РАЗДЕЛ 2
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Сварочные материалы
Для исследований использовались металлические электроды для ручной дуговой
сварки углеродистых и низколегированных сталей, изготавливаемые способом
опрессовки. Для изготовления опытных партий использовался пресс промышленного
изготовления. Стержни электродов изготавливали из стальной сварочной проволоки
марки Св-08А по ГОСТ 2246 диаметром 3 и 4 мм.
Применялось покрытие электродов ильменитового вида, основу которого составляет
минерал – ильменит FeOЧTiO2, используемый в виде ильменитового концентрата по
ТУ 48-4-267-73. В качестве раскислителя металла шва применялся ферромарганец
марки ФМн 1,0 по ГОСТ 4755. В качестве сплава Fe-C использовали серый чугун
марки СЧ18 по ГОСТ 1412, применяемый в виде порошка. Чугунный порошок получали
путем размола чугунной стружки в шаровой мельнице и просева через сито № 0315
по ГОСТ 6613. Содержание углерода в чугуне составляло 3,5 %. В качестве
углерода в свободном состоянии применяли графит кристаллический марки ГСМ-2 по
ГОСТ 18191.
Коэффициент веса покрытия электродов составлял 0,45…0,47 при толщине покрытия
на сторону 0,8 мм электродов диаметром 3 мм, и 1 мм - электродов диаметром 4
мм. Автоматическое определение коэффициента массы покрытия производили с
помощью прибора БИА-100. Изготавливали по 7 вариантов электродов с чугунным
порошком и графитом в покрытии с эквивалентным содержанием углерода к весу
электродного стержня: 0,12; 0,16; 0,20; 0,24; 0,28; 0,32; 0,36% (табл.2.1,
2.2). Для сравнения изготавливали электроды без углеродосодержащих компонентов
(вариант О), а также использовали промышленные электроды марок АНО-6, АНО-32 с
ильменитовым покрытием и МР-3, АНО-4 с рутиловым покрытием.
Таблица 2.1
Составы покрытий опытных электродов с чугунным порошком
Компоненты покрытия
Варианты составов покрытия, в мас. %
1ч
2ч
3ч
4ч
5ч
6ч
7ч
Ильменит
Мергель
Ферромарганец
Чугунный порошок
Тальк
Глина
Цеолит
Древесная мука
54
12
16
51,5
12
16
2,5
49
12
16
46,5
12
16
7,5
44
12
16
10
41,5
12
16
12,5
39
12
16
15
36,5
12
16
17,5
Таблица 2.2
Составы покрытий опытных электродов с графитом в покрытии
Компоненты покрытия
Варианты составов покрытия, в мас. %
1г
2г
3г
4г
5г
6г
7г
Ильменит
Мергель
Ферромарганец
Графит
Тальк
Глина
Цеолит
Древесная мука
53,88
12
16
0,12
53,84
12
16
0,16
53,80
12
16
0,20
53,76
12
16
0,24
53,72
12
16
0,28
53,68
12
16
0,32
53,64
12
16
0,36
2.2. Методика испытания механических свойств и химического состава металла шва
и наплавленного металла
Сварку и наплавку образцов для испытания механических свойств и химического
состава металла шва и наплавленного металла, а также сварочно-технологических
свойств электродов, в соответствии с требованиями ГОСТ 9466, производили как на
переменном, так и постоянном токе обратной полярности. В качестве источников
питания применяли сварочный трансформатор ТД-502.У3 и выпрямитель ВДУ- 504.
Сила тока для электродов диаметром 3 мм составляла 100…120А, а для электродов
диаметром 4 мм – 160…180 А.
Для изготовления сварных образцов использовали пластины из стали марки ВСт3сп
по ГОСТ 380 толщиной 16 мм. Подготовка кромок под сварку стыковых соединений
соответствовала вар. А черт. 7 по ГОСТ 9466. Для проверки механических свойств
изготавливали по три образца для испытания на растяжение типа II и три образца
для испытания на ударный изгиб (ударную вязкость) типа VI по ГОСТ 6996.
Испытания механических свойств металла шва и наплавленного металла проводили в
соответствии с ГОСТ 6996.
Пробы для химического анализа наплавленного металла отбирали из трех верхних
слоев восьмислойной наплавки в соответствии с ГОСТ 7122.
Химический анализ наплавленного металла проводили по ГОСТ 2331, ГОСТ 2604, ГОСТ
11665, ГОСТ 11662, ГОСТ 12344, ГОСТ 12365, ГОСТ 17051.
2.3. Металлографические исследования
Общий характер микроструктуры сварных швов оценивали с помощью оптического
микроскопа МИМ –8М на поперечных микрошлифах размером 15х25х30 мм,
протравленных в 5 %-ном спиртовом растворе азотной кислоты. Размеры и
количество неметаллических включений изучали на нетравленых шлифах при
увеличениях х 100 и х 450 с учетом требований ГОСТ 1778 и ГОСТ 5639.
2.4. Методика исследования процесса окисления углерода
Для исследования окисления углерода на стадии капли в процессе горения
сварочной дуги была разработана специальная методика изготовления шлифов из
концов электродов.
Для исследований применяли опытные электроды, составы, покрытия которых
приведены в табл. 2.1 и 2.2. В качестве исходного варианта использовали
электроды без углеродосодержащих компонентов в покрытии.
Сварку производили электродами диаметром 4 мм на постоянном токе обратной
полярности. Сила тока составляла 160…180 А. Исследуемыми электродами возбуждали
дугу, и электрод плавился в течение 10 сек, для достижения стабильности
процесса, а затем дуга обрывалась отключением сварочного выпрямителя с быстрым
охлаждением концов электродов в воде. Концы электродов длиной 30…35 мм
отрезались механическим способом. Полученные образцы помещались в формы и
заливались эпоксидной смолой.
После отвердения образцы шлифовались механическим способом по длине на глубину
равную половине диаметра электродного стержня. Затем проводилось изготовление
микрошлифа по стандартной методике с последующим травлением в 5 %-ном спиртовом
растворе азотной кислоты.
Изучение макроструктуры