Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,674

Личный портфель

ВЛИЯНИЕ ИСТОЧНИКА НАГРЕВА НА ЛЕГИРОВАНИЕ НАПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА ПРИ ПОЛУЧЕНИИ СОЕДИНЕНИЙ ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Мамадалиев Р.А. 1 Кусков В.Н. 1 Галинский А.А. 1
1 ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет»
Тип источника питания практически не влияет на степень перехода легирующих элементов в наплавленный металл (в пределах погрешности измерений), за исключением использования электродов ЦЛ-9, когда содержание элементов в наплавленном металле при сварке с выпрямителем ВДУ-506 на 0,3–1,3 массовых % выше. Преимущество инверторного источника питания, обеспечивающего больший переход легирующих элементов, наблюдается в случае получения сварного соединения на повышенном токе 140 А. 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. %. Максимальное содержание хрома и никеля в наплавленном металле во всех случаях наблюдали при сварке пластин из стали 12Х18Н10Т при использовании электродов ОК 61.30 и Feji ER-308, а при соединении пластин из стали 20Х13 – когда применили электроды ЦЛ-9.
хром
никель
марганец
сталь 12Х18Н10Т
20Х13
выпрямитель сварочный
инверторный источник питания
сила тока
1. Кусков В.Н., Мамадалиев Р.А., Обухов A.Г. Переход легирующих элементов в наплавленный металл при сварке стали 12Х18Н10Т // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 11 (часть 9). – С. 1794–1797.
2. Кусков В.Н., Обухов A.Г., Мамадалиев Р.А. Влияние режима на переход хрома в наплавленный металл при сварке стали 20Х13 // Омский научный вестник. Серия Приборы, машины и технологии. – 2013. – № 2 (120). – С. 54–56.
3. Куликов В.П. Технология и оборудование сварки плавлением и термической резки. – Минск: Экоперспектива, 2003. – 415 с.; ил.
4. Кусков В.Н. Способ термической обработки стальных деталей. Пат. на изобр. № 2061089 // Изобретения. № 15, от 27.05.1996. – С. 236.
5. Физико-химические свойства окислов / под ред. Г.В. Самсонова. – М.: Металлургия, 1978. – 472 с.

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.

Библиографическая ссылка

Мамадалиев Р.А., Кусков В.Н., Галинский А.А. ВЛИЯНИЕ ИСТОЧНИКА НАГРЕВА НА ЛЕГИРОВАНИЕ НАПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА ПРИ ПОЛУЧЕНИИ СОЕДИНЕНИЙ ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ // Фундаментальные исследования. 2014. № 11-3. С. 515-518;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=35552 (дата обращения: 20.05.2025).