ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Энергетическое воздействие, оказываемое в процессе сварки на соединяемые детали из аустенитной стали (12Х18Н10Т), способствует протеканию неблагоприятных процессов в зоне термического влияния (ЗТВ) сварного соединения, а именно изменению структурно-фазового состава, выгоранию легирующих элементов, снижению прочностных характеристик, что является предпосылкой образования очагов коррозионного разрушения в процессе эксплуатации и снижению механических характеристик в сварной конструкции. Все известные способы повышения коррозионной стойкости сварных соединений воздействуют только на наплавленный металл, а на состояние зоны термического влияния кардинально не действуют и ее коррозионную стойкость не меняют. Поэтому актуальной задачей является снижение выгорания легирующих элементов. Этого можно достичь, изменив динамические свойства источника питания в результате использования инверторного выпрямителя. Цель работы: измерить размеры ЗТВ и концентрацию легирующих элементов в различных зонах соединения при сварке с инверторным и диодным источниками питания. В работе исследованы сварные соединения стали 12Х18Н10Т, полученные с применением  источников питания, реализующих разные формы преобразования энергии: ВДУ-506 (традиционная) и ARC 200i (высокочастотная) с применением покрытых электродов марки ОК-61.30. Методами исследования являются спектральный анализ химического состава и металлографические исследования металла шва. Результаты и обсуждение. Выявлено, что динамические свойства источников  питания, реализующих различные способы преобразования энергии, оказывают влияние на химический и структурно-фазовый состав наплавленного металла. Установлено, что использование инверторного выпрямителя в сравнении с диодным способствует увеличению содержания в наплавленном металле Mn на 14 % и Cr на 3 %, уменьшению размеров зерна в наплавленном металле на 40 % и зоне термического влияния на 44 %, сокращению протяженности ЗТВ сварного соединения на 32 %.

1. Arc characteristics and metal transfer process of hybrid laser double GMA welding / H.L. Wei, H. Li, L.J. Yang, Y. Gao, X.P. Ding // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2015. – Iss. 77 (5–8). – P. 1019–1028. – doi: 10.1007/s00170-014-6537-5.

2. Secondary austenite precipitation during the welding of duplex stainless steels / S. de Alencar Pires, M.F. de Campos, C.J. Marcelo, C.R. Xavier // Materials Science Forum. – 2016. – N 869. – P. 562–566.

3. Kuskov V.N., Mamadaliev R.A., Obukhov A.G. The transition of the alloying elements in the weld metal when welding steel 12X18H10T // Fundamental Research. – 2013. – N 11. – P. 1794–1797.

4. Physical nature of the processes in forming structures, phase and chemical compositions of medium-carbon steel welds / D.P. Il’yaschenko, D.A. Chinakhov, V.I. Danilov, G.V. Schlyakhova, Yu.M. Gotovshchik // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2015. – N 91 (1). – P. 45–51.

5. Influence of filler wire composition on weld microstructures of a 444 ferritic stainless steel grade / V. Villaret, F. Deschaux-Beaume, C. Bordreuil, S. Rouquette, C. Chovet // Journal of Materials Processing Technology. – 2013. – Vol. 213, iss. 9. – P. 1538–1547. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2013.03.026.

6. Пановко В.М. О коэффициентах перехода и расчете химического состава металла при наплавке // Сварочное производство. – 1970. – № 8. – С. 33–35.

7. Petronius I., Bamberger M. The influence of basic vs. rutile electrode on the composition of duplex stainless steel weldments // Materials Research and Advanced Techniques. – 2002. – Vol. 93, iss. 2. – P. 155–159. – doi: 10.3139/146.020155.

8. Silva E.C. da, Garutti A.C. Engineering optimization experiments applied to welded joints // SAE Technical Papers. – 1997. – N 5. – P. 27–35.

9. Мазель А.Г. Об оценке переноса металла в дуге при ручной сварке по осциллограммам тока и напряжения дуги // Сварочное производство. – 1957. – № 12. – C. 9–12.

10. Experimental and numerical investigation of an electromagnetic weld pool control for laser beam welding / M. Bachmann, V. Avilov, A. Gumenyuk, M. Rethmeier // Physics Procedia. – 2014. – Vol. 56. – P. 515–524. – doi: 10.1016/j.phpro.2014.08.006.

11. Вотинова Е.Б., Шалимов М.П. Взаимосвязь усредненного и парциальных коэффициентов перехода элементов при ручной дуговой сварке // Вестник ЮУрГУ. Серия: Металлургия. – 2015. – Т. 15, № 1. – C. 88–90.

12. Votinova E.B., Shalimov M.P. Application of the complete material balance method to estimate the composition of weld metal in manual arc welding // Solid State Phenomena. – 2017. – Vol. 265. – P. 762–766. – doi: 10.4028/www.scientific.net/SSP.265.762.

13. Shalimov M.P., Votinova E.B. Optimization of welding electrode coating composition based on simulation of interaction processes in metal-slag-gas system // Materials Science Forum. – 2016. – Vol. 870. – P. 593–597. – doi: 10.4028/www.scientific.net/MSF.870.593.

14. Ueyama T. Welding power sources // Journal of the Japan Welding Society. – 2008. – Vol. 77, iss. 2. – P. 129–134. – doi: 10.2207/jjws.77.129.

15. Yamaguchi T., Taira T., Hirabayashi K. Improvement of toughness of submerged arc weld metal of controlled rolled steel plates (Report 1) // Journal of the Japan Welding Society. – 1977. – Vol. 46, iss. 9. – P. 656–659. – doi: 10.2207/qjjws1943.46.9_656.

16. Sorokin L.I., Sidlin Z.A. Evaluation of the effect of alloying elements on pore formation when welding nickel-chromium alloys // Welding International. – 1998. – Vol. 12, iss. 3. – P. 229–232.

17. Finite element analysis of temperature field in multi-pass welding of thick steel plate / G. Xu, B. Du, Z. Dong, J. Zhu // Transactions of the China Welding Institution. – 2013. – Vol. 34, iss. 5. – P. 87–90.

18. Mita T. Participation in the welding power sources // Journal of the Japan Welding Society. – 2014. – Vol. 83, iss. 2. – P. 85–87.

19. Alloying elements transition into the weld metal when using an inventor power source / R.A. Mamadaliev, V.N. Kuskov, A.A. Popova, D.V. Valuev // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2016. – N 127. – P. 15–24.

20. Modelling of friction stir welding of 304 stainless steel / A. Smith, M. Al-Moussawi, A. Young, S. Cater, M. Faraji // Proceedings of the European Simulation and Modelling Conference ESM’2016. – Las Palmas, Spain, 2016. – P. 351–355.