УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СОСТАВА ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ РЕМОНТНОЙ СВАРКИ

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі наведено обґрунтування актуальності теми, сформульовані мета і завдання досліджень, показана наукова новизна і практична цінність отриманих результатів, наведено відомості про апробацію результатів роботи.

У першому розділі проаналізовано склади електродів, що застосовуються для ремонтного зварювання. Встановлено, що одним із способів підвищення продуктивності ручного дугового зварювання є введення залізного порошку до складу електродного покриття при одночасному збільшенні його товщини.

Збільшення маси покриття електродів із залізним порошком підвищує значення коефіцієнтів наплавлення і розплавлення електроду при одночасному зниженні лінійної швидкості плавлення електроду і коефіцієнта розплавлення осердя.

Недоліком високопродуктивних електродів є нерівномірність плавлення осердя і покриття, що призводить до непровару кореня шва і несплавлення по кромках, ускладнює заповнення розробки і перешкоджає сплавленню розплавленого металу з раніше виконаним шаром, а також до нестабільного горіння дуги.

Для збереження високої продуктивності процесу зварювання і забезпечення рівномірності плавлення покриття електрода з осердям, застосовують екзотермічні суміші, що складаються з порошків різних компонентів (окислювачів і відновників), які при певній температурі вступають один з одним в екзотермічні реакції, в результаті яких виділяється велика кількість тепла.

Відомі дані про вплив екзотермічної суміші на показники розплавлення електродів і проведені попередні дослідження показали, що одним з ефективних способів підвищення продуктивності (коефіцієнта наплавлення і годинної продуктивності) і швидкості плавлення електродів, є введення до складу покриття екзотермічної суміші у вигляді оксидів заліза і алюмінієвого порошку.

Крім того, в результаті протікання екзотермічної реакції при плавленні електродного покриття з екзотермічної сумішшю відновлене залізо, що утворюється, надходить у шов, підвищуючи продуктивність процесу зварювання, а тепло, що виділяється, сприяє прискоренню плавлення покриття і електрода в цілому.

Однак, ефективність використання екзотермічних сумішей подібно використанню залізного порошку в різних покриттях проявляється неоднаково.

Аналіз літературних даних показав, що екзотермічна суміш може найбільш ефективно використовуватися при введенні її в електродне покриття, що містить в якості газошлакоутворюючих компонентів (в невеликих кількостях) – карбонати кальцію або магнію і плавиковий шпат, в якості шлакоутворюючих компонентів – алюмосилікати або рутиловий концентрат і в якості розкислювачів – феромарганець, феротитан і алюмінієвий порошок.

Недоліком високопродуктивних електродів є те, що збільшення товщини покриття призводить: до збільшення втрат елементів-розкислювачів, до зниження значень коефіцієнтів розплавлення осердя і виходу придатного металу. Крім того, при прокалюванні відбувається вигорання зв'язуючого, що входить до складу покриття електроду.

Удосконалення складу покриття електродів з екзотермічною сумішшю, що дозволить усунути вищевказані недоліки, знизити коефіцієнт розбризкування електродного металу і при цьому отримати задовільне формування шва і здатність шлакової кірки легко відокремлюватися є актуальною задачею.

Виходячи з результатів аналізу проблеми, були сформульовані цілі і задачі досліджень. Вирішенню поставленої наукової проблеми присвячені наступні розділи.

У другому розділі обґрунтовується вибір напрямку та методів досліджень.

Наявність протікання екзотермічної реакції в покритті електродів в твердофазному стані з встановленням температури, що розвивається при цьому, визначалося шляхом нагрівання в печі однакових за масою брикетів з досліджуваних покриттів, розміром 20x20x20 мм, при цьому в електродні покриття в однакових кількостях у них розкислювачів вводилася окалина ковальсько-пресового виробництва або прокатна окалина. В центрі брикетів проводилося засвердлювання отворів під термопари (Вр-5/20), вільні кінці яких підключалися до осцилографа і дозволяли фіксувати підвищення температури брикету залежно від кількості екзотермічної суміші, що міститься в ньому.

Параметри плавлення електродів (коефіцієнт наплавлення, коефіцієнт розплавлення, швидкість плавлення електроду та покриття) розраховувалися за відомими та стандартними методиками.Додатково розраховувалися: коефіцієнти втрат металу на розбризкування, окислення та загальні втрати електродного металу, коефіцієнти виходу придатного та наплавленого металу, теплові ефекти реакцій та к.к.д. нагріву виробу та електроду також за відомими методиками.

Дослідження мікроструктури металу шва і навколошовної зони і неметалевих включень у металі шва, в зазначених точках, виконувалося на мікроскопі NEOPHOT21. Бали зерна і неметалевих включень визначалися відповідно по ДСТУ.

У третьому розділі теоретично і експериментально доведено можливість застосування зв'язуючого на основі алюмінату натрію в покритті електродів з екзотермічною сумішшю, що застосовуються для ремонтного зварювання.

У зварювальній практиці неодноразово намагалися розробити малоокислювальні покриття і флюси. В електродних покриттях при цьому використовували в якості зв'язуючого рідке скло. Причому, окислювальна здатність покриття варіювалася, головним чином, густиною рідкого скла і кількістю введеного в нього мармуру, який є джерелом кисню. Заміна мармуру іншим шлакоутворюючим компонентом не становить труднощів, але замінити рідке скло іншим зв'язуючим набагато важче. Справа в тому, що в силу ряду переваг натрієвий і калієвий силікати (рідке скло) вважаються майже єдиним зв'язувальним матеріалом, який застосовується в процесі виготовлення електродів.

Алюмінати являють собою солі алюмінієвих кислот. Водні розчини алюмінату натрію NaAlO₂ через сильний гідроліз стійкі лише при надлишку лугу. Алюмінат є проміжним продуктом в процесі отримання Al₂O_3.

Концентровані водні розчини алюмінату натрію, що використовуються в якості зв’язуючого  при виготовленні електродного покриття, повинні тривалий час не змінювати своїх властивостей при зберіганні і транспортуванні. У відповідності до цієї  вимоги стійкість розчинів визначається за терміном їх збереження (зазвичай при кімнатній температурі) без видимого помутніння, появи осаду і зміни густини
та лужності. Як показують результати досліджень, таким вимогам задовольняють розчини алюмінату натрію, густина яких змінюється в діапазоні 1,53–1,60 г/см³. Вимірювання електропровідності, в'язкості, а також аналіз рентгенографічного визначення фазового складу випарених алюмінатів дозволяють стверджувати, що при вмісті в розчині 21,83% Na₂O при значенні каустичного модуля α_k = 1,34–1,60 відбувається зміна структури алюмінату при збільшенні густини останнього, починаючи зі значення 1,53 г/см³.