МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОРОШКОВ В ЗАЩИТНОМ ГАЗЕ

Проведены теоретические и экспериментальные исследования по определению оптимальной концентрации наноструктурированных порошков в защитном газе. Задача настоящего исследования – разработка методики по определению оптимальной концентрации наноструктурированных порошков в защитном газе при сварке плавящимся электродом в среде аргона. В экспериментальных исследованиях для подтверждения расчетов использовали нанопорошок молибдена, введение которого в сварочную ванну осуществляли через специальное устройство. Наплавку образцов проводили на экспериментальной установке, в состав которой входили сварочная головка ГСП-2, укомплектованная разработанным устройством, источник питания ВС-300Б. Для наплавки образцов из стали 12Х18Н10Т применяли сварочную проволоку 12Х18Н9Т диам. 1,2 мм. Для обеспечения качественного сварного соединения при сварке размеры дендритов должны стремиться к минимуму. Стабильный процесс сварки обуславливается переходом капель электродного металла с торца сварочной проволоки в сварочную ванну, следовательно, объем капли электродного металла также должен стремиться к минимуму. До начала оптимизации концентрации наноструктурированных порошков в защитном газе было установлено влияние параметров режима сварки плавящимся электродом в среде аргона на микроструктуру наплавленного металла. Результаты исследований показали, что минимальный размер зерен наблюдается при силе тока 240 – 260 А и напряжении дуги 28 – 30 В. При этих режимах были проведены исследования по выбору оптимальной концентрации наноструктурированных порошков в защитном газе. Установлено, что оптимальная концентрация наноструктурированных порошков-модификаторов в защитном газе составляет 20 мг/м сварного шва. Установлено, что применение разной концентрации наноструктурированных порошков в защитном газе позволяет получать различную микроструктуру наплавленного металла. Наиболее слаборазветвленные дендриты и равновесная структура по размеру дендритов достигается при концентрации нано- структурированного порошка в защитном газе 20 мг/м сварного шва. При добавлении наноструктурированных порошков-модификаторов в жидкую сварочную ванну происходит увеличение механических свойств сварных соединений по сравнению с процессом сварки без добавления напорошков-модификаторов при +20 °С на 7,5 %, при +500 °С на 6,5 %.

1. Kivinema E.I., Olson D.L., Maltock D.K Particulate-reinforced metal matrix composite as a weld deposit // Welding J. 1995. No. 3. P. 83 – 92.

2. Wu P., Du H.M., Chen X.L. etc. Infl uence of WC particle behavior on the wear resistance properties of Ni-WC composite coatings // Wear. 2004. Vol. 257. No. 1-2. P. 142 – 147.

3. Комшуков В.П., Черепанов А.Н., Протопопов Е.В. и др. Исследование модифицирования металла нанопорошковыми инокуляторами в кристаллизаторе сортовой машины непрерывного литья заготовок. Теоретическое обоснование // Изв. вуз. Черная металлургия. 2008. № 8. С. 10 – 12.

4. Протопопов Е.В., Селезнев Ю.А., Черепанов А.Н. и др. Модифицирование металла нанопорошковыми материалами для повышения качества слябовой непрерывнолитой заготовки // Изв. вуз. Черная металлургия. 2013. № 12. С. 8 – 11.

5. Shariff S.M., Pal T.K., Padmanabham G., Joshi S.V. Sliding wear behaviour of laser surface modified pearlitic rail steel // Surf. Eng. 2010. Vol. 26. P. 199 – 208.

6. Kaysser W. Surface modifi cations in aerospace applications // Surf. Eng. 2001. Vol. 17. P. 305 – 312.

7. Morks M.F., Fahim N.F., Kobayashi A. Microstructure, corrosion behavior, and microhardness of plasma-sprayed WNi composite coatings // J. Manuf. Process. 2008. Vol. 10. P. 6 – 11.

8. Vayena O., Doumanidis C., Ranganathan R., Ando T. Welding methods for production of MMC coatings using particulate-cored wire precursors // J. Manuf. Process. 2005. Vol. 7. P. 130 – 139.

9. Wu Z.H. Empirical modeling for processing parameters’ effects on coating properties in plasma spraying process // J. Manuf. Process. 2015. Vol. 19. P. 1 – 13.

10. Tong X., Li F.H., Kuang M. etc. Eff ects of WC particle size on the wear resistance of laser surface alloyed medium carbon steel // Appl. Surf. Sci. 2012. Vol. 258. P. 3214 – 3220.

11. Kou S. Welding metallurgy. – New Jersey: John Wiley & Sons. 2003. – 480 p.

12. Sokolov G.N., Lysak I.V., Troshkov A.S. etc. Modifi cation of weld metal structure by WC nanoparticles // Metal Science and Heat Treat ment. 2009. No. 6. P. 41 – 47.

13. Березовский Б.М. Математические модели дуговой сварки. В 7 т. Том 1. Математическое моделирование и информационные технологии, модели сварочной дуги и формирования шва. – Челябинск: изд. ЮУрГУ, 2002. – 85 с.

14. Pavlov N.V., Krukov A.V., Zernin E.A. Determinate-statistical model of weld confi guration // Welding and diagnostics. 2011. No. 6. P. 31 – 35.

15. Статистические методы в инженерных исследованиях / Под ред. Г.К. Круга. – М.: Высшая школа, 1983. – 216 с.

16. Налимов В.В., Чернова Н.А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. – М.: Наука, 1965. – 340 с.

17. Brunov O.G., Fed'ko V.T., Solodskii S.A. Transfer of electrode metal in welding with the pulsed feed of welding wire // Welding International. 2007. Vol. 21. No. 1. P. 50 – 54.

18. Kuznetsov M.A., Zhuravkov S.P., Zernin E.A. etc. Influence of nano structured powder modifiers on the structure of a welding bead // Advanced Materials Research. 2014. Vol. 872. P. 118 – 122.

19. Kuznetsov M.A., Barannikova S.A., Zernin E.A. etc. Methods for defining the concentration of nanostructured powders in protective gas and its effect on the microstructure of deposit metal // Applied Mechanics and Materials. 2015. Vol. 770. P. 28 – 33.

20. Кузнецов М.А., Шляхова Г.В., Лунев А.Г. и др. Влияние на микроструктуру наплавленного металла наноструктурированных порошков Al2O3 в защитном газе // Изв. вуз. Физика. 2015. Т. 58. № 6-2 . С. 163 – 167.