено плавлений флюс АН-68, який призначений для зварювання труб з підвищеною швидкістю. На Новомосковському трубному заводі виготовлено понад 200 тон флюсу АН-68, який впроваджено на Харцизькому трубному заводі при зварюванні газопровідних труб зі сталей 13ГС, 13Г1СУ, 09Г2ФБ, 10Г2ФБ.

Особистий внесок здобувача. За особистою участю автора здійснений вибір методики досліджень, сплановані і проведені експерименти по вивченню загального вмісту і характеру термічної десорбції водню зі зварювальних плавлених флюсів, сировинних матеріалів і шлаків, вмісту дифузійного і залишкового водню в наплавленому металі і металі швів при зварюванні під флюсом. Аналіз отриманих результатів здійснювався автором як особисто, так і за участю інших співавторів. Автором уточнений розподіл форм існування водню в марганцевосилікатних плавлених флюсах, визначений вплив температурного режиму плавки зварювальних шлаків на вміст у них водню, встановлений характер залежності між вмістом водню у флюсі і вмістом дифузійного водню в наплавленому металі. Автором розроблено склади і технологію виробництва низьководневих флюсів АН-60СМ і АН-68СМ. Освоєння виробництва флюсів АН-60СМ, АН-68СМ і АН-68 на Харцизькому і Новомосковському трубних заводах, їх впровадження при зварюванні різних виробів здійснювалося співробітниками ІЕЗ ім. Є. О. Патона за особистою участю автора.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дисертаційної роботи були представлені на міжнародних конференціях: «Сучасні проблеми розвитку зварювального виробництва і вдосконалення підготовки кадрів» (Маріуполь, 1996), «Прогресивна техніка і технологія машинобудування, приладобудування і зварювального виробництва» (Київ, 1998), «Стан і перспективи розвитку зварювальних матеріалів у країнах СНД» (Краснодар, 1998), науково-технічному семінарі «Зварювання під флюсом сьогодні і завтра» (Запоріжжя, 1998), міжнародних конференціях: «Проблеми забезпечення якості в зварювальному виробництві» (Київ, 2001), «Зварювання і споріднені технології» (Київ, 2001), «Дугове зварювання. Матеріали і якість на рубежі XXI століття» (Орел, 2001).

Публікації. Матеріали дисертації опубліковано в 14 наукових працях, список яких наведений у заключній частині автореферату, з них [1-5] – задовольняють вимогам ВАК до публікацій.

Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, 5 розділів, загальних висновків, списку використаної літератури із 152 найменувань і 4 додатків. Текстова частина складає 141 сторінку машинописного тексту, 55 малюнків і 41 таблицю.

У вступі показана актуальність теми досліджень, сформульовані мета і завдання дослідження, наукова новизна проведеної роботи.

У першому розділі представлений огляд літератури, присвяченої визначенню вмісту водню в плавлених флюсах. Проведено аналіз методик, що застосовувалися, і оцінена достовірність отриманих результатів. Здійснено вибір методики досліджень і обґрунтовано необхідність їх проведення.

В другому розділі уточнений розподіл форм існування водню в зварювальних плавлених флюсах, визначений вплив технологічних процесів виробництва зварювальних плавлених флюсів на вміст у них водню, вивчений вміст водню в сировинних матеріалах, зварювальних флюсах і шлакових корках, які утворюються при дуговому переплавленні флюсів.

У третьому розділі вивчався вміст водню в металі швів і його зв'язок з пороутворенням при зварюванні під плавленими флюсами. Встановлено характер залежності вмісту дифузійного водню в наплавленому металі від його вмісту у флюсі.

У четвертому розділі приведені результати досліджень змін хімічного і фазового складу флюсу, що відбуваються в процесі