Новая технология получения гранулированного присадочного материала с наномодифицирующими добавками для дуговой сварки сталей

Сварка является одним из основных технологических способов соединения деталей и узлов при их изготовлении. Однако 70-80% разрушений металлоконструкций в процессе эксплуатации связано со сварными соединениями. Эти разрушения преимущественно хрупкие. Повышение стойкости сварных соединений против хрупкого разрушения актуально в связи с освоением северных и восточных регионов России. Самым перспективным способом повышения хладостойкости сварных соединений является измельчение зерна металла шва с помощью наномодифицирования. Однако введение наномодификаторов непосредственно в сварочную ванну через флюс или электродную проволоку не эффективно из-за их дезактивации и высокой температуры в зоне сварки. Поэтому было предложено применять модификаторы в смеси с охлаждающими макрочастицами при автоматической сварке под флюсом мостовых металлоконструкций с применением металлохимической присадки (МХП). МХП состоит из рубленой сварочной проволоки (гранулята), опудренной модифицирующей химической добавкой TiO2 в смесителе со смещенной осью вращения «пьяная бочка» по существующей технологии. Однако эта технология получения МХП не обеспечивает стабильной прочности сцепления модификатора с поверхностью гранулята и не имеет возможности контролировать её состав в производственных условиях, что, безусловно, отрицательно отражается на стабильности свойств сварных соединений. Поэтому одной из главных задач работы была модернизация существующей технологии с целью повышения прочности сцепления модификатора с гранулятом. В статье дано сравнение существующей и разработанной технологии изготовления МХП. Гранулометрический анализ порошка TiO2 показал, что при обработке МХП в планетарной мельнице происходит измельчение частиц диоксида титана до наноразмерного порядка. Показано, что приготовление МХП в высокоэнергетической планетарной мельнице (за счёт двухкратного повышения прочности сцепления модификатора с гранулятом) обеспечивает стабильный её состав, повышает хладостойкость (на 20-25%) и стабильность прочностных характеристик по длине сварного шва. В результате металлографических исследований установлено, что в шве формируется мелкозернистая структура с линейным размером зерна в 2 раза меньшим, чем при сварке по старой технологии. По результатам химического анализа металла шва установлено, что введение диоксида титана с МХП интенсифицирует переход Al2O3 из шлака в сварочную ванну и обеспечивает концентрацию титана в шве в 2 раза большую, чем при взаимодействии ванны с расплавленным флюсом АН-47 без добавок TiO2. Наличие в расплаве оксидов титана и алюминия эндогенного происхождения приводит к образованию в расплаве тугоплавких частиц с центром из TiO2 и Al2O3. Эти частицы являются центрами кристаллизации в хвостовой части ванны и остаются в металле шва в виде равномерно распределенных мелкодисперсных неметаллических включений, имеющих кристаллографическое сродство с матрицей (а-железа), что обеспечивает получение мелкозернистой структуры шва с повышенными и стабильными прочностными характеристиками.