РАЗДЕЛ 2
ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ И ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДОВ
ИССЛЕДОВАНИЯ
В соответствие с поставленной целью и задачами настоящей исследовательской работы: необходимо изучить влияние ССГ на процесс принудительного массопереноса шихты порошковых лент; определить качественные показатели кинетики принудительного массопереноса при термодеструкции ССГ; разработать технологию изготовления порошковых лент с ССГ; разработать способ снижения концентрации водорода при ЭШС с применением сварочных материалов содержащих ССГ; разработать способ снижения тепловых потерь шлаковой ванны на излучение .
2.1 Теоретические методы исследования
При оптимизации порошковой ленты были применены расчетные методы многофакторного планирования эксперимента. Исследование влияния оксида железа, фторида графита и толщины порошковой ленты на содержание углерода в металле шва проводили путем построения интерполяционной математической модели в виде алгебраического полинома[58,59,60].
Для вычисления кинетической энергии шихты порошковой ленты при термодеструкции использовали расчетный метод интегрирования массовой скорости по начальной координате. Для расчета импульса силы шихты при термодеструкции использовалься третий закон Ньютона.
2.2 Экспериментальные методы исследования
Объектом исследования служил фторид графита [56,57], графит интеркалированный фтором1.
Механизм термодеструкции изучали на модернизированной установке рис.2.1-2.2 [51]. Для изучения параметров выброса шихты в массивном корпусе установки (рис.2.1) размещали навеску ССГ, с помощью нагревателя нагревали ССГ до температуры термодеструкции. В массивном корпусе установки имеется отверстие. В тот момент, когда расширенный графит достигает этого отверстия, продукты термолиза выходят из ССГ и начинается подъем купола флюса (рис.2.2). В качестве шихты использовали прокаленный флюс АН-348А ГОСТ9087-81.
Полученные данные использовали для разработки сварочных материалов: -порошковых электродов для раскисления расплавленного флюса при электрошлаковой сварке;
-теплоизолирующих материалов для защиты расплавленного флюса от атмосферы.
Особенности передачи кинетической энергии изучались на специально сконструированной установке рис.2.3. Металлический каркас 1 диаметром 100мм и высотой 200мм заполняли шихтой 2 (прокаленный флюс АН-348А с размером частиц 0,105-0,36мм и коэффициентом р формы 1,50). На дно каркаса предварительно укладывали навеску ССГ 5 (графит интеркалированный фтором, коэффициент вспучивания 50-70см3/г). Датчики 4 (плоская проволочная катушка диаметром 6мм и толщиной 0,4мм) размещали в различных слоях шихты. С помощью нагревателя 6 доводили ССГ до температуры термодеструкции. При термодеструкции датчики перемещались вместе с шихтой. Каждый слой шихты перемещался со своим датчиком.
С помощью внешнего источника 3 внутри шихты создавали неоднородное магнитное поле. Неоднородное магнитное поле воздействовало на датчики, в которых наводилась э.д.с. взаимоиндукции. В случае отсутствия радиальной деформации датчика в нем наводилась электродвижущая сила индукции.
[В], (2.1)
где: I - ток в катушке внешнего магнитного поля, А; U - скорость движения датчика, м/с; R - координата датчика, мм; М - коэффициент взаимоиндукции (датчик - катушка внешнего магнитного поля).
В целях исключения погрешности от деформации датчика, расположенного вблизи ССГ, конфигурация поля выбиралась таким образом, чтобы напряженность магнитного поля в этой точке была равна нулю, а производная dM/dR имела бы достаточно большое значение. Сигнал с датчиков регистрировался на осциллографах ОК-24М, работавших в режиме механической развертки. При эксперименте использовали одновременно 5 датчиков.
2.3 Электрошлаковая сварка
Объектом исследования служила среднеуглеродистая сталь 35Л ГОСТ1050-74 выплавленная в процессе четырех плавок табл.2.1.
Таблица 2.1
Химический состав сталей
плавкиМарка сталиСодержание элементов, %Н2
см3/100гСSiMnCrSPNiO1сталь35Л0,340,270,580,150,0190,0140,150,00405,42сталь35Л0,330,220,660,120,0170,0120,090,00314,23сталь35Л0,350,250,690,140,0220,0180,120,00434,44сталь35Л0,340,280,590,100,0190,0150,140,00365,2
Для ЭШС плавящимся мундштуком использовался аппарат А-645 в сочетании с источником питания, сварочным трансформатором ТШС-1000-3 (2 трансформатора, соединенных параллельно).
Техническая характеристика аппарата А-645
Аппарат предназначен для сварки плавящимся мундштуком
Диаметр электродной проволоки, мм 3
Сварочный ток, А 2000-4000
Номинальное напряжение 3-х фазной
питающей сети, В 220/380
Скорость подачи электродной проволоки, м/ч 62?154
Число электродов 1?6
Техническая характеристика трансформатора ТШС-1000-3
Напряжение, В
первичное 380
вторичное 38-62
Номинальная ступень вторичного напряжения, В 56
Номинальный сварочный ток на фазу, А 1000
Номинальная мощность, кВА 160
Число ступеней регулирования напряжения сварки 18
дистанционных 6
установочных 3
Для проведения исследования использовали сварочную проволоку
Св-10Г2 ГОСТ2246-70 химический состав которой, приведен в табл.2.2.
Таблица 2.2
Состав сварочной проволоки
Содержание химических элементов, %CSiMnCrNiSPне более0,120,031,5 - 1,90,20,30,030,03
В качестве флюсов применяли АН-8, АНФ-6, АНФ-7, АН-22, химический состав