Содержание к диссертации
Введение
2. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСОВ КАЧЕСТВА МЕТАЛЛА ШВА И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПРОЦЕССА СВАРКИ В СТРУЕ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА (Обзор литературы и результаты предварительных исследований) 8
2.1. Особенности защиты плавящегося металла струей углекислого газа 8
2.2. Пути повышения производительности процесса дуговой сварки в СО2 15
2.2.1. Повышение производительности процесса наплавки 16
2.2.2. Повышение проплавляющей способности дуги 20
2.3. Возможности легирования и раскисления металла шва при сварке в углекислом газе 24
2.4. Выводы и постановка задач исследования 30
3. ИССЛЕДОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЗАЩИТЫ ПЛАВЯЩЕГОСЯ МЕТАЛЛА ОТ
АЗОТА ВОЗДУХА ПРИ СВАРКЕ В ДВУХСКОРОСТНОЙ СТРУЕ СO2 33
3.1. Изучение начального участка двухскоростной осесимметричной изотермической струи СO2 33
3.2. Исследование степени надежности защиты плавящегося металла при сварке в двухскоростной струе 45
3.3. Выводы 55
4. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗ
МОЖНОСТЕЙ СПОСОБА СВАРКИ В ДВУХСКОРОСТНОЙ СТРУЕ СO2 57
4.1. Исследование возможности использования железного порошка в качестве дополнительного присадочного материала 57
4.2. Изучение проплавляющей способности дуги при сварке в двухскоростной струе С02 66
4.3. Изучение особенностей раскисления плавящегося металла 79
4.3.1. Разработка композиции присадочной шихты для сварки проволокой Св-08 79
4.3.2. Исследование стабильности усвоения кремния и марганца в зависимости от электрических и технологических параметров сварки 101
4.3.3. Оценка технико-экономических показателей процесса сварки в двухскоростной газопорошковой струе С02 проволокой Св-08 , 109
4.4. Выводы 112
5. ПРОМЫШЛЕННОЕ ОСВОЕНИЕ ПРОЦЕССА СВАРКИ В ДВУХСШРОСТНОЙ
СТРУЕ СO2 115
5.1. Разработка оборудования для автоматической сварки 115
5.2. Сварка дисков и колец клапанов горячего дутья задвижек доменных печей 120
5.3. Технология сварки трубопроводов Ш и ІУ категорий для энергоблоков ТЭС 121
6. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 129
7. ЛИТЕРАТУРА 132
ПРИЛОЖЕНИЕ I, 2, 3. Акты о внедрении 147
- Особенности защиты плавящегося металла струей углекислого газа
- Изучение начального участка двухскоростной осесимметричной изотермической струи СO2
- Исследование возможности использования железного порошка в качестве дополнительного присадочного материала
Особенности защиты плавящегося металла струей углекислого газа
При сварке в С02, в условиях достаточной раскисленности металла шва /&\ = 0,2-0,6$; Uv\= 0,85-1,5$ /, ответственным за снижение механических свойств последнего и образование газовых включений является азот \30,78,79,87,137,149\, основной источник которого - окружающий воздух. Для обеспечения качественного сварного соединения необходимой мерой является надежная защита плавящегося металла от воздуха или снижение парциального давления азота в зоне горения дуги \79f9I \ .
Современные способы сварки открытой дутой основаны в основном на создании эффективной газовой защиты плавящегося металла от азота воздуха. При этом газ истекающий из сопла сварочной горелки оттесняет воздух из зоны плавления металла и создает тем самым физическую защиту.
Вопросы эффективности физической защиты при сварке в защитных газах изучались в работах Т.Г. Квирикадзе и Н.М. Новожилова 157,58,79], Д.К.Безбаха [18], В.В.Ардентова и Г.А.Федоренко \8-II, Пб\, Д.Л.Поправко и Н.Е.Хвороотова [93,94], В.С.Виноградова и Г.Д.Никифорова \24,25], а также зарубежных авторов . Ve?.V\aaev\ \I49], F. U.uw\e \1351, llowew \I40"\, E.Go \J36\ и др.
Как показали исследования, надежность защиты зоны сварки при подаче газа в виде тонких кольцевых \23,24 \, или вихревых \73 ], струй в большой степени зависит от типа сварного соединения, зазора (как между горелкой и свариваемым изделием, так и между соединяемыми кромками) и конфигурации изделия. В связи с этим наибольшее распространение получили струи сплошного сечения, которые и рассматривались в настоящей работе.
Струя защитного газа, истекающая из сопла сварочной горелки в воздушную среду, относится к свободным затопленным струям, вследствие незначительного отличия физических свойств С02 и воздуха [127]. Истечение защитного газа может происходить в неподвижное воздушное пространство или движущийся поток (ветер). При истечении газа в неподвижную воздушную среду с малыми скоростями (при числе Рейнольдса йе, 30) струя после среза сопла ламинарная; при &го 30, струя турбулентная [127]. Струи сформированные соплами сварочных горелок, по результатам работ [8,Ю,Пб] являются турбулентными.
В затопленных струях из-за смещения их с покоящимся воздухом образуется пограничный слой, который увеличивается по ширине в направлении истечения газа. Это вызвано тем, что защитный газ "подсасывает" за собой воздух, следовательно количество воздуха в сечениях струи, по мере удаления от среза сопла, возрастает, а скорость падает. Для решения задач по гидродинамике Г.Н.Абрамовичем [2 ] была предложена упрощенная схема струи, которая состоит из двух участков: начального и основного, рис. 2.1.
class2 ИССЛЕДОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЗАЩИТЫ ПЛАВЯЩЕГОСЯ МЕТАЛЛА ОТ
АЗОТА ВОЗДУХА ПРИ СВАРКЕ В ДВУХСКОРОСТНОЙ СТРУЕ СO2 class2
Изучение начального участка двухскоростной осесимметричной изотермической струи СO2
Содержание азота в металле шва при дуговой сварке в защитных газах кремнемарганцовистыми проволоками по мнению большинства исследователей определяется парциальным давлением этого газа в дуговом промежутке, температурой металла, а так же кинетикой плавления и переноса электродного металла. Из перечисленных факторов, при исследовании надежности защиты плавящегося металла, важнейшую роль играет состав газовой фазы. Как показали исследования авторов работ 80,91,99,137 во всех случаях необходимо снижать содержание азота в зоне плавления металла, т.е. исключать проникновение воздуха. В настоящей работе осуществлялась дифференциальная оценка надежности защиты плавящегося металла в С02 а именно: по размерам незагрязненной воздухом зоны, создаваемой сварочными горелками в изотермических условиях (без горения дуги) и проверка результатов в реальных условиях сварки. По нашему мнению это позволяет более точно учитывать влияние конструкции горелки и расходов углекислого газа, независимо от параметров режима сварки, на содержание азота в металле шва.
Для сварки в защитных газах представляет интерес начальный участок струи, в котором формируется потенциальное ядро или незагрязненная воздухом зона, рис 2.1, Таким образом параметры струи, длина начального участка или ядра струи () и интенсивность нарастания ширины зоны смещения (о - г г )» например на расстоянии одного калибра от среза сопла ( ос=а ) могли наглядно отражать процессы смешения С02 с воздухом и служить характеристиками надежности защиты Формирование струи или потока защитного газа осуществляется сопловыми устройствами сварочных горелок В настоящее время в практике дуговой сварки в защитных газах нашли применение четыре типа сопел: цилиндрические, конические, конические с цилиндрической частью за конфузором и сопла Витошинского Испытания по методу расплавленных точек (неокисленного пятна) и тешгерограммам по-казали, что более равномерное поле скоростей и устойчивый поток защитного газа обеспечивали сопла Витошинского Однако последние имели значительные размеры входного отверстия в сопло ( сіг = 36 мм) При меньших диаметрах входного отверстия и сохранении того же выходного ( а - 16 мм).
class3 ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗ
МОЖНОСТЕЙ СПОСОБА СВАРКИ В ДВУХСКОРОСТНОЙ СТРУЕ СO2 class3
Исследование возможности использования железного порошка в качестве дополнительного присадочного материала
Использование мелкой фракции сопровождалось увеличенными потерями порошка, что объясняется повышенным испарением и окислением его в дуге, а также большим распылением.
В опытах было замечено, что порошки с грануляцией 0,063-0,100 мм обладают плохой сыпучестью (угол естественного откоса 54-58). Это затрудняло надежную дозировку ПІШ дозаторами со свободной засыпкой сыпучего материала. Кроме того, порошок указанной фракции плохо перемещался по шлангопроводу, налипая на его стенки, и в ряде случаев, забивал выходное отверстие сопла. Таким образом во всех последующих экспериментах применяли ІШМ с грануляцией 0,200-0,400 мм.
Высокоскоростная газопорошковая струя на участке от сопла до сварочной ванны имеет форму конуса (или гиперболоида) расширяющегося к низу \148\. При этом, если основание конуса газопорошковой струи больше ширины сварочной ванны, то возможны потери ШШ за счет распыления. Изменение угла ввода ППМ в сварочную ванну изменяет условия взаимодействия частиц с изделием и величину основания конуса, что могло отразиться на усвоении железного порошка сварочной ванной. С этой целью угол ввода ППМ изменяли от 58 до 90 (при постоянном угле между соплом и электродной проволокой).
Экспериментальные данные, приведенные на рис. 4.1 показывают, что с приближением газопорошковой струи к вертикали, производительность наплавки растет, а потери ППМ снижаются.
Таким образом предварительные исследования показали, что наименьшие потери ППМ обеспечивались при введении порошка грануляцией 0,200-0,400 мм под углом 90 к зеркалу сварочной ванны.
