Том 25 № 4 2023 1 СОДЕРЖАНИЕ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ СОУЧРЕДИТЕЛИ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» ООО НПКФ «Машсервисприбор» ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР Батаев Анатолий Андреевич – профессор, доктор технических наук, ректор НГТУ ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА Иванцивский Владимир Владимирович – доцент, доктор технических наук Скиба Вадим Юрьевич – доцент, кандидат технических наук Ложкина Елена Алексеевна – редактор перевода текста на английский язык, кандидат технических наук Перепечатка материалов из журнала «Обработка металлов» возможна при обязательном письменном согласовании с редакцией журнала; ссылка на журнал при перепечатке обязательна. За содержание рекламных материалов ответственность несет рекламодатель. 16+ РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ Председатель совета Пустовой Николай Васильевич – доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, член Национального комитета по теоретической и прикладной механике, президент НГТУ, г. Новосибирск (Российская Федерация) Члены совета Федеративная Республика Бразилия: Альберто Морейра Хорхе, профессор, доктор технических наук, Федеральный университет, г. Сан Карлос Федеративная Республика Германия: Монико Грайф, профессор, доктор технических наук, Высшая школа Рейн-Майн, Университет прикладных наук, г. Рюссельсхайм, Томас Хассел, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен, Флориан Нюрнбергер, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен Испания: Чувилин А.Л., кандидат физико-математических наук, профессор, научный руководитель группы электронной микроскопии «CIC nanoGUNE», г. Сан-Себастьян Республика Беларусь: Пантелеенко Ф.И., доктор технических наук, профессор, член-корреспондент НАН Беларуси, Заслуженный деятель науки Республики Беларусь, Белорусский национальный технический университет, г. Минск Украина: Ковалевский С.В., доктор технических наук, профессор, проректор по научно-педагогической работе Донбасской государственной машиностроительной академии, г. Краматорск Российская Федерация: Атапин В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Балков В.П., зам. ген. директора АО «ВНИИинструмент», канд. техн. наук, г. Москва, Батаев В.А., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Буров В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Коротков А.Н., доктор техн. наук, профессор, академик РАЕ, КузГТУ, г. Кемерово, Лобанов Д.В., доктор техн. наук, доцент, ЧГУ, г. Чебоксары, Макаров А.В., доктор техн. наук, член-корреспондент РАН, ИФМ УрО РАН, г. Екатеринбург, Овчаренко А.Г., доктор техн. наук, профессор, БТИ АлтГТУ, г. Бийск, Сараев Ю.Н., доктор техн. наук, профессор, ИФПМ СО РАН, г. Томск, Янюшкин А.С., доктор техн. наук, профессор, ЧГУ, г. Чебоксары Журнал входит в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук». Полный текст журнала «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» теперь можно найти в базах данных компании EBSCO Publishing на платформе EBSCOhost. EBSCO Publishing является ведущим мировым агрегатором научных и популярных изданий, а также электронных и аудиокниг. ИЗДАЕТСЯ С 1999 г. Периодичность – 4 номера в год ИЗДАТЕЛЬ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» Журнал включен в Реферативный журнал и Базы данных ВИНИТИ. Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной системе по периодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory» Журнал награжден в 2005 г. Большой Золотой Медалью Сибирской Ярмарки за освещение новых технологий, инструмента, оборудования для обработки металлов Журнал зарегистрирован 01.03.2021 г. Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия. Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-80400 Индекс: 70590 по каталогу OOO «УП УРАЛ-ПРЕСС» Адрес редакции и издателя: 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), корп. 5. Тел. +7 (383) 346-17-75 Сайт журнала http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Цена свободная Журнал «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» индексируется в крупнейших в мире реферативнобиблиографическихи наукометрических базах данных Web of Science и Scopus.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 4 2023 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Акинцева А.В., Переверзев П.П. Моделирование взаимосвязи силы резания с глубиной резания и объемами снимаемого металла единичными зернами при плоском шлифовании.................................................................................................................... 6 Шарма Ш.С., Йоши А., Раджпут Й.С. Систематический обзор технологий производства металлической пены...................... 22 Карлина Ю.И., Кононенко Р.В., Иванцивский В.В., Попов М.А., Дерюгин Ф.Ф., Бянкин В.Е. Обзор современных требований к сварке трубных высокопрочных низколегированных сталей................................................................................................. 36 Старцев Е.А., Бахматов П.В. Влияние режимов дуговой автоматической сварки на геометрические параметры шва стыковых соединений из низкоуглеродистой стали, выполненных с применением экспериментального флюса.............................. 61 Мартюшев Н.В., Козлов В.Н., Ци М., Багинский А.Г., Хань Ц., Бовкун А.С. Фрезерование заготовок из мартенситной стали 40Х13, полученных с помощью аддитивных технологий.......................................................................................................... 74 Логинов Ю.Н., Замараева Ю.В. Оценка схемы многоканального углового прессования прутков и возможности ее применения на практике................................................................................................................................................................................. 90 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Раджпут Й.С., Шарма А.К., Мишра В.Н., Саксена К., Дипак Д., Шарма Ш.С. Влияние геометрии наконечника сварочного инструмента на характеристики растяжения соединений сплава АА8011, полученных сваркой трением с перемешиванием.... 105 Чинчаникар С., Гейдж М.Г. Моделирование рабочих характеристик и мультикритериальная оптимизация при токарной обработке нержавеющей стали AISI 304 (12Х18Н10Т) резцами с износостойким покрытием и с износостойким покрытием, подвергнутым микропескоструйной обработке.................................................................................................................................... 117 Гуле Г.С., Санап С., Чинчаникар С. Точение стали AISI 52100 с наложением ультразвуковых колебаний: сравнительная оценка и моделирование с использованием анализа размерностей.................................................................................................... 136 Пивкин П.М., Ершов А.А., Миронов Н.Е., Надыкто А.Б. Влияние формы тороидальной задней поверхности на углы режущего клина и механические напряжения вдоль режущей кромки сверла.................................................................................. 151 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Соколов Р.А., Муратов К.Р., Венедиктов А.Н., Мамадалиев Р.А. Влияние внутренних напряжений на интенсивность коррозионных процессов конструкционной стали......................................................................................................................... 167 Клименов В.А., Колубаев Е.А., Хань Ц., Чумаевский А.В., Двилис Э.С., Стрелкова И.Л., Дробяз Е.А., Яременко О.Б., Куранов А.Е. Модуль упругости и твердость титанового сплава, сформировавшегося в условиях электронного лучевого сплавления при 3D-печати проволокой................................................................................................................................................. 180 Воронцов А.В., Филиппов А.В., Шамарин Н.Н., Москвичев Е.Н., Новицкая О.С., Княжев Е.О., Денисова Ю.А., Леонов А.А., Денисов В.В. In situ анализ кристаллической решетки нитридных однокомпонентных и многослойных покрытий ZrN/CrN в процессе термоциклирования............................................................................................................................................... 202 Рубцов В.Е., Панфилов А.О., Княжев Е.О., Николаева А.В., Черемнов А.М., Гусарова А.В., Белобородов В.А., Чумаевский А.В., Гриненко А.В., Колубаев Е.А. Влияние высокоэнергетического воздействия при плазменной резке на структуру и свойства поверхностных слоёв алюминиевых и титановых сплавов............................................................................................... 216 Бобылёв Э.Э., Стороженко И.Д., Маторин А.А., Марченко В.Д. Особенности формирования Ni-Cr покрытий, полученных диффузионным легированием из среды легкоплавких жидкометаллических растворов.................................................................. 232 Бурков А.А., Коневцов Л.А., Дворник М.И., Николенко С.В., Кулик М.А. Формирование и исследование свойств покрытий из металлического стекла FeWCrMoBC на стали 35............................................................................................................ 244 Шарма Ш.С., Хатри Р., Йоши А. Синергетический подход к разработке легкого пористого металлического пеноматериала на основе алюминия с использованием литейно-металлургического метода.................................................................................... 255 Строкач Е.А., Кожевников Г.Д., Пожидаев А.А., Добровольский С.В. Моделирование эрозионного износа титанового сплава высокоскоростным потоком частиц........................................................................................................................................... 268 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 284 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 295 Корректор Е.Е. Татарникова Художник-дизайнер А.В. Ладыжская Компьютерная верстка Н.В. Гаврилова Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 2000 ОК 005-93 (ОКП) Подписано в печать 01.12.2023. Выход в свет 15.12.2023. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 37,0. Уч.-изд. л. 68,82. Изд. № 209. Заказ 296. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 25 No. 4 2023 3 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL BOARD EDITOR-IN-CHIEF: Anatoliy A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Rector, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation DEPUTIES EDITOR-IN-CHIEF: Vladimir V. Ivancivsky, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Vadim Y. Skeeba, Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Editor of the English translation: Elena A. Lozhkina, Ph.D. (Engineering), Department of Material Science in Mechanical Engineering, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation The journal is issued since 1999 Publication frequency – 4 numbers a year Data on the journal are published in «Ulrich's Periodical Directory» Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”) has been Indexed in Clarivate Analytics Services. Novosibirsk State Technical University, Prospekt K. Marksa, 20, Novosibirsk, 630073, Russia Tel.: +7 (383) 346-17-75 http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Journal “Obrabotka Metallov – Metal Working and Material Science” is indexed in the world's largest abstracting bibliographic and scientometric databases Web of Science and Scopus. Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working & Material Science”) has entered into an electronic licensing relationship with EBSCO Publishing, the world's leading aggregator of full text journals, magazines and eBooks. The full text of JOURNAL can be found in the EBSCOhost™ databases.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 25 No. 4 2023 4 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL COUNCIL CHAIRMAN: Nikolai V. Pustovoy, D.Sc. (Engineering), Professor, President, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation MEMBERS: The Federative Republic of Brazil: Alberto Moreira Jorge Junior, Dr.-Ing., Full Professor; Federal University of São Carlos, São Carlos The Federal Republic of Germany: Moniko Greif, Dr.-Ing., Professor, Hochschule RheinMain University of Applied Sciences, Russelsheim Florian Nürnberger, Dr.-Ing., Chief Engineer and Head of the Department “Technology of Materials”, Leibniz Universität Hannover, Garbsen; Thomas Hassel, Dr.-Ing., Head of Underwater Technology Center Hanover, Leibniz Universität Hannover, Garbsen The Spain: Andrey L. Chuvilin, Ph.D. (Physics and Mathematics), Ikerbasque Research Professor, Head of Electron Microscopy Laboratory “CIC nanoGUNE”, San Sebastian The Republic of Belarus: Fyodor I. Panteleenko, D.Sc. (Engineering), Professor, First Vice-Rector, Corresponding Member of National Academy of Sciences of Belarus, Belarusian National Technical University, Minsk The Ukraine: Sergiy V. Kovalevskyy, D.Sc. (Engineering), Professor, Vice Rector for Research and Academic Aff airs, Donbass State Engineering Academy, Kramatorsk The Russian Federation: Vladimir G. Atapin, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Victor P. Balkov, Deputy general director, Research and Development Tooling Institute “VNIIINSTRUMENT”, Moscow; Vladimir A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Vladimir G. Burov, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Aleksandr N. Korotkov, D.Sc. (Engineering), Professor, Kuzbass State Technical University, Kemerovo; Dmitry V. Lobanov, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary; Aleksey V. Makarov, D.Sc. (Engineering), Corresponding Member of RAS, Head of division, Head of laboratory (Laboratory of Mechanical Properties) M.N. Miheev Institute of Metal Physics, Russian Academy of Sciences (Ural Branch), Yekaterinburg; Aleksandr G. Ovcharenko, D.Sc. (Engineering), Professor, Biysk Technological Institute, Biysk; Yuriy N. Saraev, D.Sc. (Engineering), Professor, Institute of Strength Physics and Materials Science, Russian Academy of Sciences (Siberian Branch), Tomsk; Alexander S. Yanyushkin, D.Sc. (Engineering), Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary
Vol. 25 No. 4 2023 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Akintseva A.V., Pereverzev P.P. Modeling the interrelation of the cutting force with the cutting depth and the volumes of the metal being removed by single grains in fl at grinding........................................................................................................................................ 6 Sharma S.S., Joshi A., Rajpoot Y.S. A systematic review of processing techniques for cellular metallic foam production................. 22 Karlina Yu.I., Kononenko R.V., Ivantsivsky V.V., Popov M.A., Deryugin F.F., Byankin V.E. Review of modern requirements for welding of pipe high-strength low-alloy steels.......................................................................................................................................... 36 Startsev E.A., Bakhmatov P.V. The infl uence of automatic arc welding modes on the geometric parameters of the seam of butt joints made of low-carbon steel, made using experimental fl ux......................................................................................................................... 61 Martyushev N.V., Kozlov V.N., Qi M., Baginskiy A.G., Han Z., Bovkun A.S. Milling martensitic steel blanks obtained using additive technologies................................................................................................................................................................................ 74 Loginov Yu.N., Zamaraeva Yu.V. Evaluation of the bars’ multichannel angular pressing scheme and its potential application in practice................................................................................................................................................................................................... 90 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Rajpoot Y.S., SharmaA.K., Mishra V.N., Saxena K., Deepak D., Sharma S.S. Eff ect of tool pin profi le on the tensile characteristics of friction stir welded joints of AA8011.................................................................................................................................................... 105 Chinchanikar S., Gadge M.G. Performance modeling and multi-objective optimization during turning AISI 304 stainless steel using coated and coated-microblasted tools........................................................................................................................................................ 117 Ghule G.S., Sanap S., Chinchanikar S. Ultrasonic vibration-assisted hard turning of AISI 52100 steel: comparative evaluation and modeling using dimensional analysis........................................................................................................................................................ 136 Pivkin P.M., Ershov A.A., Mironov N.E., Nadykto A.B. Infl uence of the shape of the toroidal fl ank surface on the cutting wedge angles and mechanical stresses along the drill cutting edge...................................................................................................................... 151 MATERIAL SCIENCE Sokolov R.A., Muratov K.R., Venediktov A.N., Mamadaliev R.A. Infl uence of internal stresses on the intensity of corrosion processes in structural steel....................................................................................................................................................................... 167 Klimenov V.A., Kolubaev E.A., Han Z., Chumaevskii A.V., Dvilis E.S., Strelkova I.L., Drobyaz E.A., Yaremenko O.B., Kuranov A.E. Elastic modulus and hardness of Ti alloy obtained by wire-feed electron-beam additive manufacturing................... 180 Vorontsov A.V., Filippov A.V., Shamarin N.N., Moskvichev E.N., Novitskaya O.S., Knyazhev E.O., Denisova Yu.A., Leonov A.A., Denisov V.V. In situ crystal lattice analysis of nitride single-component and multilayer ZrN/CrN coatings in the process of thermal cycling.......................................................................................................................................................................................... 202 Rubtsov V.E., Panfi lov A.O., Kniazhev E.O., Nikolaeva A.V., Cheremnov A.M., Gusarova A.V., Beloborodov V.A., Chumaevskii A.V., Grinenko A.V., Kolubaev E.A. Infl uence of high-energy impact during plasma cutting on the structure and properties of surface layers of aluminum and titanium alloys................................................................................................................... 216 Bobylyov E.E., Storojenko I.D., Matorin A.A., Marchenko V.D. Features of the formation of Ni-Cr coatings obtained by diff usion alloying from low-melting liquid metal solutions..................................................................................................................................... 232 Burkov А.А., Konevtsov L.А., Dvornik М.И., Nikolenko S.V., Kulik M.A. Formation and investigation of the properties of FeWCrMoBC metallic glass coatings on carbon steel.......................................................................................................................... 244 Sharma S.S., Khatri R., Joshi A. A synergistic approach to the development of lightweight aluminium-based porous metallic foam using stir casting method........................................................................................................................................................................... 255 Strokach E.A., Kozhevnikov G.D., Pozhidaev A.A., Dobrovolsky S.V. Numerical study of titanium alloy high-velocity solid particle erosion.......................................................................................................................................................................................... 268 EDITORIALMATERIALS 284 FOUNDERS MATERIALS 295 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 4 2023 61 ТЕХНОЛОГИЯ Влияние режимов дуговой автоматической сварки на геометрические параметры шва стыковых соединений из низкоуглеродистой стали, выполненных с применением экспериментального флюса Егор Старцев a, *, Павел Бахматов b Комсомольский-на-Амуре государственный университет, пр. Ленина, 27, г. Комсомольск-на-Амуре, 681013, Россия a https://orcid.org/0000-0002-5811-7071, egorstarts@inbox.ru; b https://orcid.org/0000-0002-4271-0428, mim@knastu.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2023 Том 25 № 4 с. 61–73 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.4-61-73 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.791.753.5 История статьи: Поступила: 15 сентября 2023 Рецензирование: 20 сентября 2023 Принята к печати: 27 сентября 2023 Доступно онлайн: 15 декабря 2023 Ключевые слова: Сварка под флюсом Режимы сварки Геометрические параметры шва Качество сварного соединения Финансирование Исследование выполнено при финансовой поддержке из средств ФГБОУ ВО «КнАГУ» по проекту НИР № ВН001/2020 «Разработка алгоритма и исследование процесса программируемого управления формированием сварочного/наплавочного валика (в том числе и в применении аддитивных технологий) на установке автоматической сварки» (2020–2023 гг). Благодарности Исследования частично выполнены на оборудовании ЦКП «Структура, механические и физические свойства материалов» (соглашение с Минобрнауки № 13.ЦКП.21.0034). АННОТАЦИЯ Введение. Металлургической промышленностью на территории РФ накоплен значительный объем шлаков, получаемых при выплавке сталей и чугунов. Наличие шлакоотвалов пагубно влияет на экологию регионов, имеющих металлургические предприятия. При восстановлении железа из шлаков побочным продуктом становится агломерат оксидов, который можно рассматривать как флюсовую композицию для дуговой сварки/наплавки под слоем флюса, наполнителей порошковых проволок и покрытий сварочных штучных электродов. Цель работы: установить возможность дуговой сварки при использовании полученного авторами флюса и определить оптимальные режимы сварки с условием достижения геометрических параметров шва по ГОСТ 8713–79 и качества сварного соединения (отсутствие внутренних дефектов). В работе исследованы стыковые сварные соединения листовой стали ВСт3сп толщиной 5 мм, полученные автоматической сваркой под слоем флюса на постоянном токе с принудительным формированием корневого валика на керамических подкладках с применением флюса из переработанного металлургического шлака электросталеплавильного предприятия. Автоматическую сварку плоских образцов осуществляли на автомате тракторного типа АДФ-1250 с проволокой диаметром 3 мм при постоянной скорости сварки 54 см/мин с варьированием силы тока и напряжения на дуге в пределах 400–600 А и 27–37 В. Методы исследования. Оценка качества сварных соединений визуально-измерительным и рентгенографическим контролем, определение деформации образцов путем их лазерного сканирования и компьютерной обработки 3D-моделей. Статистическое моделирование в виде двухфакторного эксперимента с получением адекватных уравнений регрессии влияния режимов сварки на геометрические параметры шва: высоту усиления и ширину шва с лицевой и обратной стороны соединения. Результаты и обсуждение. Показана возможность получения сварочных флюсов из металлургических шлаков электросталеплавильного предприятия и их применения для создания сварных соединений. Установлены оптимальные режимы дуговой сварки тонкостенных листовых деталей из низкоуглеродистой стали с принудительным формированием корневого валика на керамических подкладках, обеспечивающие отсутствие внутренних дефектов в виде пор, трещин и непроваров, минимум остаточных деформаций и соответствие размеров сварного шва требованиям существующего стандарта. Номинальные значения геометрических параметров шва по ГОСТ 8713–79-С4 соответствуют следующим режимам сварки: скорость сварки 54 см/мин, сила сварочного тока 550 А, напряжение на дуге 30 В. Результаты работы могут быть применены на металлургических электросталеплавильных предприятиях, производящих низкоуглеродистую сталь при отработке технологий применения сварочных материалов из шлаков. Для цитирования: Старцев Е.А., Бахматов П.В. Влияние режимов дуговой автоматической сварки на геометрические параметры шва стыковых соединений из низкоуглеродистой стали, выполненных с применением экспериментального флюса // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2023. – Т. 25, № 4. – С. 61–73. – DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.4-61-73. ______ *Адрес для переписки Старцев Егор Андреевич, старший преподаватель Комсомольский-на-Амуре государственный университет, пр. Ленина, 27, 681013, г. Комсомольск-на-Амуре, Россия Тел.: +7 (914) 188-05-45, e-mail: egorstarts@inbox.ru Введение Металлургической промышленностью на территории РФ накоплен значительный объем шлаков, получаемых при выплавке сталей и чугунов. Наличие шлакоотвалов пагубно влияет на экологию регионов, имеющих металлургиче-
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 4 2023 62 ТЕХНОЛОГИЯ ские предприятия [1]. Переработка накопленных и повышение эффективности утилизации вновь создаваемых шлаков – одна из приоритетных задач развития страны [2]. Электросталеплавильные шлаки пригодны для использования в цементной промышленности [3–10]. Зарубежные страны с развитой металлургической промышленностью перерабатывают все доменные шлаки и значительную часть сталеплавильных шлаков [11, 12]. Дефицит металлического лома на электросталеплавильных предприятиях приводит к поиску возможных вариантов его замены, таких как использование железорудных окатышей, переработка отходов производства (металлургических шлаков, содержащих до 60 % оксида железа) и др. [13]. При восстановлении железа из шлаков побочным продуктом становится агломерат оксидов, который можно рассматривать как флюсовую композицию для дуговой сварки/наплавки под слоем флюса, наполнителей порошковых проволок и покрытий сварочных штучных электродов [14]. Состав новой флюсовой композиции во многом определяется шлаковой системой, используемой электросталеплавильным предприятием для производства стали конкретной марки [15–17]. В работе [18] показано влияние состава флюса на основе переработки техногенных отходов металлургического предприятия и вводимых в него добавок на структурно-фазовые состояния и поверхность разрушения электродуговой наплавки и сварных швов. Авторами работы [19] получена флюсовая композиция после электрошлакового переплава металлургического шлака завода «Амурсталь», дробления и связывания компонентов жидким стеклом. Учитывая сложность состава полученного флюса и неопределенность его теплофизических свойств, целью работы ставилось определение оптимальных энергетических параметров процесса дуговой сварки, обеспечивающих стандартизованные размеры сварного соединения. Задачей проведения исследований являлось определение влияния параметров режима автоматической дуговой сварки под слоем экспериментального флюса на качество сварных соединений: наличие внутренних и наружных дефектов, геометрические размеры шва и установление характера воздействия полученного флюса на изменение напряженно-деформационного состояния в объеме сваренных образцов с применением стандартных и экспериментальных флюсов. Методика исследований Исследования проводили на восьми плоских сварных образцах из низкоуглеродистой конструкционной стали ВСт3сп размером 195×440×5 мм (рис. 1, а), имеющих тип сварного соединения С4 по ГОСТ 8713–79 – стыковое одностороннее однопроходное соединение без разделки кромок на плоских керамических подкладках, приклеиваемых к обратной стороне стыка через металлизированный скотч (рис. 1, б). Заготовки собирались без зазора; чтобы не допустить смещения кромок, приваривались технологические планки (100×40×5 мм, ВСт3сп) с проставлением двух коротких прихваток (10–15 мм). а б Рис. 1. Собранный под сварку образец с приклеенной керамической подкладкой: а – общий вид собранного образца; б – профиль образца и керамической подкладки Fig. 1. A specimen assembled for welding with a glued ceramic lining: a – general view of the assembled specimen; б – profi le of the specimen and the ceramic lining
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 25 No. 4 2023 63 TECHNOLOGY Т а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Режимы автоматической сварки под слоем флюса Automatic submerged arc welding modes Образец / Specimen Сила сварочного тока, А / Welding arc current, A Напряжение на дуге, В / Arc voltage, B Скорость сварки, см/мин / Welding speed, cm/min 1 600 37 54 2 600 37 3 500 37 4 400 37 5 450 37 6 450 27 7 500 27 8 500 27 Сварка образцов выполнялась проволокой Св-08А по ГОСТ 2246–70 диаметром 3 мм. В качестве защиты при автоматической сварке использовался разработанный и запатентованный сварочный флюс [20] грануляцией 1,0–4,0 мм. Сварка производилась на автомате АДФ-1250 с источником питания ВДУ-1250 на режимах, указанных в табл. 1. Образец 8 для проведения сравнительного анализа выполнен с применением стандартного сварочного флюса АН-42. Следует отметить, что при сварке образца № 1 выявлено интенсивное порообразование, вызванное газообразованием по реакции окисления при плавлении флюса и повышением давления в пространстве между поверхностями керамической подкладки и образца. Для предотвращения негативного влияния этого фактора в остальных образцах в фольгированном скотче были сделаны отверстия длиной 10 мм с шагом 15 мм вдоль линии перехода от керамической подкладки к поверхности детали. Поэтому в табл. 1 образцы № 1 и 2 имеют одинаковые режимы. Визуально-измерительный контроль сварных соединений проводили по СТО 9701105632003–2021 с применением увеличительной лупы ЛИ-10, штангенциркуля и универсального шаблона сварщика УШС-3. Рентгенографический контроль сварных соединений осуществлялся по ГОСТ ISO 176361–2017 с применением источника ионизированного излучения – рентгеновского аппарата «ПИОН-2М» и рентгеновской пленки Aqfa D4, фокусное расстояние – 350 мм, время экспозиции – 10 с. Схема просвечивания 1. Определение степени деформирования сварных образцов проводили по их цифровым двойникам, получаемым путем лазерного сканирования MCAx, и обработкой 3D-моделей в программе Focus 10 Inspection. Статистическое моделирование проводили с использованием пакета анализа в программе Microsoft Excel. При этом устанавливались зависимости между входными (X1 – сила сварочного тока; X2 – напряжение на дуге) и выходными (высота усиления и ширина шва) параметрами. Основной уровень варьируемых параметров определен экспериментально, исходя из стабильности дугового процесса при полноразмерном формировании сварного шва. Результаты и их обсуждение При сварке образцов на экспериментальном флюсе отмечается мягкое, беззвучное горение дуги, отсутствие дымообразования и легкое послесварочное отделение шлаковой корки. Внешний вид полученных сварных образцов представлен на рис. 2. При проведении визуально-измерительного контроля получены следующие результаты: с лицевой стороны все образцы имеют полноценно сформированную поверхность сварного шва, не имеющую поверхностных дефектов. С обратной стороны в образце № 1 наблюдаются несплошности шириной 1,5–2,0 мм, глубиной 1,0–1,5 мм и средней протяженностью
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 4 2023 64 ТЕХНОЛОГИЯ Образец / Specimen Лицевая сторона / Obverse Side Обратная сторона / Reverse Side Форма кратера / Crater Shape 1 2 3 4 5 6 7 8 Рис. 2. Внешний вид полученных сварных образцов Fig. 2. Appearance of the resulting welded specimens 10 мм, располагающиеся преимущественно в начале и центральной части шва. Металл корня шва формировался на поверхности керамической подкладки с активным взаимодействием его материала, поэтому поверхность валика не повторяет гладкую форму подкладки. Корневой валик образца № 2 также имеет несплошности в начале шва глубиной 0,2–0,5 мм, шириной 1,5–2,0 мм, средней протяженностью 5 мм. Образец № 3 не имеет поверхностных дефектов корневого валика, характерных для образцов № 1 и 2, но формирование его поверхности про-
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 25 No. 4 2023 65 TECHNOLOGY исходило идентично им. Примененные режимы сварки образца № 4 оказались недостаточными для принудительного получения нужной конфигурации геометрических параметров корневого валика в начале шва. В центральной части шва проплав стабилизировался, но корневой валик формировался на весу, без достижения поверхности керамической подкладки. Поверхность образца № 5 сходна с образцом № 3. Образцы № 6–8 имеют в корневом валике четкие отпечатки сегментов керамической подкладки с гладкой поверхностью и полностью сформированы по размерам, соответствующим профилю формирующего элемента подкладки. Таким образом, при соединении листовых заготовок из низкоуглеродистой стали толщиной 5 мм с использованием экспериментального флюса получены следующие результаты: режим сварки 400 А, 37 В недостаточен для формирования корневого валика; режимы 600–500 А, 37 В энергетически избыточны, приводят к расплавлению материала подкладки и активному взаимодействию с расплавом сварочной ванны, газообразованию и появлению дефектов в виде несплошностей. Наиболее рациональные режимы сварки: 450–500 А, 27 В. Практически во всех сварных образцах, полученных с применением экспериментального флюса, вне зависимости от режима сварки наблюдается вытянутое очертание кратера со средней длиной 100–110 мм и глубиной 1–1,5 мм, практически вдвое превышающей длину кратера шва, полученного с использованием стандартного флюса – 6 мм (образец № 8). Это можно объяснить повышенной теплоемкостью экспериментального флюса. Вогнутость кратера свидетельствует о большей плотности экспериментального флюса, препятствующей сбросу давления перегретых газов и паров металла в подфлюсовом пространстве над сварочной ванной при прекращении действия дуги. В табл. 2 приведены результаты измерения геометрических параметров сварных швов образцов в соответствии с ГОСТ 8713–79-С4 для толщины свариваемых элементов 5 мм. Т а б л и ц а 2 Ta b l e 2 Результаты визуально-измерительного контроля Results of visual and dimensional inspection ГОСТ 8713–79-С4 (для толщины деталей 5 мм) / GOST 8713–79-C 4 (for parts with a thickness of 5 mm) Ширина шва е, мм / Seam width e, mm ≤ 23 Ширина корня шва e1, мм / Width of the seam root e1, mm 12 ± 4 Высота шва g, мм / Seam height g, mm 1,5 ± 1,0 Высота корня шва g1, мм / The height of the seam root g1, mm 1,5 ± 1,0 Образец № 1 (600 А, 37 В) / Specimen No.1 (600 A, 37 V) Место замера / Place of measurement Начало / Beginning Середина / Middle Конец / End Ширина шва е, мм 17,5 15,9 18,6 Ширина корня шва e1, мм 18,3 16,3 17,5 Высота шва g, мм 2 1 3 Высота корня шва g1, мм 1 1 1 Образец № 2 (600 А, 37 В) / Specimen No.2 (600 A, 37 V) Место замера Начало Середина Конец Ширина шва е, мм 17 18 17 Ширина корня шва e1, мм 14,2 13,5 13,8 Высота шва g, мм 1,5 0 0,5 Высота корня шва g1, мм 3 4 4
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1