Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

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.

Статья в формате PDF

901 KB

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)

 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

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.

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

Таблица 3

Результаты механических испытаний сварных образцов

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