ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИЧИН ВОЗНИКНОВЕНИЯ «ГАЗОВЫХ ОТПЕЧАТКОВ» НА ПОВЕРХНОСТИ СВАРНЫХ ШВОВ
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СВАРОЧНЫХ ФЛЮСОВ 9
1.1 Сварочный флюс и его характеристики 9
1.2 Реакции шлак-металл и газ-металл в процессе сварки 10
2 ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ СОСТАВ И СТРУКТУРУ
ФЛЮСА 13
2.1 Химический состав и основность флюса 13
2.2 Пирогидролиз фторида кальция 15
2.3 Структура флюса 22
2.3.1. Влияние гранулометрического состава на свойства керамики 24
2.3.2. Влияние связующего компонента на свойства керамики 30
2.3.3 Свойства жидкого стекла 31
2.4 Спекание 36
3 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ФЛЮСОВ 43
4 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 52
4.1 Результаты исследования флюса марок ФСА ЧТ А 650-20/80 и
UV 309 P 52
4.2 Результаты исследования плавикового шпата 57
4.3 Результаты исследования сухой смеси, предназначенной для
производства флюса марки ФСА ЧТ А 650-20/80 61
4.4 Изготовление лабораторных образцов гранул флюса 63
4.5 Результаты исследования лабораторных гранул флюса 65
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 73
ЛИТЕРАТУРНЫЙ СПИСОК 75
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СВАРОЧНЫХ ФЛЮСОВ 9
1.1 Сварочный флюс и его характеристики 9
1.2 Реакции шлак-металл и газ-металл в процессе сварки 10
2 ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ СОСТАВ И СТРУКТУРУ
ФЛЮСА 13
2.1 Химический состав и основность флюса 13
2.2 Пирогидролиз фторида кальция 15
2.3 Структура флюса 22
2.3.1. Влияние гранулометрического состава на свойства керамики 24
2.3.2. Влияние связующего компонента на свойства керамики 30
2.3.3 Свойства жидкого стекла 31
2.4 Спекание 36
3 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ФЛЮСОВ 43
4 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 52
4.1 Результаты исследования флюса марок ФСА ЧТ А 650-20/80 и
UV 309 P 52
4.2 Результаты исследования плавикового шпата 57
4.3 Результаты исследования сухой смеси, предназначенной для
производства флюса марки ФСА ЧТ А 650-20/80 61
4.4 Изготовление лабораторных образцов гранул флюса 63
4.5 Результаты исследования лабораторных гранул флюса 65
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 73
ЛИТЕРАТУРНЫЙ СПИСОК 75
Сварка - это процесс получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, пластическом деформировании или совместном действии того и другого. Сварка благодаря своей относительной простоте применения, быстроте соединения различных материалов находит широкое применение. Это экономически выгодный, высокопроизводительный технологический процесс, который используют такие отрасли как мостостроение, судостроение, автомобилестроение, самолетостроение и т.д. Сварка является необходимым технологическим процессом обработки металлов. В настоящее время сваркой соединяют разнородные и однородные материалы: металлы и неметаллы - от нескольких микрон в микросхемах до нескольких метров - в тяжелом машиностроении. Сваркой соединяют детали космических кораблей, лопасти турбин, корпуса подводных лодок и самолетов, корпуса приборов и выводы микросхем. Детали, соединенные сваркой, имеют прочность, равную прочности основного металла [1].
В настоящее время различают более 150 видов и способов сварки, существуют различные классификации этих процессов. В зависимости от формы энергии, используемой для образования сварного соединения, все виды сварки разделяют на три класса:
• термический - сюда относятся виды сварки, осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии;
• термомеханический - к этому классу относятся виды сварки с использованием тепловой энергии и давления;
• механический - сюда относятся виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления [1].
Для производства труб большого диаметра используют автоматическую дуговую сварку в среде защитных газов или под флюсом. Для сварки под флюсом характерно глубокое проплавление основного металла. В зависимости от марки стали, из которой будет произведена труба, подбирают сочетание сварочной проволоки (электрода) и флюса. От проволоки и основного металла зависит химический состав и механические свойства металла сварного соединения, а сварочно-технологические свойства в основном зависят от флюса, поэтому, как правило, химический состав сварочной проволоки должен быть идентичен химическому составу основного металла.
При производстве с использованием сварки могут возникнуть дефекты сварных швов. Причины возникновения дефектов различны: низкое качество свариваемого металла, неверный выбор сварочных материалов, нарушение технологии сварки, неисправное оборудование и т.д. Существуют атласы дефектов сварных соединений, но некоторые несовершенства поверхности шва сложно отнести к дефектам, так как они не влияют на механические свойства соединения. Эти несовершенства могут влиять на качество нанесения покрытий и красок, поэтому необходимо выявить причины их возникновения.
На Челябинском трубопрокатном заводе одним из наиболее распространенных дефектов являются так называемые «газовые отпечатки», которые представляют собой раковины на поверхности сварного шва. Причины появления этого вида дефектов в настоящее время изучены частично, что не позволяет производству провести оптимизацию технологического процесса с целью ликвидации данного вида дефектов. В работе рассмотрены некоторые факторы, которые могут являться причиной появления газов в зоне сварного шва: повышенная влажность флюса и его составляющих, влияние реакции пирогидролиза фторида кальция и структуры гранул флюса.
Целью работы является исследование причин возникновения «газовых отпечатков» на поверхности сварных швов.
Задачи работы:
- определение влияния влажности флюса на количество газов, образующихся при его нагреве;
- определение влияния структуры гранул флюса на процесс газообразования.
В настоящее время различают более 150 видов и способов сварки, существуют различные классификации этих процессов. В зависимости от формы энергии, используемой для образования сварного соединения, все виды сварки разделяют на три класса:
• термический - сюда относятся виды сварки, осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии;
• термомеханический - к этому классу относятся виды сварки с использованием тепловой энергии и давления;
• механический - сюда относятся виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления [1].
Для производства труб большого диаметра используют автоматическую дуговую сварку в среде защитных газов или под флюсом. Для сварки под флюсом характерно глубокое проплавление основного металла. В зависимости от марки стали, из которой будет произведена труба, подбирают сочетание сварочной проволоки (электрода) и флюса. От проволоки и основного металла зависит химический состав и механические свойства металла сварного соединения, а сварочно-технологические свойства в основном зависят от флюса, поэтому, как правило, химический состав сварочной проволоки должен быть идентичен химическому составу основного металла.
При производстве с использованием сварки могут возникнуть дефекты сварных швов. Причины возникновения дефектов различны: низкое качество свариваемого металла, неверный выбор сварочных материалов, нарушение технологии сварки, неисправное оборудование и т.д. Существуют атласы дефектов сварных соединений, но некоторые несовершенства поверхности шва сложно отнести к дефектам, так как они не влияют на механические свойства соединения. Эти несовершенства могут влиять на качество нанесения покрытий и красок, поэтому необходимо выявить причины их возникновения.
На Челябинском трубопрокатном заводе одним из наиболее распространенных дефектов являются так называемые «газовые отпечатки», которые представляют собой раковины на поверхности сварного шва. Причины появления этого вида дефектов в настоящее время изучены частично, что не позволяет производству провести оптимизацию технологического процесса с целью ликвидации данного вида дефектов. В работе рассмотрены некоторые факторы, которые могут являться причиной появления газов в зоне сварного шва: повышенная влажность флюса и его составляющих, влияние реакции пирогидролиза фторида кальция и структуры гранул флюса.
Целью работы является исследование причин возникновения «газовых отпечатков» на поверхности сварных швов.
Задачи работы:
- определение влияния влажности флюса на количество газов, образующихся при его нагреве;
- определение влияния структуры гранул флюса на процесс газообразования.
Работа выполнена в полном объеме, достигнуты поставленные цель и задачи.
1) При выполнении работы произведен анализ литературных данных по влиянию состава и структуры материалов, используемых при изготовлении керамических флюсов на образование дефектов сварного шва.
2) Проведен анализ состава и структуры флюсов марок ФСА ЧТ А 650-20/80 производства ПАО «ЧТПЗ» и UV 309 P производства «voestalpine BOHLER WELDING». По данным микрорентгеноспектрального анализа определено различие в химическом составе флюсов в части содержания кремния, калия, кальция, титана, марганца и железа.
Электронно-микроскопический анализ показал, что гранулы флюса марки ФСА ЧТ А 650-20/80 имеют несовершенную структуру - в составе значительная доля «пористых» гранул неправильной формы с хаотическим распределением связующего вещества. На поверхности гранул стекло можно наблюдать скоплениями в отдельных областях; некоторые частицы шихтовых материалов не покрыты стеклом. Жидкое стекло между частицами шихтовых материалов в гранулах флюса марки UV 309 P распределено равномерно, обволакивая частицы сухой смеси, связывая их между собой, благодаря чему поверхность гранул гладкая, а форма шарообразная.
Результаты ДТА показали, что флюс марки UV 309 P до 500 °С снижает массу, происходит потеря влаги. В интервале температур 800-900 °С потеря массы продолжается, что говорит о том, что реакции с образованием летучих веществ проходят быстрее, следовательно, все газы при низких температурах полностью удаляются. Флюс марки ФСА ЧТ А 650-20/80 наоборот, прибавляет массу; реакции с образованием летучих веществ при нагреве до 1000 °С реализуются позже, при более высоких температурах, чем при плавлении флюса марки UV 309 P. Поэтому газообразные продукты в полной мере не успевают удалиться из жидкого шлака.
3) При изучении литературы в работе впервые было обращено внимание на то, что возможной причиной появления «газовых отпечатков» является реакция пирогидролиза фторида кальция.
Полученные данные ДТА показали, что изменение массы плавикового шпата зависит от условий хранения образцов. При нагреве до температуры 800 °С минимальное изменение массы у чистого фторида кальция. Плавиковый шпат при хранении на воздухе и после прокалки при 180 °С и при хранении в условиях повышенной влажности изменяет массу при нагреве незначительно. При значительном повышении влажности изменение массы повышается в 1,88 раза по сравнению с чистым фторидом кальция, что может оказать значительное влияние на процесс пирогидролиза.
4) Оптимизацию структуры гранул проводили на основе изменения удельной поверхности сухой смеси для изготовления флюса и вязкости жидкого стекла. Результатом исследований является изготовление лабораторных образцов гранул с гладкой поверхностью и минимальной пористостью. При нагреве лабораторных образцов с более совершенной структурой на кривой TG не наблюдается изменений, соответствующих образованию газов по реакции пирогидролиза, что является косвенным показателем возможного снижения количества «газовых отпечатков» в сварном шве. По эффекту прироста массы изготовленные гранулы приближаются к импортному аналогу, и значительно отличаются от образцов гранул флюса, изготовленных в заводских условиях, для которых прирост массы составляет 0,16 %.
1) При выполнении работы произведен анализ литературных данных по влиянию состава и структуры материалов, используемых при изготовлении керамических флюсов на образование дефектов сварного шва.
2) Проведен анализ состава и структуры флюсов марок ФСА ЧТ А 650-20/80 производства ПАО «ЧТПЗ» и UV 309 P производства «voestalpine BOHLER WELDING». По данным микрорентгеноспектрального анализа определено различие в химическом составе флюсов в части содержания кремния, калия, кальция, титана, марганца и железа.
Электронно-микроскопический анализ показал, что гранулы флюса марки ФСА ЧТ А 650-20/80 имеют несовершенную структуру - в составе значительная доля «пористых» гранул неправильной формы с хаотическим распределением связующего вещества. На поверхности гранул стекло можно наблюдать скоплениями в отдельных областях; некоторые частицы шихтовых материалов не покрыты стеклом. Жидкое стекло между частицами шихтовых материалов в гранулах флюса марки UV 309 P распределено равномерно, обволакивая частицы сухой смеси, связывая их между собой, благодаря чему поверхность гранул гладкая, а форма шарообразная.
Результаты ДТА показали, что флюс марки UV 309 P до 500 °С снижает массу, происходит потеря влаги. В интервале температур 800-900 °С потеря массы продолжается, что говорит о том, что реакции с образованием летучих веществ проходят быстрее, следовательно, все газы при низких температурах полностью удаляются. Флюс марки ФСА ЧТ А 650-20/80 наоборот, прибавляет массу; реакции с образованием летучих веществ при нагреве до 1000 °С реализуются позже, при более высоких температурах, чем при плавлении флюса марки UV 309 P. Поэтому газообразные продукты в полной мере не успевают удалиться из жидкого шлака.
3) При изучении литературы в работе впервые было обращено внимание на то, что возможной причиной появления «газовых отпечатков» является реакция пирогидролиза фторида кальция.
Полученные данные ДТА показали, что изменение массы плавикового шпата зависит от условий хранения образцов. При нагреве до температуры 800 °С минимальное изменение массы у чистого фторида кальция. Плавиковый шпат при хранении на воздухе и после прокалки при 180 °С и при хранении в условиях повышенной влажности изменяет массу при нагреве незначительно. При значительном повышении влажности изменение массы повышается в 1,88 раза по сравнению с чистым фторидом кальция, что может оказать значительное влияние на процесс пирогидролиза.
4) Оптимизацию структуры гранул проводили на основе изменения удельной поверхности сухой смеси для изготовления флюса и вязкости жидкого стекла. Результатом исследований является изготовление лабораторных образцов гранул с гладкой поверхностью и минимальной пористостью. При нагреве лабораторных образцов с более совершенной структурой на кривой TG не наблюдается изменений, соответствующих образованию газов по реакции пирогидролиза, что является косвенным показателем возможного снижения количества «газовых отпечатков» в сварном шве. По эффекту прироста массы изготовленные гранулы приближаются к импортному аналогу, и значительно отличаются от образцов гранул флюса, изготовленных в заводских условиях, для которых прирост массы составляет 0,16 %.
