Obrabotka Metallov 2012 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (56) 2012 117 ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ФЦП первичную перспективную оценку пригодности и до- ступности в производстве сварочных материалов [3]. Объектом исследования служат горные породы Урала, а именно габбро-диабаз Ломовского месторож- дения Пермского края и горнблендит, образующиеся при добыче строительных материалов из месторожде- нийУрала. Кроме того, для сопоставительного анализа коэффициентов термического расширения переплав- ленные в процессе сварки горные породы в сварочные шлаки сравниваются с аналогичным по шлаковой си- стеме сварочным флюсом АН-348А (табл. 1). При исследовании физико-химических процес- сов, происходящих в сварочных шлаках на примере образца габбро-диабаза в температурном диапазоне 100...1300 °С, применена дифференциальная скани- рующая калориметрия на следующем оборудовании: NETZSCHSTA409 PC/PGLuxx для нагрева на низких скоростях. Первоначально было исследовано поведе- ние образца габбро-диабаза при медленном нагреве. Температурный диапазон испытания 20...1300 °С при нагреве и 1300...600 °С при охлаждении (рис. 1). Пики при температуре 557 и 604 °С фиксируют процессы поглощения тепла, которые сопровожда- ются разрушением кристаллической решетки слои- стого силиката (Fe 2+ ,Mg,Al,Fe 3+ ) 6 (Si,Al) 4 ∙ 10 (OH,O) 8 . При температуре 816 °С было зафиксировано изме- нение ДСК с экзотермическим эффектом с широким интервалом. Одновременно с этим эффектом было зафиксировано изменение массы на 0,68 %, что по- зволяет объяснить данный процесс, как термическое разложение и удаление связанных летучих элемен- тов из материала. При температуре 1112 °C зафик- сировано разрушение цепочного силиката Al(Si 2 O 6 ). Пики при температуре 1186 и 1224 °С фиксируют момент разрушения кристаллических минеральных соединений Ca 3 Al 2 [SiO 4 ] 3 и Mg 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 . Данная последовательность описывает поэтапные процес- сы разрушения химических связей в структурных составляющих, сопровождающееся их разложением на более простые минеральные соединения и выде- лением энергии, определен минимальный уровень температуры плавления сырья, равный 1150 °С. Отсутствие каких-либо пиков на диаграмме охлаждения свидетельствует о том, что все неста- бильные соединения разлагаются под воздействием температуры или переходят в более стабильное со- стояние при плавлении, структура материала упоря- дочивается и упрощается, что характерно для обра- зования пироксеновой структуры [4]. В заключение по проведенному термическому ана- лизу можно сказать, что на сварочно-технологические свойства сварочных материалов влияют такие теплофи- зические свойства, как температура плавления флюса (1350...1400 °C), температура стеклования (на термо- грамме охлаждения в диапазоне 1160,6...1170,2 °С), протекание при нагреве экзо- и эндотермических ре- акций, соответствующих разрушению тех или иных минеральных составляющих. Эти теплофизические характеристики в основном влияют на формирование сварного шва и на стабильность горения дуги. Чем меньше пики на диаграмме, тем стабильнее процесс сварки и, как следствие, благоприятнее форма шва, тем лучше отделяемость шлаковой корки. Учитывая влия- ния доли летучих компонентов при термическом раз- ложении сварочных материалов, было выявлено, что в результате нагрева суммарная потеря веса образца со- ставила 3,05 %, из которых на долю летучих пришлось 0,98 % от общей массы образца. Низкое выделение ле- тучих компонентов положительно сказывается на ста- бильности горения и эластичности дуги. Однако недостаточно определить теплофизиче- ские свойства стеклования и газовую составляющую при плавлении сварочных шлаков с помощью тер- мического анализа для полноценного прогнозирова- Т а б л и ц а 1 Химический оксидный состав образцов из габбро-диабаза Ломовского месторождения, горнблендита по ГОСТ 2642.0-86 – 2642.15-97 и сварочного флюса АН-348А по ГОСТ 9087-81 Материал Содержание компонентов, % SiO 2 TiO 2 Al 2 O 3 FeO + Fe 2 O 3 MnO MgO CaO K 2 O + Na 2 O Cr 2 O 3 CaF 2 S общ п.п.п. Габбро-диабаз 48,6 4,4 12,4 8,6 0,2 3,7 8,3 3,5 – – < 0,03 – Горнблендит 47,3 2,3 12,5 14,3 – 8,3 9,5 2,1 0,5 – – 3,2 АН-348А 40–44 – ≤ 6,0 0,5–2,0 31–38 ≤ 7,0 ≤ 12,0 – – 3–6 0,12 – Рис. 1. Термограмма нагрева и охлаждения при скорости нагрева 30 °С/мин