Калін Микола Андрійович. Підвищення якості металу шва при зварюванні електродами з кислим покриттям шляхом застосування чавунного порошку

Краткое описание

Калін Микола Андрійович. Підвищення якості металу шва при зварюванні електродами з кислим покриттям шляхом застосування чавунного порошку: дисертація канд. техн. наук: 05.03.06 / Приазовський держ. технічний ун-т. - Маріуполь, 2003

Калін М.А. Підвищення якості металу шва при зварюванні електродами з кислим покриттям шляхом застосування чавунного порошку. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.06 Зварювання та споріднені технології”. Приазовський державний технічний університет, Маріуполь, 2003.
Дисертація присвячена питанням підвищення якості металу шва і зварювально-технологічних властивостей ільменітових електродів до рівня рутилових. В роботі розвивається новий напрямок використання вуглецю в якості дешевого і ефективного розкислювача при зварюванні плавленням. Шляхом термодинамічного аналізу встановлено, що температура початку відновлення оксидів вуглецем у металевій фазі нижча, ніж у шлаковій, що забезпечує розкислення при більш низьких температурах. Це дозволяє використовувати зв’язаний у Fe-C сплав вуглець, наприклад у вигляді чавунного порошку, в якості розкислювача.
Розроблена методика розрахунку рівноважного вмісту С і Mn в наплавленому металі і визначений максимальний вміст чавунного порошку в електродних покриттях ільменітового виду. Встановлено, що TiO2може слугувати окислювачем вуглецю поряд з FeO. Досліджено механізм і запропонована схема процесу розкислення чавунним порошком. Показано, що процес протікає в основному на стадії краплі в шлаковій фазі дуги, під нижньою частиною краплі. Встановлено, що швидкість окислення вуглецю у складі чавунного порошку в 2 рази вища ніж графіту. Кількість неметалічних включень в наплавленому металі зменшилась в 1,31,4 рази. Пори і тріщини відсутні.
Розроблено склад покриття ільменітових електродів з чавунним порошком на базі нової мінеральної сировини України з використанням цеоліту і мергелю в якості замінювачів слюди і магнезиту. Механічні властивості і хімічний склад наплавленого металу відповідають типу Э46 по ГОСТ 9467, при високих зварювально-технологічних властивостях і продуктивності на рівні рутилових електродів.

У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової проблеми, що виявляється в удосконаленні системи розкислення металу шва при зварюванні електродами з кислим покриттям шляхом застосування в якості додаткового розкислювача вуглецю у складі чавунного порошку, який вводиться електродне покриття. Це дозволило підвищити механічні властивості металу шва до рівня вимог, що відповідають типу Э46 і значно розширити можливості використання більш дешевих ільменітових електродів для зварювання відповідальних конструкцій із вуглецевих і низьколегованих сталей.
Аналіз стану питання показав, що в теперішній час у зв’язку з дефіцитністю рутилового концентрату актуальним є питання вибору раціональної системи розкислення металу шва ільменітових електродів для забезпечення рівня його міцності і пластичності на рівні електродів з рутиловим покриттям.
Вперше, методом термодинамічного аналізу окислювально-відновлювальних реакцій в трьох фазах при однакових температурах встановлено, що при зварюванні плавленням ефективніше використовувати в якості розкислювача вуглець у зв’язаному стані, у вигляді чавунного порошку.
Теоретично встановлено і експериментально доведено, що TiO2може слугувати додатковим окислювачем вуглецю в чавуні, поряд з FeО при використанні його в електродних покриттях ільменітового виду.
Розроблено розрахунковий метод визначення максимально можливого вмісту чавунного порошку в електродному покритті, при вмісті в наплавленому металі не більше 0,12 % вуглецю. Встановлена і практично підтверджена залежність вмісту вуглецю в наплавленому металі від окислювальної здатності покриття, що визначається вмістом ільменіту і FeMn, або заданим вмістом Mn у наплавленому металі.
Вперше розроблена схема і експериментально досліджений процес окислення вуглецю, що використовується у складі чавунного порошку в якості розкислювача в електродному покритті ільменітового виду. Встановлено, що швидкість окислення вуглецю в складі чавунного порошку в 2 рази більша ніж графіту і може досягати значень 6,33 %/с.
Експериментально встановлено, що розкислення металу шва чавунним порошком зменшує в ньому загальний вміст кисню в 2 рази і оксидних включень в 1,31,4 рази, що наближує його до рівня металу рутилових електродів. При вводі оптимальної кількості чавунного порошку розкислення електродного металу протікає в основному на стадії краплі і пори в металу шва не спостерігаються.
Отримані оптимальні технологічні параметри чавунного порошку і товщини покриття для виготовлення електродів. Порошок треба використовувати після просіву через сито не більше № 028 по ГОСТ 6313, а товщину покриття брати по верхній межі допуску.
Розроблені ільменітові електроди з чавунним порошком і новою мінеральною сировиною України мають підвищену якість металу шва і кращі зварювально-технологічні властивості. Ціна 1 кг наплавленого металу приблизно на 25 % менша, ніж електродів МР-3, що дасть значний економічний ефект при впровадженні їх у народне господарство. Впровадження на Д.П. Завод ім. Малишева” дає економічний ефект в сумі 91,5 тис. грн. на рік.