Полный текст

Повышение комплекса свойств сварных соединений за счет изменения режимов сварки в настоящее время в значительной мере исчерпано, поэтому актуальными становятся дополнительные технологические воздействия на свариваемые заготовки, сварочные материалы или сам процесс сварки. Одним из видов технологического воздействия является нанесение технологического подслоя на разделку свариваемых заготовок, т.е. в том месте, где он будет полностью переплавлен. Технологический подслой легирует наплавленный металл и защищает основной металл от окисления вблизи сварочной ванны. Уменьшая толщину оксидной пленки в переплавляемой части зоны окисления, технологический подслой способен снизить количество окислов в наплавленном металле (рис. 1). Поскольку защитные свойства при термических выдержках образцов низкоуглеродистой стали с алюминиевым электроискровым слоем в печи в воздушной атмосфере достаточно высоки, толщина оксидной пленки уменьшается на порядок, а толщина обезуглероженного слоя составляет не более 0,2 мм [1]. Рис. 1. Расположение зоны окисления при дуговой сварке. ТП - технологический подслой Исследование структуры алюминиевого электроискрового слоя выявило большое разнообразие структур в нанесенном слое, светлые поля с темными включениями округлой формы, испещренные сеткой трещин в верхней части, а в зоне, прилегающей к линии сплавления с основным металлом, - дендритные структуры различной морфологии [1]. Положительное влияние микролегирования алюминием и азотом отмечают многие авторы, как для сталей, так и для сварных швов [2-4], связывая положительный эффект с измельчением зерна, образованием карбонитридов и игольчатого феррита. Нанесение электроискрового технологического подслоя производилось в среде азота с помощью установок «Элитрон - 22А» и разработанной на кафедре металлургической технологии НТИ (ф) УрФУ, на режимах, обеспечивающих хорошее формирование технологического подслоя. В качестве основного металла использовались пластины из стали 20 толщиной 12 мм, длиной 300-400 мм, шириной 100-150 мм. Ручную дуговую сварку производили в нижнем положении в V-образную разделку в два слоя электродами МР-3 диаметром 3 и 4 мм на типовых режимах. Сварку под флюсом АН-348 А выполняли проволокой Св-08 ГА диаметром 3 мм в один слой на пластинах без разделки, также на типовых режимах. Технологический подслой располагали на плоскости разделки или на торцевой и верхней поверхности свариваемых пластин в области переплавления. Распиловка образцов на темплеты шириной 12-15 мм производилась на ленточнопильном станке S-330 CSO с интенсивным охлаждением. Отпуск темплетов производился в печи «Термит» модели ПКЛ-1.1.0-м2 при температурах 200-500 °С в течение 2 ч. Металлографическое исследование было произведено с помощью микроскопа Zeiss Observer D1m при увеличении от 50 до 500 крат и электронного микроскопа Phenom G2 Pure при увеличении от 300 до 17 000 крат. Исследование ударной вязкости производилось на маятниковом копре типа МК-30 А на образцах с U-образным надрезом (KCU), при температуре -40 °С, по три образца на каждое сварное соединение. Измерение твердости производилось на приборе Роквелла по шкале В, при отрицательных температурах измерения использовалось специальное приспособление, удерживающее образец на основании и позволяющее перемещать образец при помощи винтов. Охлаждение образца производилось в термостате жидким азотом. Контроль температуры осуществлялся хромель-алюмелевой термопарой, приваренной к образцу. Запись термического цикла производилась при помощи измерительного комплекса на базе аналого-цифрового преобразователя Zet 210 по схеме рис. 2. Рис. 2. Схема измерения температуры Анализ структуры наплавленного металла показывает незначительное увеличение размеров первичных дендритов в швах с подслоем и уменьшенную долю зернограничного феррита, также увеличивается дисперсность видманштеттового феррита (рис. 3). а б в г Рис. 3. Микроструктура наплавленного металла, выполненного: а, б - без технологического подслоя; в, г - с технологическим подслоем При электронно-микроскопическом исследовании выявлены различия в морфологии остаточного аустенита и перлита в структуре наплавленного металла. Без технологического подслоя формируются частицы с изрезанным контуром, окруженные дисперсным перлитом. В металле с участием технологического подслоя наблюдаются четко ограненные частицы с ровными краями без эвтектоида, а имеющиеся колонии перлита - более крупные (рис. 4, а, б). После отпуска с температурой выше 400 °С эти частицы не фиксируются (рис. 4, в, г). а б в г Рис. 4. Микроструктура наплавленного металла, выполненного: а, в - без технологического подслоя; б, г - с технологическим подслоем; а, б - после сварки; в, г - после сварки и отпуска при 400 °С Технологический подслой из алюминия повышает твердость наплавленного металла на 2-4 HRB. Твердость наплавленного металла после ручной дуговой сварки (РДС) выше, чем для сварки под флюсом, но реакция на отпуск разная: соединения, выполненные под флюсом, незначительно упрочняются в интервале 200-400 °С и затем возвращаются к исходной твердости, а соединения ручной дуговой сварки резко разупрочняются, далее наблюдается незначительное снижение твердости (рис. 5). Рис. 5. Влияние температуры отпуска на твердость наплавленного металла: - без технологического подслоя; - с технологическим подслоем Технологический подслой снижает ударную вязкость для наплавленного металла сварных соединений, выполненных под флюсом, примерно на 18 %. Последующий отпуск 200 °С снижает исходные значения на четверть, и затем следует достаточно резкое снижение, и только для металла с технологическим подслоем наблюдается восстановление ударной вязкости до половины исходного уровня. Для ручной дуговой сварки применение технологического подслоя повышает ударную вязкость в 8 раз. Отпуск снижает ее практически до исходного уровня. Оценка хладноломкости производилась по коэффициенту термической твердости, рассчитанному по методике работ [5-8] для швов, выполненных под флюсом. Совпадение полученных результатов для металла, наплавленного на технологический подслой, с данными указанных источников, вероятно, объясняется большей дисперсностью структуры наплавленного металла. Для швов, выполненных без подслоя, получен пик при температуре 300 °С (рис. 7). а б в г Рис. 6. Влияние температуры отпуска на ударную вязкость наплавленного металла: а, б - с технологическим подслоем; в, г - без технологического подслоя; - среднее значение; - минимальное значение Рис. 7. Влияние температуры отпуска на термический коэффициент твердости: - с технологическим подслоем; - без технологического подслоя Таким образом, применение алюминиевого электроискрового технологического подслоя, нанесенного в среде азота, при ручной дуговой сварке и сварке под кислым флюсом приводит к небольшому увеличению первичного зерна аустенита, уменьшению доли массивного феррита и увеличению дисперсности видманштеттова феррита. При ручной дуговой сварке применение подслоя вызывает значительное повышение ударной вязкости при незначительном возрастании твердости, при сварке под флюсом происходит снижение ударной вязкости примерно на пятую часть, также при незначительном приросте твердости. Отпуск при температурах 200-500 °С в течение 2 ч ухудшает показатели ударной вязкости при обоих способах сварки, и только для подслоя, наплавленного под флюсом на технологический металл при 500 °С, наблюдается частичное восстановление ударной вязкости. При ручной дуговой сварке отпуск резко снижает твердость на 12 HRB и выше, а при сварке под флюсом влияет на нее незначительно, в пределах 3 HRB.

Об авторах

Г. Е Трекин

Нижнетагильский технологический институт (филиал) Уральского федерального университета

Email: trekin1963@yandex.ru

О. И Шевченко

Нижнетагильский технологический институт (филиал) Уральского федерального университета

Email: shevchenko_oleg@mail.ru

Список литературы

Статистика

Просмотры

Аннотация - 55

PDF (Russian) - 22

Ссылки

• Ссылки не определены.