Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,674

Personal portfolio

THE INFLUENCE OF A SOURCE OF HEATING FOR ALLOYING THE WELD METAL UPON RECEIPT OF THE CONNECTION OF HIGH-ALLOYED STEELS

Mamadaliev R.A. 1 Kuskov V.N. 1 Galinskiy A.A. 1
1 FGBO of higher professional education «Tyumen State Oil and Gas University»
Type of power source does not influence the degree of alloying of the weld metal (within the measurement error), except for the use of electrodes ЦЛ-9, when the content of elements in the weld metal during welding rectifier TPL-506 0,3–1,3 mass % higher. The advantage of inverter power source, providing greater transition alloying elements is observed in the case of welded joints at high current of 140 A. With the increase of the effective thermal capacity of the power transition alloying elements in the weld metal varies within the measurement error, except for the preparation of compounds of the electrodes and the ЦЛ-9 RLA-8. In these cases, the difference may reach a concentration of 4,6 wt. %. The maximum content of chromium and nickel in the weld metal in all cases observed when welding steel plates 12X18H10T using electrode OK 61,30 Feji ER – 308, and when connecting steel plates 20X13 – when applied electrodes ЦЛ-9.
chromium
nickel
manganese
steel 12Х18Н10Т
20Х13
welding rectifier
inverter power source
current intensity
1. Kuskov V.N. Mamadaliev R.A., Obukhov A.G. The transition of the alloying elements in the weld metal when welding steel 12X18H10T, Fundamental research 2013, Vol. 5, no. 11, pp. 1794–1797: www.rae.ru/fs/?section = content&op = show_article&article_id = 10002726.
2. Kuskov V.N. Mamadaliev R.A., Obukhov A.G. Influence of the mode transition of chromium in the weld metal when welding steel 20X13. Omsk scientific Bulletin. A series of Devices, machines and technologies., 2013, Vol. 2 no. 120. pp. 54–56. http://lib.omgtu.ru.
3. Kulikov V.P. Technology and equipment for fusion welding and thermal cutting. Minsk: Copernicia, 2003. рр. 415.
4. Kuskov V.N. Method of heat treatment of steel parts. Pat. on the image. no. 2061089. Invention. no. 15. 27.05.1996. рp. 236.
5. Physico-chemical properties of oxides Ed. by G.V. Samsonov. M.: metallurgy, 1978 рp. 472.

Материалы и методы исследования

В работе использовали традиционный выпрямитель ВДУ-506 и инвертор Handy TIG 180 AC/DC Control Pro при силе сварочного тока 60, 80, 100 А (из интервала значений, рекомендованных заводом-изготовителем электродов) [1–2]. Изменение силы тока отражается на протяженности зоны термического влияния и должно воздействовать на содержание элементов в наплавленном металле, что может привести к изменению его структуры. Пластины сталей 12Х18Н10Т и 20Х13 сваривали встык, марки и химический состав исследованных электродов диаметром 3,2 мм приведены в табл. 1–2.

Для определения химического состава наплавленного металла и электродных стержня и покрытия использовали рентгенофлюоресцентный анализ (РФА) зачищенного шва на спектрометре X-MET 5000 с пакетом программ Х MET. Перед проведением РФА поверхность исследуемых образцов шлифовали.

Таблица 1

Химический состав электродных стержней

Марка электрода

С, %

Si, %

Mn, %

Cr, %

Ni, %

Nb, %

S, %

P, %

ОК 76.35

0,09

0,11

0,5

0,03

–

–

0,011

0,010

ОЗЛ-6

0,09

0,7

1,42

20,9

11,51

0,52

0,015

0,010

УОНИ-13\НЖ

0,11

0,09

0,64

10,45

0,4

–

0,025

0,030

ЦЛ-9

0,08

0,36

1,71

17

11

0,9

0,010

0,020

Feji ER-308

0,06

0,5

2,04

18,95

9,77

0,01

0,02

0,03

OK 61.30

0,05

0,05

2,03

19,55

9,66

0,02

0,01

0,02

ОЗЛ-8

0,6

1

1,92

17,58

8,33

0,01

0,018

0,025

Таблица 2

Химический состав электродных покрытий

Марка электрода

Si, %

Mn, %

Cr, %

Mo, %

Ca, %

Ti, %

V, %

Fe, %

ОК 76.35

0,6

3,1

8,5

0,89

28,97

7,7

0,084

8,5

ОЗЛ-6

1,44

3,67

3

0,07

32,97

3,24

0,074

6,2

УОНИ-13\НЖ

2,1

9,4

21,08

1,08

21,76

6,9

0,09

40

ЦЛ-9

0,87

9,4

25,19

0,87

33,08

8,9

0,075

38,18

Feji ER-308

0,8

4,94

15,95

0,19

25

21,03

0,93

27,33

OK 61.30

1,5

4,69

17,16

0,35

20

7,01

1,03

41,07

ОЗЛ-8

1,6

2,56

2,5

0,02

30

4,10

0,05

1,86

Эффективную тепловую мощность источника нагрева определяли по параметрам дуги [3]:

Qэ = η·U·I,

где Qэ – эффективная тепловая мощность дуги, Вт; η – эффективный КПД сварочной дуги (для ручной дуговой сварки приняли h = 0,7); U – напряжение дуги, В; I – сварочный ток, А.

Инверторный источник обладает большей величиной Qэ на 12 % по сравнению с выпрямителем.

Результаты исследования и их обсуждение

В табл. 3 приведены результаты определения химического состава наплавленного металла.

Таблица 3

Содержание легирующих элементов в наплавленном металле

№ п/п

Электрод

Св. ток, А

Химический состав наплавленного металла, %

ВДУ-506

Handy TIG 180 AC/DC

Cr

Ni

Mn

Cr

Ni

Mn

Для стали 12Х18Н10Т

1

Feji ER-308

60

18,28

9,56

1,19

18,18

9,76

1,1

2

80

18,36

9,86

1,02

18,6

9,9

1,01

3

100

18,31

9,82

0,94

18,55

9,88

0,9

4

ОЗЛ-8

60

17,2

8,97

1,69

17,29

9,11

1,46

5

80

17,14

8,54

1,92

17,08

8,41

1,92

6

100

17,02

8,43

1,99

18,5

8,29

1,95

7

OK 61.30

60

19,16

9,75

0,78

19,42

9,59

0,8

8

80

18,82

9,65

0,85

18,77

9,65

0,86

9

100

18,75

9,68

0,88

19,2

9,65

0,83

Для стали 20Х13

10

УОНИ-13\НЖ

60

13,2

0,48

0,39

13,14

0,4

0,39

11

80

13,06

0,46

0,6

12,84

0,39

0,54

12

100

12,67

0,39

0,39

12,54

0,42

0,31

13

ЦЛ-9

60

17,49

11,2

1,17

16,16

9,5

0,86

14

80

16,26

9,8

1,03

15,11

9,75

0,67

15

100

13,50

10,5

0,58

12,5

10,4

0,26

На рис. 1–3 приведены примеры зависимостей содержания легирующих элементов в наплавленном металле от эффективной тепловой мощности дуги.

В наплавленный металл переходит требуемое количество хрома, достаточное для обеспечения коррозионной стойкости металла шва [4]. При этом сталь 20Х13 имеет мартенситную или феррито-мартенситную (в зависимости от скорости охлаждения) структуру, а сталь 12Х18Н10Т – аустенитную. Тип источника питания практически не влияет на степень перехода легирующих элементов в наплавленный металл (в пределах погрешности измерений), за исключением использования электродов ЦЛ-9. В этом случае содержание элементов в наплавленном металле при сварке с выпрямителем ВДУ-506 на 0,3–1,3 массовых % выше. Минимальное из указанных значений наблюдается при переходе марганца, содержание которого в металле невелико. Преимущество инверторного источника питания, обеспечивающего больший переход легирующих элементов наблюдается в случае получения сварного соединения на повышенном токе 140А.

pic_13.wmf а

pic_14.wmf б

pic_15.wmf в

Рис. 1. Зависимость содержания легирующих элементов в наплавленном металле от эффективной тепловой мощности дуги при получении соединений стали 12Х18Н10Т электродами ОЗЛ-8

С увеличением эффективной тепловой мощности степень перехода легирующих элементов в наплавленный металл изменяется в пределах погрешности измерений, за исключением получения соединений электродами ЦЛ-9 и ОЗЛ-8. В этих случаях различие концентрации может достигать 4,6 масс. %. Слабая зависимость степени перехода элементов от Qэ может определяться составом электродного покрытия, а также малым интервалом исследованных значений эффективных мощностей, который был выбран в соответствии с рекомендациями завода-изготовителя электродов.

pic_16.wmf

Рис. 2. Зависимость содержания хрома в наплавленном металле от эффективной тепловой мощности дуги при получении соединений стали 12Х18Н10Т электродами ОК 61.30

pic_17.wmf

Рис. 3. Зависимость содержания хрома в наплавленном металле от эффективной тепловой мощности дуги при получении соединений стали 12Х18Н10Т электродами Feji ER-308

Максимальное содержание хрома и никеля в наплавленном металле при сварке пластин из стали 12Х18Н10Т наблюдали в случае использования электродов ОК 61.30 и Feji ER-308, а при соединении пластин из стали 20Х13 – когда применили электроды ЦЛ-9. В указанных случаях хром переходил как из электродного стержня, так и из покрытия; никель – только из стержня, т.к. он обладает малым сродством к кислороду [5] и практически не окисляется в процессе сварки.

Рецензенты:

Артамонов Е.В., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Станки и инструменты» Института промышленных технологий и инжиниринга, г. Тюмень;

Некрасов Ю.И., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Технология машиностроения» Института промышленных технологий и инжиниринга, г. Тюмень.

Работа поступила в редакцию 10.10.2014.