Method of Determining the Optimal Concentration of Nanostructured Powders in Shielding Gas

Abstract

, д.ф.-м.н., ведущий научный сотрудник, профессор Аннотация. Проведены теоретические и экспериментальные исследования по определению оптимальной концентрации наноструктурирован-ных порошков в защитном газе. Задача настоящего исследования -разработка методики по определению оптимальной концентрации наноструктурированных порошков в защитном газе при сварке плавящимся электродом в среде аргона. В экспериментальных исследо-ваниях для подтверждения расчетов использовали нанопорошок молибдена, введение которого в сварочную ванну осуществляли через специальное устройство. Наплавку образцов проводили на экспериментальной установке, в состав которой входили сварочная головка ГСП-2, укомплектованная разработанным устройством, источник питания ВС-300Б. Для наплавки образцов из стали 12Х18Н10Т приме-няли сварочную проволоку 12Х18Н9Т диам. 1,2 мм. Для обеспечения качественного сварного соединения при сварке размеры дендритов должны стремиться к минимуму. Стабильный процесс сварки обуславливается переходом капель электродного металла с торца свароч-ной проволоки в сварочную ванну, следовательно, объем капли электродного металла также должен стремиться к минимуму. До начала оптимизации концентрации наноструктурированных порошков в защитном газе было установлено влияние параметров режима сварки плавящимся электродом в среде аргона на микроструктуру наплавленного металла. Результаты исследований показали, что минимальный размер зерен наблюдается при силе тока 240 -260 А и напряжении дуги 28 -30 В. При этих режимах были проведены исследования по выбору оптимальной концентрации наноструктурированных порошков в защитном газе. Установлено, что оптимальная концентрация наноструктурированных порошков-модификаторов в защитном газе составляет 20 мг/м сварного шва. Установлено, что применение раз-ной концентрации наноструктурированных порошков в защитном газе позволяет получать различную микроструктуру наплавленного металла. Наиболее слаборазветвленные дендриты и равновесная структура по размеру дендритов достигается при концентрации нано-структурированного порошка в защитном газе 20 мг/м сварного шва. При добавлении наноструктурированных порошков-модификаторов в жидкую сварочную ванну происходит увеличение механических свойств сварных соединений по сравнению с процессом сварки без добавления напорошков-модификаторов при +20 °С на 7,5 %, при +500 °С на 6,5 %.Ключевые слова: наноструктурированные порошки, оптимальная концентрация, защитный газ, многофакторное планирование, кристаллиза-ция, сварочная ванна.