Компьютерное моделирование тепловых процессов при механизированной подводной сварке мокрым способом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Киав Мин Сое

• Киав Мин Сое
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Киав Мин Сое

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 .ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ МЕТАЛЛУРГИИ И ТЕХНОЛОГИИ МОКРОЙ ПОДВОДНОЙ СВАРКИ

1.1 Способы подводной сварки

1.2 Электрическая дуга под водой

1.3 Особенности плавления электродного металла

1.4 Металлургические особенности подводной сварки

1.5 Водород в сварном соединении

1.6 Плавление основного металла при подводной сварке

1.7 . Вывод к первой главе

ГЛАВА 2. ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА МОКРОЙ

ПОДВОДНОЙ СВАРКИ

2.1 Тепловые процессы при сварке

2.2 Основы теории теплопроводности

2.2.1 Основные понятия

2.2.2 Закон теплопроводности Фурье

2.2.3 Описание сварочных источников тепла

2.3 Разработка физических моделей для расчёта тепловых полей при мокрой подводной сварке

2.4 Вывод к второй главе

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕРМИЧЕСКИХ ЦИКЛОВ ПРИ МОКРОЙ ПОДВОДНОЙ СВАРКЕ

3.1. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1.1 Основной металл

3.1.2. Сварочное оборудование

3.1.3.Электронный регистратор

3.1.4.Термопар ы

3.1.5. Экспериментальное определение термических циклов сварки (технологические варианты)

3.1.6. Основной металл

3.1.8. Расчетное определение термических циклов

3.1.9. Описание лабораторной установки

3.2 Экспериментальное определение термических циклов при мокрой подводной сварке

3.3. Вывод к третей главе

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМА ПОДВОДНОЙСВАРКИ НА ГАЗООБРАЗОВАНИЕ

4.1 Экспериментальная установка для исследования процессов газообразования при сварке . 65 4.1.1 Экспериментальная установка для сварки

4.2 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЯ

4.3Вывод к четвёртой главе

ГЛАВА 5. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРОЦЕССОВ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПРИ СВАРКЕ ПОД ВОДОЙ

5.1 Механические свойства

5.2 Материалы и эксперимент

5.2.1 Результаты исследования

5.3 Сталь 15ХСНД - расшифровка, химический состав, преимущества, сравнительные характеристики

Вывод к пятой главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Компьютерное моделирование тепловых процессов при механизированной подводной сварке мокрым способом»

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время происходит интенсивное освоение океанского шельфа как у нас в стране, так и за рубежом. При изготовлении и эксплуатации технических средств добычи минеральных ресурсов неизбежно возникает потребность в ремонтных работах для устранения неисправностей и повреждений стальных конструкций, эксплуатирующихся под водой, число которых возрастает так же стремительно, как и процесс освоения океана.

Наиболее распространенным методом ремонта металлических конструкций под водой является сварка, которая производится либо после вытеснения воды из зоны ремонта (сухой способ), либо непосредственно в воде (мокрый способ). Целесообразность применения сухого или мокрого способа сварки оценивается, в основном, затратами на ремонт и степенью ответственности конкретного узла или элемента.

Стремление к облегчению металлических конструкций, уменьшению их стоимости и повышению надежности привело к разработке и использованию низколегированных сталей повышенной прочности, что осложнило выполнение сварочных работ, особенно под водой. Поэтому разработка новых методов прогнозирования служебных свойств сварных соединений является своевременной и актуальной.

Сварка является революционным технологическим процессом, коренным образом, изменившим подходы к созданию различных деталей, конструкций и сооружений. Трудно указать отрасль современного производства, в которой не применяется сварка для получения неразъемных соединений. Непрерывно растущие требования к качеству сварных соединений и условиям их получения обусловливают проведение широких исследований в разных странах мира по различным аспектам сварочных технологий. Развитие компьютерной техники создает хорошие перспективы для применения достаточно сложных моделей,

отражающих многофакторность и взаимосвязь явлений, протекающих при сварке, особенно подводной, что весьма важно для углубления познаний в этой области. Кроме того, компьютеризация математического моделирования делает его доступным для широкого круга пользователей, связанных не только с исследованием, но и с разработкой и оптимизацией инженерных решений.

Основная задача связана с созданием эффективного инструмента для разработки и оптимизации инженерных решений, его отличительной особенностью является, как правило, необходимость комплексного учета взаимодействия различных физических явлений, существенно отличающихся по природе друг от друга.

В связи с выше изложенным, целью диссертационной работы являлась разработка методики прогнозирования служебных свойств сварных соединений с помощью математического моделирования теплофизических процессов при подводной сварке мокрым способом.

Задачи диссертационной работы:в диссертационном исследовании рассматриваются возможности программного обеспечения, предназначенного для моделирования теплофизических процессов при подводной сварке мокрым способом, и поиска оптимальных режимов тепловложения, обеспечивающих снижение склонности к образованию закалочных структур.

В исследовании представлена новая модель, которая позволяет точнее определять тепловые потоки, учитывая теплоотдачу. Данные исследования, включающие в себя выполнение лабораторных исследований, выполнение аналитического расчета по формулам и математическое моделирование, позволят оценить тепловую обстановку в зоне горения дуги. В ходе работы уточнены коэффициенты теплоотдачи как с верхней поверхности пластины, так и с нижней. Развитие программных средств позволяет по-новому организовать сварочное производство. Использование современных компьютерных технологий для

комплексной автоматизации всех аспектов сварки, включая моделирование протекающих в металле процессов, позволяет быстро находить оптимальные технологические решения при значительном снижении ресурсоемкости. Решение не только прикладных, но и аналитических инженерных задач является, в частности, основой создания надежных сварных соединений.

Новизна и практическая значимость

Научная новизна работы заключается в следующем:

- Разработана методика определения коэффициентов теплоотдачи при мокрой подводной сварке в разных пространственных положениях;

- Лабораторная установка для подводной сварки в разных пространственных положениях;

- Методика изучения газообразования при сварке

- Предложен простой способ оценки склонности к образованию холодных трещин при мокрой подводной сварке стальных конструкций.

Апробация результатов.

Результаты диссертации апробированы на семинаре секции 26 "Технология и производство сварки" Российского научно-технического общества судостроителей имени академика А.Н.Крылова.

На защиту выносятся:

• Алгоритм и программа расчета температурных полей в пластине с учетом интенсивного теплоотвода при мокрой подводной сварке.

• Результаты лабораторных исследований термических циклов при подводной сварке в разных пространственных положениях.

• Методика оценки служебных характеристик сварных соединений, выполненных мокрой сваркой в разных пространственных положениях.

ГЛАВА 1 .ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ МЕТАЛЛУРГИИ И ТЕХНОЛОГИИ

МОКРОЙ ПОДВОДНОЙ СВАРКИ

1.1 Способы подводной сварки

Из многообразных видов сварки в подводных условиях в последнее время в мире все чаще используется ручная электродуговая сварка электродами. Есть сведения об использовании методов сварки, ручной аргонодуговой сварки плавящимся и неплавящимся электродом, полуавтоматической сварки, лазерной, электронно-лучевой, контактной, сварки под флюсом, сварки взрывом и сварки трением [34].

Различают два основных способа подводной сварки - "сухой" и "мокрой". Сухая сварка производится в осушаемой полости в какой-либо глубоководной камере. Размер таких камер колеблется от очень малого до неожиданно большого, позволяющего нескольким сварщиками работать посменно и отдыхать в специальных отсеках камеры [6].

При мокрой сварке и сварщик, и свариваемое изделие находятся непосредственно в воде. Сварочная дуга зажигается и горит в воде.

Мокрая сварка имеет множество практических преимуществ. Ремонтные работы можно проводить быстрее и с меньшими затратами. Увеличивается свобода движений сварщика, появляется возможность доступа к тем узлам конструкции, где использование громоздких осушаемых камер и колоколов затруднено, либо просто невозможно. Опыты показал, что способ мокрой сварки можно эффективно использовать до глубины 60 метров [30].

Недостатком мокрой сварки является резкое охлаждение металла шва и зоны термического влияния водой, что приводит к снижению пластичности и

ударной вязкости металла, этих зон сварного соединения, увеличивает его пористость и твердость, повышает склонность к образованию трещин.

Поэтому некоторые зарубежные фирмы предпочитают использовать способы сухой сварки при повышенном давлении, так называемые гипербарические способы, которые позволяют применять легкие боксы и камеры. Таким образом производится большинство сварочных работ при ремонте и монтаже подводных трубопроводов [3,25,28,35].

Гипербарические методы сухой подводной сварки также требуют применения сложного комплекса оборудования, поэтому некоторые фирмы разрабатывают систему оборудования, обеспечивающую сухую сварку при нормальном давлении [28,35] на глубинах до 60 метров.

Японские исследователи разработали способ сварки, при котором местное осушение зоны сварки производится посредствам водяной завесы. Водяные струи, расходящиеся в разные стороны, создают разрежение в зоне сварки, куда подается защитный газ (27,32) К сожалению, таким способом можно выполнить только автоматическую сварку в связи с трудностью визуального контроля за процессом. По данным работы [24] удалось получить бездефектное равнопрочное соединение этим способом на высокопрочных сталях [23].

Авторы предлагают удерживать парогазовый пузырь в зоне горения дуги с помощью мягкой проволочной щетки, что в некоторой степени позволяет улучшить свойства сварного соединения, но затрудняет визуальный контроль за выполнением шва [23].

Подводная сварка в СССР шла по пути развития мокрого способа. Первые опыты по подводной сварке металлическими электродами были успешно осуществлены академиком К.К. Хреновым и его сотрудниками в 1932 году. В

годы второй мировой войны подводная сварка широко применялись при аварийно-спасательных работах.

Для устранения субъективного фактора при выполнении подводной сварки предпринята попытка автоматизации процесса. Разработка способов сварки лежачим электродом и гравитационной сварки позволила существенно повысить производительность труда, качество швов и снизить влияние уровня подготовки сварщика.

Однако эти способы имеют ограниченное применение в связи с тем, что могут использоваться только для сварки прямолинейных участков шва, в нижнем положении.

Была предпринята попытка улучшить механические свойства металла шва, используя трубчатый электрод с подачей аргона в зону сварки.

Однако разброс значения механических свойств оказался недопустимо большим, в связи с влиянием квалификации водолаза-сварщика на качество швов.

Использование метода полуавтоматической сварки совместно с порошковой проволокой позволило существенно повысить механические свойства металла шва [17,18,21,22].

1.2 Электрическая дуга под водой

Процесс горения электрической дуги под водой покрытыми электродами достаточно изучен Н.М.Мадатовым с помощью скоростной кино- и рентгеносъемки [10,11,12]. На основании его исследований были установлены условия существования дугового разряда под водой.

При соприкосновении электрода с изделием в контакте происходит большое выделение тепла, оплавляются поверхностные слои металла и образуется первоначальный газовый пузырь. В морской воде, вследствие её электропроводности, парогазовый пузырь образуется до соприкосновения электрода и изделия.

При отрыве электрода от изделия зажигается дуга, условия для горения которой были подготовлены. По мере горения дуги, парогазовый пузырь, имеющий форму, близкую к полусфере, увеличивает свой объем до критического. Под действием выталкивающей силы парогазовый пузырь начинает всплывать и приобретает форму эллипсоида, видимо, вследствие капиллярного эффекта, стремясь подняться по электроду. Такие фазы существования парогазового пузыря сопровождают все время горения дуги под водой.

В работе [35] представлена математическая модель процесса зарождения, роста и отрыва парогазового пузыря при сварке электродом марки Е-7014 Принималось, что пузырь имеет свойства идеального газа, а точка его образования на поверхности пластины.

Расчетные данные сравнивали с опытными, полученными киносъемкой процесса.

В работе [80] исследовались характеристики парогазового пузыря при сварке порошковой проволокой, которые не отличались от случая сварки голой проволокой. Вероятно, шихта порошковой проволоки вносит изменение в газовый состав пузыря, не влияя на объем выделяющихся газов.

По мнению Н.М. Мадатова, размеры пузыря зависят только от плотности среды, определяемой температурой и соленостью воды и отличаются от данных японских исследователей [33]. Пузырь имеет минимальные и максимальные размеры и более высокую частоту пульсации при ручной сварке. Однако сведений

о температуре воды и величине сварочного тока не приводится, что усложняет сравнимость результатов экспериментов.

Характер движения газовых потоков в пузыре при сварке покрытыми электродами и проволокой отличается: втулка из покрытия направляет поток газов из зоны дуги к периферии.

Таким образом, при мокрой сварке дуга горит в газовой атмосфере, и этот процесс существенно отличается от нормальных условий.

Непосредственное определение состава газов в пузыре у самой дуги является сложной задачей. Некоторые исследователи определяли состав газа. В этом случае часть газов, безусловно, теряется из-за растворения в воде и поэтому более достоверным следует считать результаты определения состава газов вблизи дуги. Однако в том и в другом случае установлено, что основной составляющей атмосферы парогазового пузыря является водород.

В работе [36] указывается, что в связи с повышенной теплопроводностью водорода и увеличением охлаждающей способности среды с повышением давления, дуговой разряд под водой следует отнести к интенсивно охлаждаемым дугам, в ограничивающих разряд стенках, для которых характерно:

1) Повышение продольного градиента напряженности электрического поля;

2) Повышенная температура столба дуги;

3) Уменьшенное поперечное сечение столба дуги;

4) Увеличение плотность тока;

5) Возрастание напряжения на дуге;

Температура столба дуги, полученная расчетным способом для покрытых электродов, с увеличением тока дуги от 100 до 500А увеличивается от 9500 до 11500 градусов Кельвина при глубине погружения до 10 м. С увеличением глубины погружения при токе, равном 300А, температура возрастает на 1000 К. Расчетная температура для дуги, горящей на тонкой проволоке, изменяется аналогичным образом, её значения ниже, приблизительно, на 1000К. Это можно объяснить теплоизолирующим действием покрытия электрода. Согласно данным работы [14], температура дуги при сварке покрытыми электродами на воздухе находиться в пределах 4500-7800 К.

При постоянно заданных параметрах дуги (тока и напряжения), по расчетным данным для сварки порошковой проволокой, при увеличении глубины погружения, процесс горения становится все более неустойчивым из-за сокращения длины дуги, от 2,5 мм до 1,0 мм, на глубине 250 метров. Поэтому для стабилизации горения дуги необходимо увеличить напряжение холостого хода источника питания.

Таким образом, дуговой разряд при подводной мокрой сварке, покрытыми электродами, и полуавтоматической сварке можно отнести к дугам, горящим в газовой атмосфере.

Особенность дуги при мокрой сварке заключается в более высокой температуре столба дуги, повышенном продольном градиенте напряжения и уменьшение диаметра столба дуги. Морская вода уменьшает температуру дуги и повышает устойчивость её горения вследствие наличия в пузыре элементов с низким потенциалом ионизации.

Скорость плавления электрода определяется в первую очередь мощностью дуги, которая зависит от сварочного тока и напряжения в приэлектродных областях. На электрод попадает не вся энергия, выделенная дугой, поэтому скорость плавления электрода будет определяться условиями передачи тепла на электрод, которые зависят от множества факторов. Основные из них были определены И.К. Походнёй в работе [16]. Для условий подводной сварки особенно интересны следующие закономерности:

- скорость плавления электрода в основном определяется условием выделения и передачи теплоты в приэлектродных областях и зависит от полярности;

- на прямой полярности и переменном токе скорость плавления электрода определяется величиной напряжения на катоде или номинальным напряжением на дуге;

- падение напряжения в прианодной области мало зависит от режима сварки;

- при увеличении толщины покрытия более эффективно используется энергия столба дуги.

В работе [8] было установлено, что в зависимости от состава электродного покрытия характер переноса электродного металла в шов, может изменяться от мелкокапельного до крупнокапельного. Увеличение солености воды приводит к увеличению размера капель и уменьшению частоты их образования.

При сварке покрытыми электродами под водой длина втулки определяется толщиной покрытия и температурой его плавления и для каждой марки электрода имеет свое оптимальное значение.

Таким образом, плавление электродного материала под водой подчиняется тем же закономерностям, что и при сварке на воздухе, но имеет свои особенности: интенсивное охлаждение водой боковой поверхности электрода замедляет скорость плавления покрытия и приводит к образованию втулки повышенной длины, часть покрытия не расплавляется, а обламывается и уносится всплывающими пузырями.

1.4 Металлургические особенности подводной сварки

В результате горения подводной дуги атмосфера парогазового пузыря формируется из паров воды, продуктов её диссоциации, продуктов разложения покрытия электродов, а также паров электродного и основного металла. Преобладающим компонентом в этой смеси являются пары воды, что подтверждено экспериментами по определению объема всплывающих пузырей и сбору выделяющихся газов на поверхности воды [1,4].

Водяной пар обладает свойствами активного многоатомного газа, который способен при высоких температурах взаимодействовать с многими металлами, а также с железом.

Бе + Н2О ^БеО + Н2 .........(1.1)

Водяной пар может реагировать с оксидами.

3Бе О + Н2О ^ БезО4 + Н2 ..........(1.2)

2 Бе3О4 + Н2О ^ 3Бе2О3 + Н2...........(1.3)

Возможно образование окалины путем непосредственного взаимодействия железа с водяным паром [37]:

3Бе + 4 Н2О ^е3О4 + 4Н2 ...........(1.4)

Образующаяся закись железа FeO хорошо растворяется в расплавленной стали, повышая тем самым содержание кислорода в сварочной ванне.

При температурах выше 1000°С водяной пар начинает диссоциировать, 2Н2О + 02 - 572,5 кДж......... (1.5)

Но только при достижении 4000-5000° эта реакция идет со значительным сдвигом вправо.

Водяной пар может дислоцировать по реакции.

Н2О ОН.............(1.6)

В зависимости от условий диссоциации, водяной пар может создавать окислительную или восстановительную атмосферу[19].

По мнению авторов работы, [9], в атмосфере дуги при подводной сварке порошковой проволокой упругость диссоциации водяного пара во много раз превышает упругость диссоциации оксида металла. Отсюда делается вывод, что окисление металла в газовой фазе в основном происходит за счет кислорода водяного пара. Это подтверждается практически отсутствием кислорода в отходящем газе парогазового пузыря.

В ряде других работ также указывается на сильную окислительную способность среды в зоне дуги при подводной сварке покрытыми электродами [1,7,20].

По условиям атмосферы дуги к процессу подводной мокрой сварки близок способ сварки в среде водяного пара [38,16].

В результате химического анализа было установлено, что содержание кислорода в металле шва при сварке в среде водяного пара достигает 0,1932% для

проволоки марки Св08 и 0,1142% для проволоки Св08Г2С. Наличие неметаллических включений по результатам металлографических исследований подтверждает изложенное.

Результаты работы также подтверждают наличие высокой окислительной способности газовой среды в зоне сварки под водой, что приводит к интенсивному окислению углерода, марганца и кремния и загрязнению металла неметаллическими включениями. Результаты химического анализа основного и наплавленного металла приведены в таблице 1.1.

Следует отметить, что наиболее интенсивное окисление легирующих элементов происходит при сварке порошковой проволокой.

Была предпринята попытка уменьшить загрязненность металла шва путем введения в состав шихты порошковой проволоки углерода, кремния и марганца[5].

Таблица 1.1 - Химической состав шва, выполненного под водой и на воздухе [40].

Марка сварочных материалов и основного металла содержание элементов, масс. %

Углерод Кремний Марганец Сера Фосфор

ЭПС - 52 0,08 сл. 0,15 0,019 0,020

(под водой)

1ШС -ЛИ! 0,07 сл. 0,20 0,014 0,016

(под водой)

УОНИ - 13/45 0,085 0,23 0,65 0,019 0,020

(на воздухе)

ВСт- 3СП 0,18 - 0,20 0,44 0,22 0,030 0,030

(основной металл)

При введении углерода от 0,5 до 2,0% от массы шихты, объем неметаллических включений снижается более, чем в 1,5 раза. Однако увеличивается пористость шва за счет выделения СО. При введении в шихту ферромарганца до 4,0% объем неметаллических включений снижается, но по достижении содержания ферромарганца 16% появляется пористость в металле шва. Введение ферросилиция в шихту порошковой проволоки от 1 до 6% приводит к увеличению объема неметаллических включений с 0,51 до 0,87% об.

Наличие шлаковой фазы при подводной сварке является дополнительным источником неметаллических включений в составе металла шва. Преимущественно глобулярная форма неметаллических включений подтверждает их эндогенное происхождение.

Как известно, наличие неметаллических включении сильно сказывается на механических характеристиках металла шва. В работе [11] исследовалась

зависимость содержания раскислителей в составе порошковой проволоки на количество кислорода и ударную вязкость металла шва. Результаты исследований представлены на рис.1.2, 1.3, 1.4. Однако при этом введение раскисляющих элементов отражается на содержании водорода (рис .1.5, 1.6, 1.7) и других элементов в составе металла шва (рис. 1.8 -1.10).

Для подводной сварки характерны низкие коэффициенты перехода легирующих элементов, например, для углерода -0,227 ^ 0,168, для марганца -0,205 - 0,211, для кремния - 0,015 - 0,036 [39].

Рисунок 1.1 - Влияние содержания легирующих элементов на количество неметаллических включений в металле шва [9].1 - марганец; 2 - кремний; 3 -углерод.

Рисунок 1.2 - Влияние содержания углерода в составе порошковой проволоки на содержание кислорода в металле шва и его ударную вязкость[9].

Рисунок 1.3 - Влияние содержания марганца в порошковой проволоке на количество кислорода в металле шва и его ударную вязкость [9].

а 02,%

л и

S 0.25

0.20

0.23 0.210-22 0.20 0.19

(uiT-- 0.16 0.15 0 .16 1

\с \ °2

0.05 ■ 0.05 0.04 ,_ао

■ • j

0.15

0.10

0.05

0.00

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60

Si.%

Рисунок 1.4 - Влияние содержания кремния в порошковой проволоке на количество кислорода в металле шва и его ударную вязкость[9]. 1- 293 К; 2 - 233К; 02-кислород

Н [Н]р, 10» 10 5 смЗ/ЮОг

30.00

25, 25.00

20.00

1S.00

Ю.ОГ

5.00

0.00

.20

\l.90 \l8-63

\l 5,80 413.70 1

i 47 8.36 12.10 . Щ 10.70 з ---— 0,60 10.80 -eft-fr- .-

ООО 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70

С.%

Рисунок 1.5 - Влияние содержания углерода в порошковой проволоке на содержание водорода в металле шва и его ударную вязкость[9]. 1- обще количество водорода; 2 - диффузионный водород

1.10-5мЗУ100г

0 1 20.30

0 А 0 16.90, 2

I •

,8 1

Рисунок 1.6 - Влияние содержания марганца в порошковой проволоке на количество водорода в металле шва и его ударную вязкость [9]. 1— обтттее количество вояопояа: 2 — лигЬгЬузионнътй вояопоя

Н [Н]р. 10*10-5смЗ/100г 20,00 18-00 16.00 14.00 12.00 10.00 8.00 6.00 4.00 2,00 0.00

0.00 0.20 0.40 0.60 0,80 1.00 1.20 1.40 1.60

5л,%

Рисунок 1.7 - Влияние содержания кремния в порошковой проволоке на

количество водорода в металле шва [9]. 1- общее количество водорода; 2 - содержание диффузионного водорода

C.Mn°/o

0.16

0.14

0.12

0.10o 0.08

0.06

0.04

0.02

0.00

0.130M1

l-l^jj ____

080Ю.080.090.090 0- 0.10° 1 ____

0.05 2

0.03 0.04 >< 4r—'

02 0.02 0.02

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70

Рисунок 1.8 - Влияние содержания углерода в порошковой проволоке на количество легирующих элементов в металле шва[9].

1 л

да

,о Mll,%

о4

и

0.60

0.50 0.40 0.30

С

0.20

0.ЮС

0.00

0.52 2 0.46/'

_с 0.39 0 .35 >.26 ^^ 0.41 0ДГ 5.42 1

0.31 0.28

0.24 21 > 0.16 ^^

07 ^^

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00

Мп,%

Рисунок 1.9 - Влияние содержания марганца в порошковой проволоке на содержание легирующих элементов в металле шва[9]. 1- содержание углерода; 2 - содержание марганца

О 0.08

0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0.00

(МО.Об 0.06 0.07 0 0 1 0.07 0.07 0.07 / 0.07 0.07 0 -5"07 07

2

_00 / 5

С .04 - ).04 3 0.04

0 ИЗ 03 0.03

— 0.0 2 ---

0 0.01 01

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60

ЯкЧ'о

Рисунок 1.10 - Влияние содержания кремния в порошковой проволоке на количество легирующих элементов в металле шва[9]. 1- содержание углерода; 2 - содержание марганца; 3 - содержание

кремния

А наиболее подходящим раскислителем является марганец, который оказывает положительное влияние на технологические свойства и ударную вязкость металла шва[5].

По данным работы [3] повышение сварочного тока от 180 до 240 А, а также увеличение глубины от 2 до 10 м влияет на усиление окисления углерода, марганца и кремния из покрытия. Повышение потери легирующих элементов при переходе в шов с увеличением глубины погружения были обнаружены и в другой работе [28], что видно в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Влияние глубины погружения на химический состав металла шва

Глубина погружения,м Химический состав металла шва, масс. %

Углерод Марганец Кремний

20 0,26 0,63 0,16

40 0,19 0,21 0,08

60 0,09 0,12 0,03

1.5 Водород в сварном соединении

Высокое содержание водорода в парогазовом пузыре приводит к существенному насыщению металла шва водородом, которое при ручной сварке достигает 60см3/100г, что более, чем на порядок выше количества водорода, наблюдаемого при сварке на воздухе.

При сварке на воздухе отмечено, что количество водорода в металле шва связано с режимом сварки (рис. 1.11).

Установлено, что кислые шлаки растворяют меньше количество водорода, чем основные, а замена окиси кальция на окись магния в основных шлаках снижает растворимость водорода.

Повышение температуры увеличивает скорость передачи водорода через шлак, так как уменьшает вязкость шлаков.

Условия сварки, состав и свойства сварочных материалов оказывают большое влияние на конечное содержание водорода в швах, поскольку они существенно изменяют растворимость водорода в стали, состав атмосферы дуги, кинетику плавления электродного металла и условия затвердевания сварочной ванны.

Многими исследователями установлено, что при сварке на воздухе содержание водорода в металле, наплавленном на прямой полярности, как правило, выше, чем на обратной[15].

[Щсм'/ЮОг

З5.т

15ЛЭ

0«

44 Ш к 29.9 1 ад ;

2в.25 —г~ ..27.7, кйс ч»л ?5.3Э Т14.М

22.55 20.36 л 22.88 ™ 23.01 1 22.: шг Г5 2288 ^ 2102 1?5б

,0 юы , 21.22 о___1 '[Н1г

1724 и.1] о 1 1704 17.18 л иис 17.311 17.17 - 1841

—и 'и

524 527 б.» »4« " 181 0 5.11

¿■91 101

5.21 5.78 __ Н1 ; Й- 5

V №с

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Киав Мин Сое, 2023 год

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Мурзин В.В., Руссо В.Л. Расчет состава шлака при сварке покрытыми электродами. Методические указания. СПб 2010.

2. http://www.alobuild.ru/svoystva-stroitelnih-materialov.php.

3. Авилов Т.И. Некоторые вопросы металлургии и металловедения сварки в воде качественными электродами. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук.

4. Аснис А.Е., Игнатушенко А.А, Дьяченко Ю.В. Меры снижения содержания водорода в воне термического влияния примеханизированной подводной сварке. Автоматическая сварка, 1983, №8,1-4.

5. Аснис А.Е., Савич И.М. Современное состояние и пути развития подводной сварки и резки. Подводная сварка и резка металлов. Киев: 1980, с.3-10.

6. Васильев К.В.Подводная сварка и резка металла.: Морской транспорт .1955.112с.

7. Глухова Е.В. Влияние марганца, кремния и углерода на содержание неметаллических включений в металле шва при сварке под водой. Подводная сварка и резака металлов/Под рец. А.Е. Асница. Киев: ИЭС им. Е.О.Патона АН УССР.1980.

8. Грабе С.И., Сез О.У. Подводная мокрая ручная дуговая сварка Подводная сварка морских сооружений/Коттон Х.К., Харт П.Х.И., Грабе С.Е. и др.: ёр с англ.-Л.: Судостроение,1983, с.19-34.

9. Игнатушенко А.А. Сварка под водой. Сварка, т.13.Итоги науки и техники. ВИНИТИ АН СССР.М.:1981, с3-54.

10. Иевлев П.М. Выбор электронных покрытий для сварки в воде. Труды ЦНИИ Речфлота: Вып.4, М.: Речиадат,1941.47 с.

11. Кононенко В.Я. Влияние углерода, кремния и марганце на технологические свойства и ударную вязкость металла шва, сваренного под водой. Подводная сварка и резка металлов, Клев,1980, с59-76.

12.Мадатов Н.М. О возможности применения скоростной киносъёмки для исследования дуги, горящей под водой. Автоматическая сварка.1961, №11, с.23 - 26.

13.Мадатов Н.М. О некоторых особенностях горения сварочной дуги под водой. Сварочное производство, 1962, №3,39-41.

14.Мадатов Н.М. О свойствах парогазового пузыря вокруг дуги при сварке под водой. Автоматическая сварка. 1965. №12.с25-29.

15. Порошковые проволоки для электродуговой сварки. (Подред.акад. И.К.Походни), Киев: "Наукова думке, 1980.

16.ПоходняИ.К. Газы в сварных швах. М.Машиностроение,1972.

17. Робкий д.м., Энергетическое исследование приэлектродных областей мощной сварочной дуги. Автоматическая сварка.1951, №2, с42-45.

18. Шапиро Л.О. Сварки в среде водяного пара.: Москва;1963.

19. Сварка в СССР. И: Машиностроение, 1981,

20. Сварка и электрометаллургия. А Ред Бетон Б.В.7 Об. трудов к 50-летию Изд. Киев, 1984.

21. Теоретические основы сварки. Под ред. Фроловав.В.В.М.: "Высшая школа", 1970.

22.Хренов К.К. Подводная электрическая сварка резка металлов. Воениздат, 1940.

23.Шламин Д.М. ЛьвоваТ.Е. Полуавтоматическая подводная сварка. Сварочное производство, 1961, №7, с25-28.

24.Device for under water welding. Fukusima takes| No 56-141965,7.04.80., N 5544654, 05.11.81.

25. Hamasaki H., Sakakibana J. Under water Dry TIG welding Using Wire Brush Nozzle. Underwater welding process, International Conference, Trondheim, 2728 June, 1983.

26. Hamasaki Masanobu, SakotibaraJitsuo, Areata Yoshiaki, Underwater wet welding and hyehogen. Metal construction, 1981, 13, No 12,955-756.

27. Hyperbaric welding at 300 MSW.Andersen O.C, Jane R.G., walker D.N.etc//16th Annual offshore technology conference, Houston, Texas, May7.9.1984, vol.2, Dallas, Texas:1984,261-270.

28. Levin ML. and Kirksey O.W. Weldingunderwater.Metal Construction, 1979, vol. 4, No. 5, 167 - 170,

29. Matsunaga A, Nishiguchik.Okamoto I. Prediction of cooling Rate and Hardness of Boor Metal in the Underwater welding by local cavity Process. Underwater Welding Process, International conference, Trondheim, 27-28, June, 1983,263270,

30. MohrH.O. Subsea welding; a look at what available. Pipe Line Industry 1979, vol.51, No. 1, 43-47.

31. Ozark; M., Naima J, MasubuchiK.A study of hydrogen cracking in underwater steel welds Welding Journal, 1977,56, No. 8, 2315 - 2375.

32. Rudolph W. Problems der Under - wassesschweistechmik. Marine Rohstoffgewimn. Semen TU claustra, To Berlin.Beridhtswerk vises sostr. Essen,1979,262-271.

33.Sinal J. Sposoby a podmienkySvarania pod vodou. Zvaranie,1984,33, No. 1, 2123.

34. Silva E.A. and T.H. Shielded metal are welding underwater with iron powder electrodes. Welding Journal 1971, vol. 50, no 6, 406-415.

35.Tssai C.L, MasubuchiK, Mechanisms of rapid cooling and their design considerations in underwater welding. Journal of petroleum technology, 1980,32, N10,1825-1833.

36. Underwater friction welding debut successful, offshore Engineering ,1985, Febr,42,44.

37. Weber J.AWS conference on undersea welding. Welding Journal,1981, vol, No.4,140-145.

38. Ingles M.R, North T.H. Underwater welding: a realistic assessment. Welding and Metal fabrication,1979, vol.47, No 3, 165-167,169-171,175-178.

39.ШлеминА.Н. Сварка под водой с применением пасты "СВ". Аварийно-спасательные и подводно-технических работ Экспресс-информация В/О мортехинформреклама", 1985, вып.2, с. 21-24.

40.Сапиро Л.С. Окислительная способность водяного пара как защитной среды при сварке "Сварочное производство". 1960, № 4, с 31-32.

41. Авилов Т.И. Исследование процесса дуговой сварки сталей подводой. Сварочное производство:1958. №5. С 12-14.

42. В.В.Яковлев, С.М.Шанчуров, И.В.Першин. Вычислительный эксперимент при изучении сварочных процессов. Автоматизация и современные технологии. 2007, № 8. С. 16 - 20.

43.Б.М.Березовский. Математические модели дуговой сварки. В 4-х томах. -Челябинск. Изд. - во Ю-Ургу, 2003 - 560 с.

44.Багрянский К.В., Добротина З.А., Хренов К.К. Теория сварочных процессов /Киев: «Вища школа», 1976, 424 с.

45.Кархин В.А. Тепловые процессы при сварке/В.А.Кархин. - 2-е изд., перераб, и доп. - СПб Изд-во Политехн. ун-та, 2015. - 572 с.

46.Киав Мин Сое, Карпов В.М., Мурзин В.В., Исследование влияния режима подводной сварки на газообразование, Морские интеллектуальные технологии -№3 (45) Т. 2 2019, С.111-116.

47.Руссо В.Л., Мурзин В.В., Ручная подводная сварка конструкций из стали повышенной прочности. Сварочное производство. № 1, 1993.

48. Андреев В.К., Гапоненко Ю.А., Гончарова О.Н., Пухначев В.В. Современные математические модели конвекции. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008.

49.Коткин Г. Всплывающий воздушный пузырек и закон Архимеда // Квант. -1976. - № 1. - С. 19-23. (1996. - № 3. - С. 50-51.)

50.Завьялов В.Е. Технология сварки плавлением: учеб. пособие/ В.Е.Завьялов, И.В. Иванова, Н.Г. Кобецкой. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2018.

51. Бурмистров Е.Г. Основы сварки и газотермических процессов в судостроении и судоремонте: учебник / Е.Г. Бурмистров. - 2-е изд., стер. -Санкт-Петербург: Лань, 2019.

52.Авилов Т. И. Исследование процесса дуговой сварки под водой // Свароч. производство. 1958. - № 5. - С. 12-14.

53. Авилов Т.И. Электроды для сварки и резки металла в воде /Сварочное производство. - 1955. - № 6 - с. 13-16.

54.Аснис А.Е., Игнатушенко А.А., Дьяченко Ю.В. Меры снижения содержания водорода в зоне термического влияния при механизированной подводной сварке // Автомат. сварка, 1983.№ 8. - с. 1-4.

55.Анохина Е.В. Исследование процессов испарения и кипения жидкостей // Журнал технической физики, 2010, том 80, с. 32-37.

56.Бонгефер К. Ф. Свойства свободных атомов водорода // Успехи физических наук Т. VIII. Вып. I. 1928 г. С. 61-97.

57. ГОСТ 9467-75 Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей.

58.ГОСТ 12.3.003-86 ССБТ. Работы электросварочные. Требования безопасности.

59.Ермаков Г.В., Перминов С.А., Кротов Л.Н. Статистические исследования кривой кипения. Первые результаты. Деп. в ВИНИТИ 9.2.95. № 358-В 95. Екатеринбург: Ин-т теплофизики УРО РАН, 1995. 59 с.

60.Зацепина, Т. Н. Свойства и структура воды. / Издательство МГУ, 1974. - 167 с.

61.Кононенко В. Я. Металлургические особенности сварки в водной среде порошковыми проволоками //—1996. — № 9. С. 22-26.

62.Кононенко В. Я. Подводная сварка и резка. - Киев: Университет «Украина», 2011. - 264 с.

63.Кононенко В. Я. Использование способа сухой сварки при ремонте подводных переходов газа и нефтепроводов в РФ // Автоматическая сварка.

2010. - № 5. - С. 54-59.

64.Кононенко В. Я. Технологии подводной сварки и резки. Киев: Экотехнология, 2004. - 135 с.

65.Кононенко В. Я. Технология мокрой механизированной сварки при строительстве МЛСП «Приразломная» // Автоматическая сварка. 2005. - № 9. - С. 37-39.

66.Кононенко В. Я. Подводная сварка и резка. 2_е изд. Киев: Экотехнология,

2011. 264 с.

67.Кононенко В.Я. Применение мокрой автоматизированной сварки при ремонте корпусов и судов на плаву /В.Я. Кононенко, П.М. Грицай, В.И. Семенкин // Автоматическая сварка. - 1994. №12. - С. 35-38.

68.Кононенко В. Я. Применение технологии механизированной подводной сварки при строительстве МЛСП «Приразломная» // Автоматическая сварка. - 2005. № 12. - С. 53.

69.Кутепов А.М., Стерман Л.С., Стюшин Н.Г. Гидродинамика и теплообмен при парообразовании. М.: Высш. шк., 1986. 446 с.

70. Логунов К. В. Подводная сварка и резка металлов. - СПб: Коста, 2003. - 152 с.

71. Махненко В. И. Исследование особенностей переноса водорода при подводной сварке плавлением конструкционных сталей / В. И. Махненко, С. Ю. Максимов, Т. В. Королева // Автоматическая сварка. - 2004. - № 1. - с. 12-22.

72.Мадатов Н. М. О свойствах парогазового пузыря вокруг дуги при сварке под водой. Автоматическая сварка. 1965. -№ 12. -С. 25-29.

73.Максимов, С. Ю. Подводная мокрая сварка стали 17Г1С с предварительной обработкой кромок взрывом/ С. Ю. Максимов // Автоматическая сварка. -2004. - № 3. - с. 56-57.

74.Ь11р8://ш8ё.сош.иа/1ехпо1оа1уа-1-оЬогиёоуап1е-8Уагк1-р1ау1еп1ет/8УагосЬпуе-рокгу1уе-е1ек1гоёу-ё1уа-ёицоуо|-5уагкы-пар1аук]/

75.Патон Б. Е, Савич И. М. К 100-летию сварки под водой // автоматическая сварка. 1987. №12. с. 1-2.

76.Походня И. К. Газы в сварных швах. Машиностроение, 1972. — 256с.

77.Походня И. К., Швачко В. И., Портнов О. М. Математическое моделирование абсорбции газов металлом в процессе сварки // Автоматическая сварка. — 2000. — № 7. — С. 13-17.

78.Портнов О. М. Максимов С. Ю. Численное моделирование абсорбции газов наплавленным металлом при подводной мокрой сварке Автоматическая сварка. 2006. № 7. С. 13-18.

79.Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. Химия. 1982. 592 с.

80. Савич И. М. Подводная сварка порошковой проволокой // Автоматическая сварка. 1969. № 10. С. 70-71.

81.Юхновский П. И., Ткачев В. И. О состоянии водорода в металле // Физ.-хим. механика материалов. 1987. № 4. С. 19-25.

82. МрБ: //апаМргош. ги/шеееоп-260024егшорага.

83.Мр://ЬшМ.поуов1Ьёош.ги/поёе/328

84. Авилов Т.И. Электроды для сварки и резки металла в воде /Сварочное производство. - 1955. - № 6 - с. 13-16.

85.Мр8://8сЬоо1-вс1епсе.щ/2/11/30826

86.https://studopedia.гu/4 168361 nekotoгie-svoystva-svoЬodnih-i-svyazannih-atomov.html

87. Ь^:/^. su/aгticles/instгument-i-pгinadlezhnosti/instгument-i-prinadlezhnosti_1493.html

88.ГОСТ 12.3.003-86 ССБТ. Работы электросварочные. Требования безопасности.

89.Ермаков Г.В., Перминов С.А., Кротов Л.Н. Статистические исследования кривой кипения. Первые результаты. Деп. в ВИНИТИ 9.2.95. № 358-В 95. Екатеринбург: Ин-т теплофизики УРО РАН, 1995. 59 с.

90.Зацепина, Т. Н. Свойства и структура воды. / Издательство МГУ, 1974. - 167 с.

91. : //studfile.net/preview/7808741^де: 12/

92. https://svarkaved.ru/o-svarke/podvodnaya-svarka

93.https://podvodnayasvaгka.гu/stati/svaгka-metalla-pod-vodoy/

94.https://elar.urfu.ru/bitstream/10995/41126/1/sid 2015 36.pdf

95.https://svaгkaved.гu/tekhnologii/vidy-i-sposoЬy-svaгki/chto-takoe-avtomaticheskaya-svaгka

96. https: //metallicheckiy-portal.ru/articles/svarka/polyavtomat/osobennosti svarki у zashitnix gazax

97.https://fccland.гu/svaгka/4507-matematicheskoe-modeliгovanie-svaгochnyh-pгocessov-dlya-sozdaniya-sistem-pгognoziгovaniya-kachestva-soedineniy-i-optimalnogo-upravleniya.html

98. https: //msd.com.ua/shiny-nekotorye-problemy-ekspluatacii-i-pгoizvodstva/matematicheskoe-modeliгovanie-mnogokomponentnoj-aЬsoгЬcii-gazov/

99.Физические свойства газов и жидкостей: Учеб. пособие/ СПбГУАП.СПб., 2001. 73 с.

100. https://master-pmg.ru/raboty-po-metallu/svarka-v-vode.html

101. https://stal-kom.ru/kak-vliyayet-vodorod-na-metall-svarnogo-shva/

102. Свойства строительных материалов. http://www.alobuild.ru/svoystva-stroitelnih-materialov.php

103. Лист сталь 15 ХСНД. http: //bmkstal .ru/produkciya/mo stovaya-stal/list-15hsnd

104. https://www.megeon-pribor.ru/katalog/termometry-izmeriteli-temperaturi/megeon-26001