ПроцесС пОдводноЙ мокроЙ СВАРКИ порошковОЙ ПРОВОЛОКОЙ С ВНЕШНИМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

                У вступі обґрунтовується актуальність теми дисертації, сформульована мета роботи і визначені основні задачі досліджень, описані об'єкт і методи досліджень, викладені наукова новизна та практичне значення отриманих результатів із зазначенням особистого внеску автора.

                У першому розділі розглянуті фізико-металургійні аспекти проблеми мокрого підводного зварювання конструкційних сталей. Показано, що основними факторами, що обумовлюють якість і властивості зварних з'єднань, є склад атмосфери парогазового пузиря, гартівний ефект водного середовища, гідростатичний тиск і ступінь механізації. Спільний вплив зазначених факторів в остаточному підсумку визначає екстремальність умов виконання зварювання під водою і обумовлює труднощі одержання якісних зварних з'єднань. В результаті рівень механічних властивостей, особливо пластичних, набагато нижче в порівнянні з одержуваними на повітрі, а зварювання сталей, схильних до загартування, неможливе через утворення біляшовних тріщин.

                Вивченням процесів, що протікають при формуванні зварного з'єднання в умовах водного середовища, займалися К.К.Хрєнов, Т.І.Авилов, Н.М.Мадатов, В.П.Руссо, І.М.Савич, С.Ю.Максимов і ряд закордонних дослідників. Воднева атмосфера парогазового пузиря (водяна пара і продукти її дисоціації, що складають основу атмосфери парогазового пузиря) приводить до насичення металу зварювальної ванни воднем. Через прискорену кристалізацію можливість її дегазації різко обмежена. Як результат, у швах, зварених під водою, спостерігається велика кількість пор і надмірний вміст водню.

Оскільки застосування технологічних прийомів, що добре зарекомендували себе в умовах зварювання на повітрі, утруднене або взагалі неможливо, задача підвищення механічних властивостей звичайно вирішується металургійним шляхом - за рахунок зміни складу рудомінеральної частини шихти електродних матеріалів і легування металу шва. В останньому випадку результат досягається за рахунок формування оптимальної структури металу шва. Однак високий окиснювальний потенціал атмосфери парогазового пузиря різко знижує ефективність використання елементів з високою спорідненістю до кисню. Введення ж інгредієнтів з підвищеною газотвірною здатністю, що знижують парціальний тиск водню, або речовин, що зв'язують його в нерозчинні в металі зварювальної ванни сполуки, ефективно лише при їхній великій кількості. А це, у свою чергу, приводить до погіршення зварювально-технологічних властивостей електродних матеріалів.

Альтернатива металургійному підходу в вирішенні задачі підвищення якості металу шва бачиться в створенні умов примусової дегазації зварювальної ванни шляхом її перемішування. Враховуючи складність використання яких-небудь механічних пристроїв, реалізація такого підходу можлива за рахунок застосування ЗЕВ. У практиці зварювання на повітрі його застосовують у тих випадках, коли традиційні технічні і технологічні прийоми не дозволяють забезпечити заданий рівень якості металу шва. ЗЕВ сприяє зниженню хімічної мікронеоднорідності, рівномірному розподілу легуючих елементів, зниженню пористості і формуванню дрібнокристалічної структури.

Однак, через специфічні особливості дугового зварювання у водному середовищі, цей процес потребує адаптації до цих умов. Для визначення можливості ефективного керування складом, структурою і властивостями металу швів, виконаних під водою з використанням ЗЕВ, необхідно було провести цикл досліджень.

                У другому розділі виконана оцінка впливу зовнішнього магнітодинамічного впливу на стан металу зварювальної ванни. Механізм ЗЕВ на розплавлений метал полягає у взаємодії магнітного поля, що прикладається ззовні, із власним електричним полем зварювальної дуги. Ефективність цієї взаємодії визначається густиною струму у зварювальній ванні. Звичайно в розрахунках приймають, що лінії струму в об'ємі розплавленого металу розподілені рівномірно і, виходячи із цього, розраховують оптимальний режим ЗЕВ. Однак, попередні експерименти з використання ЗЕВ для зварювання під водою показали, що в розрахованому для звичайних умов діапазоні режимів отримати задовільний результат не вдається. Очевидно, на процес взаємодії магнітного і електричного полів суттєвий вплив справляють фізичні властивості водного середовища. Для його уточнення треба було визначити характер розподілу ліній електричного струму у зварювальній ванні стосовно до умов зварювання під водою.

Оскільки визначення поля вектора густини струму становить значні труднощі, то було вирішено застосувати метод аналогового моделювання на електропровідному папері. Вплив середовища враховувався шляхом завдання відповідних потенціалів, величина яких визначається тепловіддачею з поверхні пластини в повітряне середовище і у воду. Отримані результати свідчать, що при зварюванні під водою основна частина силових ліній електричного поля розташовується у верхній частині ванни. Це є наслідком інтенсивного тепловідведення з контактуючої з водою лицьової поверхні з'єднання, у результаті якого відбувається перерозподіл зварювального струму між більш нагрітими областями з більшим омічним опором і менш нагрітими з меншим омічним опором. Якщо прийняти щільність струму в нижній частині ванни за одиницю, то його щільність поблизу поверхні буде в 30 разів вище. У горизонтальній площині в міру віддалення від осі дуги густина струму також буде знижуватися, однак менш значно - приблизно на 15…20 %.

Таким чином, у випадку прикладення зовнішнього електромагнітного поля фактично його вплив на зварювальну ванну, що приводить до руху розплаву, виявляється тільки в її верхній частині. Це явище було враховано при визначенні оптимальних параметрів ЗЕВ і при розрахунках індуктора. Останній повинен бути виконаний таким чином, щоб створити магнітну індукцію саме в активній частині зварювальної ванни, тобто області, у якій відбувається ефективна взаємодія електричного струму і зовнішнього електромагнітного поля, що спричиняє переміщення розплаву під дією пондеромоторних сил. Переміщенням місця струмопідводу можна добитися суттєвої зміни густини струму в об'ємі зварювальної ванни. Це особливо важливо для умов зварювання в просторових положеннях, відмінних від нижнього. Вибір раціональної схеми струмопідводу може забезпечити умови, при яких ЗЕВ буде сприяти втриманню зварювальної ванни у висячому положенні, запобігаючи її стіканню.

На основі методики з вибору оптимальних параметрів електромагнітного впливу при дугових способах зварювання (Р.М.Рижов і В.Д.Кузнецов, НТУУ "КПІ"), адаптованої до водного середовища, виконана оцінка енергетичного рівня і параметрів процесу ЗЕВ для розрахунків експериментального обладнання і проведення дослідних робіт стосовно до задач підводного зварювання.