Разработка низководородных электродов на основе компонентозамещения и новых методов обработки компонентов покрытия

• Автор: Дзюба, Олег Вячеславович
• Шифр специальности: 05.02.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 180 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР МЕТОДОВ СНИЖЕНИЯ 14 СОДЕРЖАНИЯ ВОДОРОДА В СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛАХ И В СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ
1.1. Водород в сталях
1.2. Воздействие водорода на основной металл и сварное соединение
1.3. Источники водорода и существующие методы снижения его 33 концентрации в сварном соединении
1.3.1. Источники водорода в металле сварного соединения
1.3.2. Существующие методы снижения водорода в сварном 43 соединении
Задачи исследований
2. МЕТОДЖИ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Методика определения плотности жидкого стекла
2.2. Методика определения динамической вязкости жидкого стекла
2.3. Методика определения реологических свойств обмазочной массы
2.4. Методика масс-спектрометрии
2.5. Методика определения склонности сварных соединений к
образованию холодных трещин
2.6. Методика определения содержания диффузионного водорода в 58 металле шва методом глицериновой пробы
2.7. Методика определения содержания диффузионного водорода в 59 металле шва вакуумным методом
2.8. Определение силикатного модуля методом экспресс-анализа
2.9. Определение смачиваемости материалов жидким стеклом
методом лежачей капли
2.10. Методика определения параметров сварочной дуги
3. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ СНИЖЕНИЯ
ВОДОРОДА В СВАРНОМ СОЕДИНЕНИИ
3.1. Снижение концентрации водородосодержащих компонентов в 68 электродном покрытии
3.2. Вакуум-термическая обработка компонентов электродного
покрытия
3.3. Регулирование модуля жидкого стекла
Выводы
4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ 77 ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕО МЕТОДА ЭЛЕКТРОДИАЛИЗА ЖИДКОЕО СТЕКЛА ДЛЯ СНИЖЕНИЯ [Н]диф.
ПРИ СВАРКЕ ПОКРЫТЫМИ ПЛАВЯЩИМИСЯ ЭЛЕКТРОДАМИ
4.1. Технические характеристики жидких стекол
4.2. Электродиализ с использованием различных ионообменных
мембран

4.2.1. Активация жидкого стекла в электродиализаторе с 82 катионообменными и анионообменными мембранами
4.2.2. Электродиализ жидкого стекла с применением 85 катионообменных мембран
4.3. Исследования обработки жидкого стекла в электродиализаторах с 87 различными ионообменными мембранами
4.4. Исследование микроструктуры активированного жидкого стекла
4.5. Исследование технологических свойств активированного жидкого 92 стекла
Выводы
5. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И 99 МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ПРОЦЕСС ОБЕЗВОДОРАЖИВАНИЯ НАПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА
5.1. Влияние СаГ2
5.2. Влияние СаСОз
5.3. Влияние алюминий содержащих порошков
Выводы И6
6. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 117 ИЗГОТОВЛЕНИЯ НИЗКОВОДОРОДИСТЫХ ЭЛЕКРОДОВ
6.1. Использование компонентов покрытия, интенсифицирующих 117 газоотделение и газопроницаемость электродных покрытий
6.2. Исследование влияния экспериментального состава шихты 122 покрытия на содержание водорода в сварном соединении
6.3. Исследование рациональных режимов прокалки компонентов
6.4. Исследование процесса опрессовки электродов с применением 129 активированного жидкого стекла
6.5. Исследования влияния перспективных пластификаторов на 133 реологические свойства обмазочных масс и геометрические параметры электродов
6.6. Совершенствование технологии производства и изготовление 139 экспериментальной партии электродов
6.7. Производственные испытания экспериментальных партий 145 низководородных электродов
6.8. Оценка гигиенических показателей новых электродов ЛБ-53НВ 149 Выводы
7. ИССЛЕДОВАНИЕ СВАРОЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕКИХ СВОЙСТВ 152 ПЕРСПЕКТИВНЫХ ЭЛЕКТРОДОВ
Выводы
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Сталь, как конструкционный материал, по мнению специалистов, будет доминировать еще по крайней мере в первой четверти XXI века [1]. Изготовление надежных и экономичных конструкций связано с расширением применения высокопрочных низколегированных сталей. Одним из приоритетных направлений развития науки и техники является разработка высококачественных сварочных материалов для дуговой сварки сталей плавлением.
Качество сварного соединения определяется составом и структурой металла сварных швов, абсорбцией газов металлом при взаимодействии его с дуговым разрядом, особенностями кристаллизации металла сварочной ванны и обеспечением минимальной возможности (или полного исключения) образования дефектов сварных швов и сварных соединений. Важнейшая проблема - предупреждение хрупкого разрушения сварного соединения, связанного со структурными превращениями в металле шва и в зоне термического влияния, а также охрупчивающим действием растворенного в металле шва водорода [2,3].
Способ сварки покрытыми электродами, предложенный в начале XX века
О.Кельбергом [4], до настоящего времени применяется при изготовлении и ремонте сварных конструкций из широкого класса сталей. Для сварки на монтаже и в заводских условиях для определенного ряда задач этот способ не имеет альтернативы в связи с его простотой и мобильностью. Для успешного применения покрытых электродов, особенно с основным видом покрытия, разработчики непрерывно улучшают технологию их изготовления, сварочнотехнологические свойства, возможность экономично сваривать различные конструкции из широкого класса сталей [5-8].
Одной из актуальных задач при разработке электродов с покрытием основного вида является обеспечение гарантированно низкого количества водорода, вносимого в металл сварного шва при сварке низколегированных

Компоненты, из которых состоит электродное покрытие, можно разделить на следующие группы:
Газообразующие компоненты. Обеспечивают газовую защиту зоны сварки от воздуха. При нагревании они разлагаются с выделением газов, вытесняющих воздух.
Шлакообразующие компоненты. Обеспечивают шлаковую защиту расплавленного и кристаллизующегося металла от воздуха.
Раскисляющие компоненты. Позволяют восстановить часть металла, находящегося в сварочной ванне в виде оксидов.
Стабилизирующие компоненты. Обеспечивают стабильное горение дуги за счет присутствия в них элементов с низким потенциалом ионизации -натрия, калия, кальция и др.
Связующие компоненты. Связывают порошковые материалы покрытия в однородную массу. Для улучшения формовочных свойств покрытия в его состав вводятся пластификаторы — бентонит, каолин, декстрин, слюда и т.д.
В зависимости от используемого подхода выделяют четыре базовых типа покрытия: кислое, рутиловое, целлюлозное, основное
Кислое покрытие создается на основе материалов рудного происхождения. В качестве шлакообразующих компонентов используются оксиды, газообразующих — органические составляющие. При плавлении покрытия в расплавленном металле и в зоне горения дуги выделяется большое количество кислорода. Поэтому в покрытие добавляют много раскислителей — марганца и кремния. Металл, наплавленный этими электродами - кипящая или полуспокойная сталь.
Основное покрытие создается на основе фтористых соединений кальция (плавикового шпата CaF2), а также карбонатов кальция и магния (мрамор СаСОз, магнезит MgCXT и доломит CaMg(C03)2). Газовая защита достигается за счет углекислого газа, который выделяется при разложении карбонатов:
СаСОз —> CaO + С02 t (1.17)