VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

В настоящее время в связи с развитием техники и технологии классические способы сварки (ручная дуговая сварка, механизированная сварка и автоматизированная сварка под слоем флюса) не всегда удовлетворяют растущим требованиям к качеству и экономичности производства.

Одним из перспективных направлений совершенствования технологических процессов является способ сварки с управляемым каплепереносом электродного металла (УКЭМ), который обеспечивается за счет импульсно-дуговых процессов.

Дальнейшее совершенствование рассматриваемого способов сварки заключается в использовании в качестве защитного газа смеси аргона и двуокиси углерода (Ar+CO₂), активно применяемой на производстве.

Сварка в смеси газов положительно сказывается на технологических свойствах сварочной дуги (повышая стабильность ее горения), происходит снижение размеров брызг и уменьшение потерь на разбрызгивание, уменьшается выпуклость шва.

Применение данного способа при сварке конструкционных сталей 30ХГСА дало положительные результаты по основным прочностным показателям. Однако вопросы применяемости данного процесса при сварке хромоникелевых аустенитных мало изучены.

Цель данной работы – исследование влияния состава защитной газовой среды на структуру и свойства сварных соединений.

Для сварки применялись образцы из стали 12Х18Н9Т, со стандартной разделкой кромок, размером 300×100×4мм, которые сваривались встык. Сварка проводилась:

1.  
   1.  

      1. в чистом аргоне «образец 1»;

      2. в смеси защитных газов Ar+CO₂ (Ar 70%), «образец 2».

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. Для сварки применяли электродную проволоку Св-07Х19Н10Б. диаметром 1мм. Режимы сварки образцов: в аргоне - Iсв=90...100А, Uд=19-20В, расстояние между захватами 130 мм, вылет электродной проволоки 10-15мм, частота импульсов подачи 110 Гц; в смеси газов - Iсв=80...90А, Uд=18-19В, расстояние между захватами 130 мм, вылет электродной проволоки 10-15мм, частота импульсов подачи 110 Гц. Различия в значениях энергетических параметров связано с тем, что их изменение необходимо для получения одинаковых геометрических параметров шва.

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

Отборы проб для исследования производились в двух точках в основном и наплавленном металле. Диаметр точек равен 3мм. Полученные результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Результаты химического анализа сварных образцов из стали 12Х18Н9Т

№ образца	Химические элементы
	С, %	Si, %	Mn, %	S, %	P, %	Cr, %	Ni, %	Ti, %
«1»	0,11	0,67	0,38	0,017	0,018	17,5	10,4	0,6
«2»	0,10	0,65	0,37	0,018	0,017	17,6	10,3	0,6

Механические свойства сварных соединений определялись в соответствии с ГОСТ6996-66 «Сварные соединения. Методы определения механических свойств», результаты исследований представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Результаты механических испытаний сварных образцов из стали 12Х18Н9Т

Способ сварки	Испытания на растяжение
	Временное сопротивление, σВ, МПа	Предел текучести, σТ, МПа
Сварка в Ar 100%, «образец 1»
Сварка в смеси газов Ar+СО2, «образец 2»

Полученные результаты химического анализа и механических свойств наплавленного металла свидетельствуют о несущественном расхождении указанных свойств при рассматриваемых способах сварки.

Проведенные металлографические исследования двух способов показали (рис. 1) схожесть полученных результатов.

а)	б)	в)
г)	д)	е)
Рисунок 1. Микроструктура образцов: а, б, в) образец №1 (×250); г, д, е) образец №2 (×250); а, г) наплавленный металл; б, д) участок неполного расплавления; в, е) основной металл

На внешней поверхности наплавленного металла у всех образцов наблюдается зона мелкодисперсных беспорядочно ориентированных дендритов. Во внутренних областях наплавленного металла у всех образцов ярко выраженное дендритное строение. Здесь дендриты более грубые, чем у поверхности, и ориентированы в основном перпендикулярно к поверхности сплавления с основным металлом. Междендритные промежутки также травятся сильнее. Грубое строение участка неполного расплавления у «образца 1» (рис. 1), где междендритные промежутки, наиболее широкие. У «образца 2» на участке неполного расплавления наблюдаются значительные по размерам сильно травящиеся области (рис. 1). Такие области могут захватывать не только междендритные промежутки, но и сами дендриты (рис. 1). В целом у «образца 2» наблюдается более плавный переход от основного металла к металлу шва.

Полученные изменения, связаны с изменением распределения температурных полей и скорости кристаллизации (рис. 2). При сварке «образца 2» изотерма (рис. 2, «образец 2») имеет более вытянутую форму вдоль сварного шва (на 40%), при сохранении ширины шва, что свидетельствует о менее концентрированном распределении температурных полей на поверхности изделия.

Рисунок 2. Распределение температурных полей

Также при сварке с ИПЭП в смеси газов в два раза быстрее происходит охлаждение и время нахождение металла при максимальной температуре.

Вывод.

Применение способа сварки с импульсной подачей электродной проволоки в смеси газов (Ar+CO₂), благодаря менее концентрированному распределению температурных полей на поверхности изделия и более быстрому охлаждению, обеспечивает эксплуатационную надежность конструкций изготовленных из сталей аустенитного класса типа 12Х18Н9Т, не ниже чем при сварке в чистом аргоне.

Список литературы

1. Медовар Б.И. Электродуговая сварка аустенитных сталей. Под ред.: Аснис А.Е., Казимиров А.А., Патон Б.Е. (ответственный редактор).М, «Машиностроение», 1976.

2. Сараев Ю.Н., Селиванов Ю.В., Демьянченко А.А. К вопросу об оценке производительности и качества выполнения ремонтно-восстановительных работ оборудования из стали аустенитного класса типа 12Х18Н10Т // Сварка и резка. – 2011. – №4. –С. 46 – 51.

3. Брунов, О.Г. Механизированная сварка в среде активных газов с импульсной подачей проволоки: научное издание – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2007. 137с.

4. Языков Ю.Ф., Алексина И.В. Преимущества сварки в защитных газовых смесях // Сварочное производство. – 2008. – №9. – С. 29 – 30.

5. Павлов Н.В., Крюков А.В., Зернин Е.А. Сварка с импульсной подачей электродной 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.

Код для цитирования: Скопировать