Анотація до роботи:

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

за спеціальністю 05.03.06 - Зварювання і споріднені технології -

к.т.н. Головко В.В. на тему

«Взаємодія металу зі шлаком при зварюванні під агломерованими флюсами низьколегованих сталей»

Вивчено вплив кисневого потенціалу агломерованих флюсів формування неметалевих включень. Розроблено комп'ютерну програму, яка дозволяє виконувати розрахунки складу і кількості неметалевих включень з урахуванням термодинаміки і кінетики металургійних реакцій, які протікають у шлаковій і металевій фазах, а також технологічних параметрів процесу зварювання. Показані можливості агломерованих флюсів щодо управління структурою і властивостями металу швів. Запропоновано шляхи регулювання парціального тиску кисню і водню над розплавом шлаку і технологія виготовлення низководневих агломерованих флюсів. Розроблені агломеровані флюси нового покоління для зварювання конструкцій з низьколегованих сталей.

На базі досліджень термодинамічних і кінетичних залежностей взаємодії металу зі шлаком при зварюванні під агломерованими флюсами низьколегованих сталей, побудовані фізико-хімічні моделі, що дозволяють прогнозувати структуру і властивості метал зварних швів.

Основні наукові положення роботи, встановлені закономірності, запропоновані принципи і засоби їхньої реалізації полягають у наступному:

1. На основі вивчення впливу кисневого потенціалу агломерованих флюсів на формування неметалевих включень, створено інтегровану фізико-хімічну модель утворення неметалевих включень у металі швів, що враховує особливості росту і конденсування неметалевої фази в зварювальній ванні й в області твердо - рідкого стану металу шва. Розроблено комп'ютерну програму, яка дозволила виконати розрахунки складу і кількості неметалевих включень з урахуванням термодинаміки і кінетики металургійних реакцій, що протікають у шлаковій і металевій фазах, а також технологічних параметрів процесу зварювання.

2. Виходячи з проведених розрахунків встановлено, що для зварювання низьколегованих сталей доцільно використовувати флюси, кисневий потенціал яких знаходиться в межах (- 370...-340) кДж/моль. Показано, що в зумовленому діапазоні значень кисневого потенціалу, агломеровані флюси сприяють рафінуванню металу зварювальної ванни по неметалевим включенням.

3. Встановлено, що для одержання швів, що мають механічні властивості на рівні основного металу, необхідне використання зварювальних матеріалів, які забезпечують вміст кремнію й алюмінію у твердому розчині металу швів не більш 0,1 % і 0,003 %, відповідно, а вміст титана в межах 0,005...0,015 % . Дотримання цих вимог дозволяє збільшити вміст в зварних швах структурних складових з підвищеною стійкістю до крихкого руйнування.

4. Проведено оцінку основних факторів, що визначають вміст водню в металі швів при зварюванні під агломерованими флюсами. Для одержання наднизьких вмістів водню в металі швів низьколегованих сталей (менш 3 см³ на 100г) запропоновано використання флюсів, що забезпечують парціальний тиск кисню над розплавом шлаку в межах -lgp_o = 9,5...10,5 і спеціальні технологічні прийоми виготовленні низьководневих агломерованих флюсів.

5. На основі розроблених комп'ютерних моделей і з використанням експериментально - числових методів створені агломеровані флюси АНК-57, АНК-561 (Патенти України 5156, 5157) для зварювання низьколегованих сталей підвищеної міцності, що забезпечують формування металу зварних швів з високим вмістом в’язких структурних складових та властивостями міцності на рівні суднобудівних сталей категорії D36, E36 і вмістом дифузійного водню не більш 1,5 см³/100г. Зварювально-технологічні властивості розроблених флюсів дозволяють їхнє використання в широкому діапазоні технологічних режимів.

Основні положення дисертації опубліковані в нижче перелічених роботах:

1. Effect of acicular ferrite (AF) structure on micromechanism of weld metal brittle fracture / Pokhodnja I.K., Korsun A.O., Golovko V.V. et all. - IIW Doc. II-1549-88– К.:PEWI, 1988. – 12 p.

2. Golovko V.V., Kushnerev D.M., Shvachko V.I. Oxidizing potential of bonded fluxes. IIW Doc. XII-1106-89.- К.:PEWI, 1989. – 8 p.

3. Golovko V.V. Methods of determination of welding flux oxidation potential. IIW Doc. 1111-89. - К.:PEWI, -17 p.

4. Golovko V.V. Application of calculation procedure to estimate the effect of slag oxidizing ability on the low-hydrogen weld formation in submerged-arc welding. IIW Doc. XII-1200-90. К.:PEWI, -6 p.

5. Походня И.К., Швачко В.И., Головко В.В., Кушнерев Д.М. Масс-спектральное количественное определение активности кислорода // Проблемы спецэлектрометаллургии.- 1989.- №67.- C. 51-56.

6. Походня И.К., Головко В.В., Кушнерев Д.М., Швачко В.И. Оценка окислительной способности керамических флюсов // Автоматическая сварка .- 1990.- №2.- C. 45-48.

7. Головко В.В., Гребенчук В.Г. Свариваемость стали 14ХГНДЦ при различных сочетаниях флюс-проволока // Сварочное производство .- 1991.- №5.- C. 13-15.

8. Головко В.В., Гребенчук В.Г. Хладостойкость сварных соединений стали 14ХГНДЦ при сварке под флюсом // Сварочное производство .- 1992.- №3.- C. 11-12.

9. Головко В.В., Подгаецкий В.В., Бондаренко Т.П. Окисленность шлаковых расплавов системы MgO-Al₂O₃-SiO₂-CaF₂ // Автоматическая сварка .- 1993.- №9.- C. 28-30.

10. Головко В.В. Влияние физико-химических свойств флюса на движение жидкого металла в сварочной ванне // Автоматическая сварка .- 1994.- №9-10.- C. 20-23.

11. Головко В.В., Климкин П.А. Неметаллические включения в металле швов, полученных при сварке под основными керамическими флюсами // Автоматическая сварка .- 1995.- №1.- C. 19-22.

12. Головко В.В. Сварка под флюсом пульсирующей дугой (Обзор) // Автоматическая сварка.- 1995.- №12.- C. 14-18.

13. Походня И.К., Головко В.В., Денисенко А.В., Грабин В.Ф. Влияние кислорода на образование структуры игольчатого феррита в низколегированном металле сварных швов (Обзор) // Автоматическая сварка.- 1999.- №2.- С. 3-10.

14. Головко В.В. Моделирование состава неметаллических включений в металле сварных швов высокопрочных низколегированных сталей // Автоматическая сварка.- 2001.-№5.-С. 3-7.

15. Головко В.В. Пути снижения содержания водорода в металле сварных соединений низколегированных сталей за счет металлургической активности флюсов // Автоматическая сварка .- 2005 .- №12 .- С.

16. Пат. 5155 Україна, МКІ В 23 К 35/362. Керамічний флюс для зварювання низьколегованих сталей / Походня І.К., Кушнерев Д.М., Головко В.В. (Україна); ІЕЗ ім.Є.О.Патона.- №35511226; Заявл. 11.02.1983; Опубл.3.01.84; НКИ 28/84.- 3с.

17. Пат. 5156 Україна, МКІ В 23 К 35/362. Керамічний флюс для зварювання низьколегованих сталей / Походня І.К., Кушнерев Д.М., Устинов С.Д., Зарубін А.М., Головко В.В. (Україна); ІЕЗ ім.Є.О.Патона.- №4019513; Заявл. 23.12.1985; Опубл.22.11.86; НКИ 11/87.- 4с.

18. Пат. 5157 Україна, МКІ В 23 К 35/362. Керамічний флюс для зварювання низьколегованих високоміцних сталей / Походня І.К., Кушнерев Д.М., Устинов С.Д., Головко В.В. (Україна); ІЕЗ ім.Є.О.Патона.- №4081558; Заявл. 02.07.1986; Опубл.23.01.92; НКИ 3/92.- 5с.

19. Пат. 4950331 США, МКИ В 23 К 35/34. Ceramic flux for welding low-alloy steels / Igor K. Pokhodnya, Daniil M. Kushnerev, Sergei D. Ustinov, Viktor V. Golovko (Україна); ІЕЗ ім.Є.О.Патона.- №378168; Заявл.11.07.1989; Опубл. 21.08.1990; НКИ 19/90.- 14с.

20. Пат. DE 3923387 A1, ФРГ, МКИ В 23 К 35/362. Keramisches Schwesspulver zum Schwessen niedriglegierter /Pochodnja I.K., Kushnesev D.M., Ustinov S.D., Golovko V.V. (Україна); ІЕЗ ім Є.О.Патона.- №Р 3923387.1; Заявл.14.7.89; Опубл. 24.1.91; НКИ 064/277.- 15с.

21. Пат. 464117, Швеция, МКИ В 23 К 35/362. Keramiskt flussmedel for svetsning av laglegerade stal / Pochodnya I.K., Kushnerev D.M., Ustinov S.D., Golovko V.V. (Україна); ІЕЗ ім Є.О.Патона.- №8902511-8; Заявл.11.07.1989; Опубл. 12.01.1991; НКИ 328/91.- 31с.

22. Кушнерев Д.М., Устинов С.Д., Головко В.В. Керамические флюсы ИЭС им.Е.О.Патона для мехаизированной сварки низколегированных сталей // Сб. докладов Х Всесоюз. конф. по св. материалам. Краснодар.- 1990.- часть П.- С. 104-109.

23. Бондаренко Т.П., Мищенко Д.Д., Головко В.В. Некоторые физико-химические свойства сварочных шлаков. // Сб. докладов конф. «Сварочные материалы для механизированной дуговой сварки сталей» .- Никополь-Киев.: ИЭС им.Е.О.Патона .- 1991.- С. 33-37.

24. Головко В.В. Оценка расчетным методом возможности получения металла швов с низким содержанием водорода при сварке под флюсом // Сб. докладов конф. «Сварочные материалы для механизированной дуговой сварки сталей» .- Никополь-Киев.: ИЭС им.Е.О.Патона .- 1991.- С. 48-56.

25. Pokhodnja I.K., Grabin V.F., Golovko V.V., Sheiko P.P. Influence of pulse treatment of welding pool with alternating power arc on structure of low-alloy-steel welds during crystallization // Proc. of the Int. welding conf. «Welding science and technology».- Slovakia, Kosice.- 1996.- Р. 84-86.

26. Походня И.К., Пальцевич А.П., Головко В.В., Котельчук А.С. Технологические и металлургические методы снижения абсорбции водорода при сварке // Сб. докладов международ. конф. по св. материалам стран СНГ. Краснодар, 22-26 июня 1998.- М.- 1998.- С. 1-30.

27. Golovko V.V. Oxygen influence on acicular ferrite formation // Proc. Intr. conf. «HSLA steels`2000».- Beijing, China. The Metallurgical Industry Press, 30-3 Nov. 2000.- Р. 449-457.

28. Pokhodnya I.K., Golovko V.V., Taraborkin L.A. Сomputer simulation of nonmetal inclusions chemical composition in weld metal // Pros. 6^th Inter. Seminar «Numerical analysis of weldability», Graz-Seggau, Austria, October 1-3, 2001.: TU Graz.- 2001.- Р.

29.Походня И.К., Головко В.В. Флюсы для сварки низколегированных высокопрочных сталей, разработанные в ИЭС им.Е.О.Патона // Сварщик.- 1999.- №1.- С. 8-9.

30.Походня И.К., Головко В.В., Денисенко А.В., Грабин В.Ф. Влиянеи кислорода на образование структуры игольчатого феррита в низколегированном металле сварных швов (Обзор) // Автоматическая сварка .- 1999 .- №2 .- с.3-10, 20.

31.Golovko V.V. Oxygen influence on acicular ferrite formation // Inter. Conf. “HSLA steels’2000” .- Beijing, China, The Metallurgical Industry Press, 30-3 Nov. 2000 .- p.449-452.

32.Головко В.В. Моделирование состава неметаллических включений в металле сварных швов высокопрочных низколегированных сталей // Автоматическая сварка .- 2001 .- №5 .- с.3 – 7.

33.Pokhodnja I.K., Golovko V.V., Taraborkin L.A. Computer simulation of nonmetal inclusions chemical composition in weld metal // IIW Doc. II-A-109-2002 .- 13P.

34.Головко В.В. Применение агломерированных флюсов при сварке низколегированных сталей (Обзор) // Автоматическая сварка .- 2003 .- №6 .- с.37-41.

35.Грабин В.Ф., Головко В.В., Соломийчук Т.Г., Гончаренко И.И., Костин В.А. Анализ структурного состава металла швов, выполненных сварочными проволоками ферритно – перлитного класса // Автоматическая сварка .- 2003 .- №8 .- с.18-23.