Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ЗАЩИТНОЙ ГАЗОВОЙ СРЕДЫ НА УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВА СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ ПРИ СВАРКЕ С ИМПУЛЬСНОЙ ПОДАЧЕЙ ЭЛЕКТРОДНОЙ ПРОВОЛОКИ

Павлов Н.В. 1 Крюков А.В. 1
1 Юргинский технологический институт (филиал) Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
Среднелегированные мартенситно-бейнитные стали обеспечивают высокую прочность конструкции при одновременном снижении металлоемкости. Однако, при сварке стали данного класса склонны к образованию закалочных структур и холодных трещин. Одним из перспективных способов получение качественного сварного соединения является сварка с импульсной подачей электродной проволоки в смеси газов Ar(70%±3%)+СО2(30%±3%). В результате проведенных экспериментальных исследований химического состава, механических свойств и микроструктурного анализа сварных соединений, полученных при сварке с импульсной подачей электродной проволоки в смеси газов. Установлено, что механические свойства сварных соединений, полученных при сварке в смеси газов Ar+CO2 повышаются на 10-15% по сравнению с защитой в СО2. Что обусловлено сохранением элементов раскислителей (6%-кремний и 8%-марганец), которые оставаясь в металле шва, повышают ударную вязкость. Проведенные металлографические исследования двух способов позволяют говорить, что закономерности изменения структуры аналогичны.
эксплуатационные свойства
среднелегированные мартенситно-бейнитные стали
смесь газов
импульсная подача
1. Аснис А.Е., Гутман Л.М., Покладий В.Р. «Сварка в смеси активных газов».- Киев: Наукова думка, 1982.- 216с.
2. Крюков А.В., Павлов Н.В., Зеленковский А.А. Особенности сварки с импульсной подачей электродной проволоки // Сварочное производство. –2013. –№5. –С. 37 – 39.
3. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедеение. – М.: Машиностроение, 1990. – 528с.
4. Лебедев В.А., Пичак В.Г. Механизированная дуговая сварка в СО2 с регулируемой импульсной подачей сварочной проволоки // Сварочное производство. –1998. –№5. –С. 30 – 33.
5. Павлов Н.В., Крюков А.В., Зернин Е.А. Сварка с импульсной подачей проволоки в смеси газов // Сварочное производство. –2010. –№4. –С. 27 – 28.
6. Патент РФ на изобретение №2254969 Механизм импульсной подачи сварочной проволоки / Брунов О.Г., Федько В.Т., Крюков А.В. и др. Опуб. 27.06.2005. Бюл. №18.
7. Патон Б.Е., Лебедев В.А., Полосков С.И. Использование механических импульсов для управления процессами автоматической и механизированной сварки плавящимся электродом //Сварка и диагностика. –2013. –№6. –С. 16 – 20.
8. Федько В.Т., Брунов О.Г., Солодский С.А. Перенос электродного металла при сварке с импульсной подачей сварочной проволоки // Сварочное производство. –2006. –№8. –С. 9 – 14.
9.Чинахов Д.А., Брунов О.Г. Сварка с импульсной подачей электродной проволоки кольцевых соединений из стали 30ХГСА // Известия Томского политехнического университета. – 2006.Т.309. – №1. – С. 136 – 138.
10. Языков Ю.Ф.. Алексина И.В. Преимущества сварки в защитных газовых смесях // Сварочное производство. – 2008.– №9. – С. 29 – 30.
11. Krampit A.G., Krampit N.Y. Method for the determination of the geometrical dimensions and area of the welded joint // Welding International. Volume 27, Issue 10,October 2013, Pages 834-836.

Среднелегированные мартенситно-бейнитные стали обладают высоким комплексом эксплуатационных свойств и используются для производства ответственных конструкций [3,9]. Они обеспечивают высокую прочность конструкции при одновременном снижении металлоемкости. Однако при сварке стали данного класса склонны к образованию закалочных структур и холодных трещин. Получение надежных сварных соединений осложняется также повышенной чувствительностью к концентраторам напряжений при статических и, особенно, при динамических нагрузках. Такая опасность тем больше, чем выше легирование стали углеродом [9].

Одним способов получения качественного сварного соединения является сварка с использованием механизмов импульсной подачей электродной проволоки (ИПЭП) [7,11].

Рационально использовать механизмы тянущего типа, т.к. это определяет не только портативность системы, но и что более важно точнее передает форму импульса. Это объясняется тем, что перемещение проволоки через направляющий канал полуавтомата чувствительно к форме и размеру изгиба шланга [2,4,8]. Перемещение проволоки в импульсном режиме через сопротивление шланга в любом случае сопровождается демпфированием переднего и заднего фронтов импульса, но если учесть, что положение шланга может меняться в ходе каких-либо манипуляций сварщика, то будет меняться и форма импульса, и соответственно условия воздействия на процесс сварки.

Вследствие этого сварка с импульсной подачей электродной проволоки (ИПЭП) с использование механизмов тянущего типа является актуальной задачей, данный процесс как обеспечивает преимущества импульсно-дуговых способов сварки, так и не имеет существенных недостатков.

Также не маловажным фактором, влияющим на качество сварного соединения, является защитная газовая среда. Проанализировав существующие и применяемые защитные газы и смеси на их основе, рационально использовать смесь Ar+CO2 [1]. Данная смесь активно применяется на производстве, положительно сказывается на технологических свойствах сварочной дуги (повышая стабильность ее горения), происходит снижение размеров брызг и уменьшение потерь на разбрызгивание, уменьшается выпуклость шва, с резким переходом к основному металлу (рис. 1) [10].

 а)

DSCF4084 б)

Рис. 1. Внешний вид швов полученных способом сварки с ИПЭП в СО2 (а) и способом сварки с ИПЭП в смеси газов Ar+CO2 (б)

На основе проведенных ранее экспериментов было установлено, что применение смеси Ar(70%±3%)+СО2(30%±3%) при сварке сталей обыкновенного качества (Ст3пс) снижают величину потерь электродного металла на угар и разбрызгивание до 2% [5]. Однако вопросы применяемости данного процесса при сварке среднелегированные мартенситно-бейнитных сталей мало изучены.

В результате была поставлена цель: изучить влияние состава защитной газовой среды на структуру и эксплуатационные свойства сварных соединений из среднелегированной мартенситно-бейнитный стали.

Методы исследования

Для исследования влияния состава защитной газовой среды на структуру и эксплуатационные свойства сварных соединений из стали среднелегированной мартенситно-бейнитный стали провели экспериментальные исследования двух способов защиты сварных соединений:

1) сварка в СО2(100%);

2) сварка смеси газов Ar(70%±3%)+СО2(30%±3%).

В обоих случаях в состав экспериментальной установки входили: автоматическая сварочная головка ГСП-2, укомплектованная механизмом импульсной подачи электродной проволоки [6], источник питания ВС-300Б, смесительное оборудование, состоящее из трех ротаметров и смесительной камеры. Сварку производили пластин из стали 30ХГСА толщиной 10мм, в Х-образную разделку сварочной проволокой Св-08ГСМТ-О (диаметром 1,2 мм)

Режимы сварки образцов представлены в табл.1.

Таблица 1

Режимы сварки образцов

№ образца

Материал

Защитный газ

I, A

Uд, B

Vсв, мм/с

f, Гц

«1»

30ХГСА

100%СО2

200-210

23-24

3.6

64

«2»

30ХГСА

70%Ar+30%СО2

220-230

24-25

3.7

64

Различие в значениях энергетических параметров связано с тем, что для достижения одинаковых значений глубины проплавления необходимо увеличить режимы сварки с ИПЭП в смеси газов Ar+СО2 на 5-10% по сравнению с ИПЭП в СО2, так как добавление аргона приводит к ее уменьшению [7].

Оценка химического состава сварного шва проводилась с использованием последовательного рентгенофлуоресцентного спектрометра LabCenter XRF-1800.

Пробы для исследования производились в двух точках в основном металле и металле шва (рис.2). Диаметр точек равен 3мм.

N_15

Рис.2. Точки замеров для исследования химического состава

Механические свойства сварных соединений определялись в соответствии с общепринятыми методиками, представленными в ГОСТ 6996-66 «Сварные соединения. Методы определения механических свойств».

Предел прочности определялся на разрывной машине «ALFRED J. AMSLER», соответствующей ГОСТ 7855-84.

Исследование микроструктуру наплавленного металла сварных соединений наблюдалась на микроскопе ЕС МЕТАМ РВ (ГОСТ15150-69) в комплекте с цифровым фотоаппаратом Fuji Film Fine Pix S6500fd, обеспечивающим документирование данных с микроскопа.

Результаты исследования и их обсуждение

В ходе проведенных исследований полученные сварные образцы, которые подвергли количественной оценки химического состава, механическим испытаниям и структурному анализу сварного соединения (табл. 2, 3 и рис. 3).

Таблица 2

Химический состав наплавленного металла

№ образца

Химические элементы

С, %

Si, %

Mn, %

S, %

P, %

«1»

0,24-0,26

0,74-0,76

0,63-0,65

0,013

0,017

«2»

0,25-0,27

0,78-0,8

0,66-0,68

0,013

0,017

Таблица 3

Результаты механических испытаний сварных образцов

Способ защиты сварных соединений

Ударная вязкость, KCU, Дж/см2

Т=0ºС

Т=20ºС

Т=-20ºС

Сварка с ИПЭП в СО2

62…66

72…76

52..56

Сварка с ИПЭП в смеси Ar+СО2

77…81

85…89

60…64

Как видно из табл. 3, механические свойства сварных соединений, полученных при сварке в смеси газов Ar+CO2 повышаются на 10-15% по сравнению с защитой в СО2.

Это связано с тем, что при сварке в процесс раскисления в меньшей степени участвуют кремний и марганец, которые оставаясь в металле шва, повышают ударную вязкость.

Проведенные металлографические исследования (рис.3) двух способов позволяют говорить, что закономерности изменения структуры аналогичны.

В центре металла шва видны темно-коричневые пластинки бейнита в более светлой матрице мартенсита (рис.3 а,б). А на границе зоны термического влияния (рис.3 в,г) феррит-бейнит (слева) и исходная ферритно-перлитная структура (справа внизу).

Стоит отметить, что сварные соединения не подвергались термообработке. Устранение подогрева и послесварочной термообработки из технологического процесса сварки стали 30ХГСА и уменьшение времени на зачистку изделия, позволит увеличить производительность труда по сравнению с первым способом на 5-10%.

 а) в)

 б) г)

Рис.3. Микроструктура (×1000): а) участок в центе металла шва при сварке с ИПЭП в СО2; б) участок в центе металла шва при сварке с ИПЭП в смеси Ar+СО2; в) участок границы зоны термического цикла при сварке с ИПЭП в СО2; г) участок границы зоны термического цикла при сварке с ИПЭП в смеси Ar+СО2

Вывод

Установлено, что применение защитной газовой среды Ar(70%±3%)+СО2(30%±3%) в сравнении с СО2(100%), позволяет увеличить величину ударной вязкости сварного соединения на 10-15%, за счет меньшего выгорания элементов раскислителей (6%-кремний и 8%-марганец).

Работа выполнена в рамках гранта РФФИ 14_08_31036

Рецензенты:

Данилов В.И., д.т.н., профессор, Юргинский технологический институт (филиал) федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», г.Юрга;

Бурков П.В., д.т.н., профессор, Юргинский технологический институт (филиал) федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», г.Юрга.


Библиографическая ссылка

Павлов Н.В., Крюков А.В. ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ЗАЩИТНОЙ ГАЗОВОЙ СРЕДЫ НА УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВА СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ ПРИ СВАРКЕ С ИМПУЛЬСНОЙ ПОДАЧЕЙ ЭЛЕКТРОДНОЙ ПРОВОЛОКИ // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 5.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=14869 (дата обращения: 16.12.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074