XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

В настоящее время при сварке высоколегированных сталей остро поставлен вопрос снижения вероятности возникновения таких дефектов, как холодные трещины. 

Выполненные дуговыми способами сварки сварные соединения, непосредственно после процесса образования неразъемного соединения,  характеризуются неоднородными  свойствами и структурой сварного шва, зоны термического влияния, а также наличием в них  остаточных сварочных напряжений или деформаций. 

Структурный состав металла шва изменяется при неравномерном нагреве металла при сварке. Сварочная ванна в процессе сварки находится в расплавленном состоянии и имеет температуру по ликвидусу свыше 1550°С, в то время как соседние слои зоны термического влияния заготовки находятся в твердом состоянии.  

При понижении температуры металлы сжимаются. Этому процессу в области сварки препятствуют окружающие холодные слои металла и, как следствие, в области сварного шва и в зоны термического влияния возникают остаточные сварочные напряжения. Сварочные напряжения, могут достигать значительных величин, достигающих предела текучести металла. Эти напряжения опасны тем, что могут вызвать, при достаточной величине, появление холодных трещин в сварных соединениях. 

Наиболее опасными дефектами сварных соединений являются трещины, наличие которых чаще всего является недопустимым. Статистика говорит о том, что от общего числа дефектов в сварных соединениях на долю трещин приходится более 50 %. Среди различного рода трещин особое место занимают холодные трещины, образующиеся в большинстве случаев при сварке закаливающихся легированных сталей. Проблема холодных трещин в полной мере не решена до сих пор.  

Решением проблемы возникновения холодных трещин может стать контролируемое формирование макроструктуры сварного шва, осуществляемого предложенным методом. 

В данной методике в качестве инструмента регулирования структуры предлагается использовать давление высокочастотной дуги с частотой 30кГц или 50кГц. Эффект достигается за счет разбиения растущих кристаллов охлаждающейся сварочной ванны потоками расплавленного металла, скорость которых должна превышать скорость сварки в 2,2...5,1 раза.  

Необходимые скорости движения потоков расплавленного металла сопоставимы со скоростями перемещения металла при дуговой сварки с электромагнитным перемешиванием, что подтверждает эффективность предложенной методики. 

Также данная методика позволяет оценить вероятность возникновения дефектов при помощи измерения уровня шума, используя микрофон и необходимого программного обеспечения.    Потенциальное использование обратной связи при помощи звуковой характеристики возможно на специально оборудованных стендах с высокочувствительными микрофонами или пьезоэлементами, данные с которых могут поступать на оборудование, позволяющее в реальном времени отслеживать колебания сварочной ванны и, вследствие, структуру сварочной ванны. В то же время  необходима разработка программного обеспечения для использования обратной связи в промышленности, которое поможет отслеживать все параметры высокочастотной аргонодуговой сварки с управляемой структурой шва в реальном времени в режиме онлайн и регулировать их на программном уровне. 

Исходя из данных нескольких исследований, проведенных зарубежными группами ученых из Франции и Японии, был сделан вывод, что наиболее важными параметрами  представленной методики решения станут следующие: сила модулированного тока - 100 А, частота модулированного тока - 30...50 кГц, угол заточки вольфрамового электрода - 15, расход защитного газа - 10-15 л/мин. 

Таким образом представленная методика позволяет частично решить проблему возникновения холодных трещин при сварке высоколегированных сталей.