«Разработка термодинамической модели металлургических процессов при ручной дуговой сварке»

Сварочные операции являются завершающими в маршрутной технологии производства металлоконструкций. При сварке должно быть сохранено высокое качество металла, достигнутое при плавке, прокатке, термообработке металлов и сплавов.

При всех способах сварки плавлением возможно попадание в зону сварки воздуха, этому способствует несовершенство газовой струйной защиты, наличие примесей воздуха в защитных газах, кислорода и водорода, выделяющихся при термической диссоциации влаги, оксидов металла и сварочных флюсов. Это приводит к растворению в жидком металле азота, водорода, окислению основы и легирующих элементов, что ухудшает механические свойства. К тому же результату приводит увеличение концентрации углерода, серы и фосфора, переходящих в шов из электродных покрытий, газов и флюсов, а также потеря легирующих элементов при испарении. Современные сварочные процессы имеют значительное число средств, позволяющих не только сохранить, но и повысить качество металла в зоне соединения.

Для создания эффективных технологических процессов сварки плавлением необходимо прогнозировать ход физико-химических реакций и применять способы управления, препятствующие их развитию в неблагоприятном направлении. В целях прогнозирования хода физико-химических реакций используются методы термодинамического анализа, допуская при этом, что, несмотря на кратковременность процесса сварки, высокие температуры нагрева металла и большая удельная поверхность его контакта со средой обеспечивают практическое достижение термодинамического равновесия в системе представляющей собой зону сваривания.

Математические модели на современном этапе развития науки и техники широко используются для познания сложных явлений, к которым можно отнести физико-химические процессы дуговой сварки. Моделирование позволяет составить рациональный технологический процесс и оптимизировать производство, сократить объем экспериментальных работ при составлении технологических процессов и исследованиях, раскрыть сущность исследуемых явлений с высокой достоверностью.

Объект исследования — моделирование термодинамической модели при ручной дуговой сварке покрытыми электродами.

Цель работы — разработка термодинамической модели металлургических процессов при ручной дуговой сварке покрытыми электродами для методики прогнозирования хода физико-химических реакций и способа их управления, препятствующего их развитию в неблагоприятном направлении.

Основные задачи исследования:

1. Анализ влияния кислорода, азота, водорода на металл шва; изучение газошлаковой защиты металла при сварке покрытыми электродами.

2. Составление литературного обзора по вопросу моделирования физико-химических процессов ручной дуговой сварки покрытыми электродами.

3. Прогнозирование химического состава шва при сварке электродами с кислым и основным покрытиями.

Покрытие, как показывают исследования, может стекать в ванну в виде отдельных капель или же сплошным потоком. При более толстом покрытии наружная его часть может переходить в ванну, не контактируя с металлом капли и, следовательно, не взаимодействуя с ним 5. С покрытия в дугу направлены потоки выделяющихся газов П_О^д, П_СО^д, П_СО2^д, паров элементов и окислов П_j^д. При толстой обмазке часть расплавленного покрытия, возможно, поступает непосредственно с шлаковую ванну 13. Поток газов П_j^д из покрытия в атмосферу (воздух) создает защиту дуги от азота и водорода.

3. Разработана термодинамическая модель прогнозирования хода химических реакций в сварочной ванне, с учетом температуры и приращения термодинамического потенциала Гиббса при сварке электродами с кислым и основным покрытиями.

6. Алов А.А. Основы теории металлургии дуговой сварки малоуглеродистых сталей. // Вопросы теории сварочных процессов.

– М.: Машгиз, 1948, с 5-85.

7. Походня И.К. Газы в сварных швах. – М.: Машиностроение, 1972,

256 с.

8. Ерохин А.А. Основы сварки плавлением. – М.: Машиностроение, 1973, 448 с.

9. Петров Г.Л. Сварочные материалы. Л.: Машиностроение, 1972, 280 с.

10. Походня И.К., Суптель А.М., Шлепаков В.Н. Сварка порошковой проволокой. Киев: Наукова думка, 1972, 224 с.

11. Брон О.Б., Сушков Л.К. Потоки плазмы в электрической дуге включающих аппаратов. – Л.: Энергия, 1975, 316 с.

12. Петров Г.Л., Минаков И.Т. Характер взаимодействия металла и флюса при автоматической сварке хромоникелевой аустенитной электродной проволокой // Сварка. – Л.: Судостроение, 1962, № 5, с. 30-42.

13. Потапов Н. Н. Восстановление титана и алюминия из шлака при сварке покрытыми электродами // Сварочное производство, 1975, № 8, с. 3-5.

14. Сварка. Резка. Контроль: Справочник. В 2-х томах / Под общ. ред. Н.П. Алешина, Г.Г. Чернышова. – М.: Машиностроение, 2004. Т1 / Н.П. Алешин, Г.Г. Чернышов, Э.А. Гладков и др., -624 с.: ил.

15. Теория сварочных процессов: моделирование физико-химических процессов в сварном шве: учебное пособие. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2014, с. 11-13.

16. ГОСТ 9466-75. Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки сталей и наплавки. Классификация и общие технические условия.

17. Сварка в машиностроении: Справочник. В 4-х томах/ Редкол.: С24 Г.А. Николаев (пред.) и др. – М.: Машиностроение, 1978 – Т.1/ Под ред. Н.А. Ольшанского, 1978, -504 с.:ил.