Анотація до роботи:

Калін М.А. Підвищення якості металу шва при зварюванні електродами з кислим покриттям шляхом застосування чавунного порошку. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.06 “Зварювання та споріднені технології”. – Приазовський державний технічний університет, Маріуполь, 2003.

Дисертація присвячена питанням підвищення якості металу шва і зварювально-технологічних властивостей ільменітових електродів до рівня рутилових. В роботі розвивається новий напрямок використання вуглецю в якості дешевого і ефективного розкислювача при зварюванні плавленням. Шляхом термодинамічного аналізу встановлено, що температура початку відновлення оксидів вуглецем у металевій фазі нижча, ніж у шлаковій, що забезпечує розкислення при більш низьких температурах. Це дозволяє використовувати зв’язаний у Fe-C сплав вуглець, наприклад у вигляді чавунного порошку, в якості розкислювача.

Розроблена методика розрахунку рівноважного вмісту С і Mn в наплавленому металі і визначений максимальний вміст чавунного порошку в електродних покриттях ільменітового виду. Встановлено, що TiO₂ може слугувати окислювачем вуглецю поряд з FeO. Досліджено механізм і запропонована схема процесу розкислення чавунним порошком. Показано, що процес протікає в основному на стадії краплі в шлаковій фазі дуги, під нижньою частиною краплі. Встановлено, що швидкість окислення вуглецю у складі чавунного порошку в 2 рази вища ніж графіту. Кількість неметалічних включень в наплавленому металі зменшилась в 1,3…1,4 рази. Пори і тріщини відсутні.

Розроблено склад покриття ільменітових електродів з чавунним порошком на базі нової мінеральної сировини України з використанням цеоліту і мергелю в якості замінювачів слюди і магнезиту. Механічні властивості і хімічний склад наплавленого металу відповідають типу Э46 по ГОСТ 9467, при високих зварювально-технологічних властивостях і продуктивності на рівні рутилових електродів.

1. У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової проблеми, що виявляється в удосконаленні системи розкислення металу шва при зварюванні електродами з кислим покриттям шляхом застосування в якості додаткового розкислювача вуглецю у складі чавунного порошку, який вводиться електродне покриття. Це дозволило підвищити механічні властивості металу шва до рівня вимог, що відповідають типу Э46 і значно розширити можливості використання більш дешевих ільменітових електродів для зварювання відповідальних конструкцій із вуглецевих і низьколегованих сталей.

2. Аналіз стану питання показав, що в теперішній час у зв’язку з дефіцитністю рутилового концентрату актуальним є питання вибору раціональної системи розкислення металу шва ільменітових електродів для забезпечення рівня його міцності і пластичності на рівні електродів з рутиловим покриттям.

3. Вперше, методом термодинамічного аналізу окислювально-відновлювальних реакцій в трьох фазах при однакових температурах встановлено, що при зварюванні плавленням ефективніше використовувати в якості розкислювача вуглець у зв’язаному стані, у вигляді чавунного порошку.

4. Теоретично встановлено і експериментально доведено, що TiO₂ може слугувати додатковим окислювачем вуглецю в чавуні, поряд з FeО при використанні його в електродних покриттях ільменітового виду.

5. Розроблено розрахунковий метод визначення максимально можливого вмісту чавунного порошку в електродному покритті, при вмісті в наплавленому металі не більше 0,12 % вуглецю. Встановлена і практично підтверджена залежність вмісту вуглецю в наплавленому металі від окислювальної здатності покриття, що визначається вмістом ільменіту і FeMn, або заданим вмістом Mn у наплавленому металі.

6. Вперше розроблена схема і експериментально досліджений процес окислення вуглецю, що використовується у складі чавунного порошку в якості розкислювача в електродному покритті ільменітового виду. Встановлено, що швидкість окислення вуглецю в складі чавунного порошку в 2 рази більша ніж графіту і може досягати значень 6,33 %/с.

7. Експериментально встановлено, що розкислення металу шва чавунним порошком зменшує в ньому загальний вміст кисню в 2 рази і оксидних включень в 1,3…1,4 рази, що наближує його до рівня металу рутилових електродів. При вводі оптимальної кількості чавунного порошку розкислення електродного металу протікає в основному на стадії краплі і пори в металу шва не спостерігаються.

8. Отримані оптимальні технологічні параметри чавунного порошку і товщини покриття для виготовлення електродів. Порошок треба використовувати після просіву через сито не більше № 028 по ГОСТ 6313, а товщину покриття брати по верхній межі допуску.

9. Розроблені ільменітові електроди з чавунним порошком і новою мінеральною сировиною України мають підвищену якість металу шва і кращі зварювально-технологічні властивості. Ціна 1 кг наплавленого металу приблизно на 25 % менша, ніж електродів МР-3, що дасть значний економічний ефект при впровадженні їх у народне господарство. Впровадження на Д.П. “Завод ім. Малишева” дає економічний ефект в сумі 91,5 тис. грн. на рік.

Публікації автора:

1. Ефименко Н.Г., Калин Н.А. Раскисляющая способность редкоземельных элементов в сравнении с известными раскислителями // Сварочное производство. – 1978. - № 10. – С. 1-2

2. Ефименко Н.Г., Калин Н.А. Термодинамический анализ окислительно-восстановительных процессов с участием углерода при сварке плавлением //Автоматическая сварка. – 2000. - №7. – С. 18-21

3. Ефименко Н.Г., Калин Н.А. Влияние сплава Fe-C в покрытии ильменитовых электродов на восстановительные процессы при сварке // Автоматическая сварка. – 2001. - № 3. – С. 52-53.

4. Ефименко Н.Г., Калин Н.А. Расчет оптимального содержания углерода и марганца в электродних покрытиях ильменитового вида // Автоматическая сварка. – 2001. - №11. – С. 43-46.

5. Калин Н.А., Ефименко Н.Г. Особенности окисления углерода при сварке электродами с покрытиями ильменитового вида // Автоматическая сварка. – 2002. - №4. – С. 19-22.

6. Склад електродного покриття: Патент на винахід UA 26651 Україна, МКИ В 23К35/365 / М.Г. Єфіменко, М.А. Калін. - № 93111486; Заявлено 10.01.93; Опубл. 12.11.99, Бюл. №7.

7. Склад електродного покриття: Патент на винахід UA 50758 Україна, МКИ В 23К35/365 / М.Г. Єфіменко, М.А. Калін. - № 98094955; Заявлено 25.12.98; Опубл. 15.11.02, Бюл. № 11.

8. Ефименко Н.Г., Калин Н.А. Применение нового минерального сырья Украины для производства сварочных электродов //Труды І Международной конференции по сварочным материалам стран СНГ “Состояние и перспективы развития сварочных материалов в странах СНГ” Москва: - 1998. – С. 221-223.

9. Калин Н.А., Ефименко Н.Г. Повышение качества металла шва ильменитовых электродов путем раскисления сплавом Fe-C. Сборник докладов Международной конференции “Сварка и родственные технологии 2002” Киев: - 2002 г. – С. 27.

10. Калин Н.А., Ефименко Н.Г. Улучшение санитарно-гигиенических и сварочно-технологических характеристик электродов путем использования углерода в качестве раскислителя. Сборник тезисов докладов городской научно-методической конференции “Безпека життєдіяльності” Харьков: - 2002 г. – С. 42-47.

11. Калин Н.А., Ефименко Н.Г. Разработка ильменитовых электродов для сварки и ремонта изделий из малоуглеродистых сталей // Пр. другої Міжнародної конф. “Проблеми технічного сервісу сільськогосподарської техніки” - Україна, Харків: НДТІ ХДТУСГ. - 2003 р. – Вип. 14. - С. 305-308.

12. Калин Н.А. Влияние процесса раскисления углеродом на содержание неметаллических включений в наплавленном металле // Пр. другої Міжнародной наукво-практичної конф. “Проблеми технічного сервісу сільськогосподарської техніки” - Україна, Харків: НДТІ ХДТУСГ. - 2003 р. – Вип.15. - С. 203-207.

В наведених працях автору належить наступне:

[1] Розрахунок і побудова рядів вірогідної черговості реакцій розкислення у зварювальній дузі.

[2] Розрахунок і побудова рядів вірогідної черговості протікання окислювально-відновлювальних реакцій при зварюванні плавленням у трьох фазах з участю вуглецю і встановлення факту переважного розкислення з’язаним вуглецем.

[3] Розрахунок кількості відновлених вуглецем елементів, проведення експериментів і обробка результатів.

[4] Розробка методики і виведення формул для розрахунку рівноважного вмісту вуглецю, проведення експериментів і обробка результатів.

[5] Розробка методики експериментів, схеми розкислення чавунним порошком і дослідження механізму окислення вуглецю у складі Fe-C сплаву.

[6] Запропонування складу покриття ільменітових електродів з використанням мергелю і цеоліту.

[7] Запропонування складу покриття ільменітових електродів із застосуванням в якості додаткового розкислювача чавунного порошку.

[8] Розробка нової шлакової системи ільменітових електродів з використанням мінеральної сировини України – мергелю і цеоліту.

[9] Розробка методики і виконання експериментів по визначенню впливу вуглецю у складі сплаву Fe-C на якість металу шва.

[10], [11], [12] Розробка методики і проведення експериментів по визначенню впливу чавунного порошку в покритті ільменітових електродів на санітарно-гігієнічні і зварювально-технологічні властивості електродів. Оцінка впливу окремих параметрів чавунного порошку і технології виготовлення електродів на якість металу шва.