Содержание к диссертации
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 5
1. ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ И
ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ИХ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ и
Влияние технологических, металлургических и энергетических факторов на эффективность расплавления электродов и качество металла шва II
Экзотермические смеси - источник эффективного воздействия на технологические процессы и качество металла 18
Оценка применимости существующих газошлакообразующих основ для разработки электродов с экзотермической смесью в покрытии 21
Выводы и постановка задачи исследований 25
2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОКАЛИНЫ КАК КОМПОНЕНТА ЭКЗО
ТЕРМИЧЕСКОЙ СМЕСИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОДНЫХ ПОКРЫТИЙ 28
Строение окалины, влияние факторов нагрева и легирующих элементов на процесс окалинообразования 30
Влияние марки проковываемой стали, гранулометрического состава и термообработки окалины на её химический состав 33
Выводы 42
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭКЗОТЕРМИЧЕСКОЙ СМЕСИ НА НАГРЕВ И
ПЛАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДА 44
Разработка методики исследования экзотермического процесса в электродных покрытиях 44
Экспериментальное определение протекания экзотермического процесса в покрытиях исследуемых электродов 49
Расчётное определение количества экзотермической смеси в электродных покрытиях 67
Влияние количества экзотермической смеси и толщины покрытия на показатели плавления электродов 69
Влияние количества экзотермической смеси и толщины покрытия электродов на тепловые характеристики их плавления.. 78
Выводы 87
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОДОВ С ЭКЗОТЕРМИЧЕСКОЙ СМЕСЬЮ В
ПОКРЫТИИ 91
Металлургический процесс плавления исследуемых электродов и общие сведения о методике проводимых экспериментов. 91
Влияние энергетических и технологических факторов на показатели расплавления электродов с экзотермической смесью
в покрытии 94
Влияние состава экзотермической смеси и газошлакообра-зующих основ на состав наплавленного металла и металла шва. 112
Исследование металлургических процессов, протекающих
при плавлении исследуемых электродов 123
4.5. Влияние состава и толщины покрытия электродов на со -
став и свойства наплавленного металла и металла шва 137
Исследование влияния экзотермической смеси на структуру металла шва, околошовной зоны и наличие в них неметалли-ческих включений 159
Влияние состава покрытия исследуемых электродов на шле-газовыделение при сварке 173
Выводы 178
5. РАЗРАБОТКА И 1Р0МЫШЛЕНН0Е ВНЕДРЕНИЕ ЭЛЕКТРОДОВ С ЭКЗО
ТЕРМИЧЕСКОЙ СМЕСЬЮ В ПОКРЫТИИ.... і 181
Методика расчёта электродного покрытия 182
Свойства разработанных электродов 193
Освоение промышленного производства электродов и их внедрение при сварке металлоконструкций 197
Технико-эконоиические показатели разработанных электродов 202
Выводы 203
6. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ' 205
Литература 208
Приложения 225
Введение к работе
В текущем пятилетии ХХУІ съездом КПСС намечено повышение производительности труда в машиностроительной и металлообрабатывающей промышленности на 31...35% С763.
Наряду с возрастанием при производстве сварных конструкций объема применения автоматической, особенно полуавтоматической сварки в среде защитных газов, ручная електродуговая сварка покрытыми электродами, из-за своей простоты и универсальности, всё ещё является распространённым способом сварки как в нашей стране, так и за рубежом. В нашей стране ежегодно выпускается свыше миллиона тонн различных сварочных материалов: электродов, флюсов, защитных газов, электродных проволок. Из общего количества сварочных материалов в 1982 году выпущено 635 тысяч тонн сварочных электродов fI44J.
Для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей промышленностью выпускается множество марок электродов 30, 105-109, 129, 1451, производительность которых довольно низка (коэффициенты наплавки и скорости их плавления не превышают, соответственно, 8,5...10,0 г/А*ч и 13...16 м/ч).
До настоящего времени одним из основных и наиболее эффективных способов повышения производительности ручной дуговой сварки является введение в состав покрытия электродов до 70% железного порошка при одновременном увеличении его толщины. Наибольшая производительность ( оіи = 14...18 г/А»ч) достигается при содержании в покрытии электродов 60...70% железного порошка при коэффициенте массы покрытия 100...200% ГЗ, 5, 31, 50, 53, III-II4, 159, 162, 168J. Однако удельный вес применяемых в нашей стране так называемых "высокопроизводительных" электродов из-за ограниченного вы -пуска трансформаторов с напряжением холостого хода 80 В, дефицит-
ности железного порошка, сложности качественного их изготовления в поточных линиях "электродный пресс - конвейерная прокалочная печь", возможности выполнения сварочных операций только в нижнем или слегка наклонном положении и других причин, очень мал и составляет примерно 1% от общего количества применяемых электродов fl04L
Дальнейший рост производства прогрессивных марок электродов также ограничивается дефицитом как на мировом рынке, так и в нашей стране ряда сырьевых материалов - рутилового концентрата, слюды - мусковита, целлюлозы и др. 109, II2J.
В связи с этим изыскание новых путей повышения производительности ручной дуговой сварки с одновременным использованием в качестве электродного сырья менее дефицитных компонентов является актуальной задачей.
Анализ литературных данных и проведенные автором предварительные исследования показали, что повышение производительности ручной дуговой сварки, отсутствие или значительное снижение со -держания в покрытиях электродов дефицитных компонентов возможно путем применения в сварочных материалах экзотермических смесей.
Целью настоящей работы является повышение производительности ручной дуговой сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей на основе использования эффекта экзотермических реакций, протекающих при плавлении электродов, содержащих компоненты-окислители и компоненты-восстановители в количествах достаточных для образования экзотермической смеси.
В результате проведенных в данной работе исследований предложен способ повышения производительности ручной дуговой сварки в 1,3...1,7 раза за счёт введения в состав покрытия электродов экзотермической смеси. Определена целесообразность применения в электродных покрытиях окалины из низколегированных конструкцион-
них сталей с размером частиц 0,10...0,28 мм, являющейся отходом кузнечно-прессового производства.
Прямыми экспериментами установлено наличие в электродных покрытиях экзотермической смеси и изучено влияние эффекта экзотер -мического процесса на показатели расплавления электродов. Проте -кание экзотермических реакций в твёрдой фазе электродного покры -тия происходит при содержании в нём свыше 35% экзотермической смеси и подогреве его до І253...І273К.
Получены математические зависимости: показателей расплавле -ния электродов от состава экзотермической смеси, толщины покрытия и режима сварки; химического состава наплавленного металла от содержания в покрытии электродов элементов-раскислителей.
Установлено влияние содержания ферросплавов в покрытии электродов на: химический состав, газонасыщенность и наличие неметал -лических включений в наплавленном металле и металле шва; переход алюминия, титана и марганца в электродный металл на различных стадиях его переноса.
Определена зависимость механических свойств металла шва от марки свариваемой стали, шлакообразующих компонентов и состава экзотермической смеси.
Исследовано влияние состава электродного покрытия с экзотермической смесью на окислительно-восстановительные реакции, протекающие при его плавлении.
Разработана методика расчета электродных покрытий с экзотермической смесью в зависимости от химического состава металла шва и производительности электродов.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
- раскрыт механизм влияния экзотермической смеси при различной толщине покрытия электродов на производительность их расплав-
ления, химический состав и механические свойства металла шва. Разработан состав электродного покрытия, содержащий мрамор, плавиковый пшат, рутиловый концентрат, окалину, алюминиевый порошок,фер-ротитан и ферромарганец в количествах достаточных для образования экзотермической смеси, обеспечивающей протекание экзотермических реакций в области образования втулки на торце электрода при его нагреве до I253...I273K, что позволяет наиболее эффективно ис -пользовать выделяющееся дополнительное тепло на интенсификацию плавления электрода и повысить производительность ручной дуговой сварки;
показана целесообразность применения в электродных покрытиях окалины в качестве компонента экзотермической смеси из-за более низкого содержания в ней суммарного кислорода, серы и фосфора по сравнению с гематитом; несущественного изменения составляющих окалины в зависимости от её гранулометрического состава и марки проковываемой низколегированной конструкционной стали; более низкой температуры, развиваемой экзотермическими реакциями при взаимодействии элементов-раскислителей с закисью железа, чем с окисью;
разработана методика исследования экзотермического процесса, протекающего при нагреве и плавлении электродов с экзотермической смесью, позволяющая прямыми экспериментами: выявить наличие в электродном покрытии экзотермической смеси и установить температуру, при которой начинается протекание экзотермического процесса; определить температуры, развиваемые в электродном покрытии экзотермическими реакциями в зависимости от состава покрытия и количества экзотермической смеси; установить влияние эффекта экзотермических реакций на показатели расплавления электродов;
установлены математические зависимости показателей плавления электродов и химического состава металла шва от количества и
состава экзотермической смеси в электродном покрытии, на основе которых разработана методика расчёта электродов с экзотермической смесью в покрытии для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей;
- установлено, что только комплексное раскисление электрод
ного покрытия с большим содержанием окислов железа алюминием,ти
таном и марганцем может снизить концентрацию окиси алюминия в
виде неметаллических включений в наплавленном металле до 40...50
и обеспечить показатели пластических свойств металла шва, удов -
летворяющие требованиям ГОСТ 9467-75 к электродам типов Э46,
Э50А и Э60.
На защиту выносятся следующие основные положения:
возможность повышения производительности ручной дуговой сварки в 1,3...1,7 раза путём применения электродов с экзотермической смесью в покрытии взамен существующих малопроизводитель -ных марок электродов;
целесообразность применения железной окалины как компонента экзотермической смеси в электродных покрытиях;
методика экспериментального исследования экзотермического процесса, протекающего при плавлении электродных покрытий с экзотермической смесью;
математические зависимости: оптимизации режима сварки в зависимости от состава экзотермической смеси, толщины покрытия и показателей расплавления электродов; комплексного раскисления покрытия электродов с большим содержанием окислов железа;
результаты разработки электродов с экзотермической смесью в покрытии для сварки ответственных металлоконструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей, удовлетворяющих требованиям ГОСТ 9467-75 к электродам типов Э46, Э50А и Э60;
методика расчёта электродного покрытия с экзотермической
смесью в зависимости от заданных значений химического состава металла шва и производительности электродов.
Апробация результатов диссертационной работы производилась на Южно-Уральском машиностроительном заводе (г.Орск) и Красноярском заводе "Сибтяжмаш". На данных заводах освоено изготовление разработанных марок электродов и произведено их внедрение при сварке различных металлоконструкций ответственного назначения из низкоуглеродистых и низколегированных сталей* Годовой экономический эффект от выполнения данной работы составил 74,3 тыс.рублей.
Диссертационная работа изложена на 1Z0 страницах машинописного текста и состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, приложений и содержит 56 рисунков, 46 таблиц, 4»S наименований использованной литературы.
Настоящая работа выполнялась в Краматорском научно-исследовательском и проектно-технологическом институте машиностроения и на кафедре "Оборудование и технология сварочного производства* Краматорского индустриального института.
Автор выражает благодарность инж. Куцай Л.И., электросварщику Перепелице А.А. (НИИПТмаш); инж. Опарину Ю.Н., Белой В.М. (Южно-Уральский машиностроительный завод) за участие в проведении опытно-промышленных испытаний разработанных электродов (раздел 5.2); инж. Билыку (Краматорский индустриальный институт) за оказанную помощь в математической обработке экспериментальных данных по разделу 4.2.
