Научная статья на тему 'Оценка применения продуктов переработки отходов кремния в качестве ультрадисперсных активирующих флюсов для дуговой сварки'

Оценка применения продуктов переработки отходов кремния в качестве ультрадисперсных активирующих флюсов для дуговой сварки Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
202
42
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ / РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ / АКТИВИРУЮЩИЙ ФЛЮС / ДУГОВАЯ СВАРКА / НАНОКРЕМНЕЗЕМ / WASTE RECYCLING / RESOURCE CONSERVATION / ACTIVATING FLUX / ARC WELDING / NANOSILICA

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Иванчик Николай Николаевич, Балановский Андрей Евгеньевич, Кондратьев Виктор Викторович, Тютрин Андрей Александрович, Кузьмин Михаил Петрович

ЦЕЛЬ. Получить экспериментальные данные о влиянии ультрадисперсных частиц кремнезема на сварочную дугу, ее проплавляющую способность. МЕТОДЫ. Сварочная дуга постоянного тока прямой полярности с силой тока в пределах 70-400 А горела вертикально между вольфрамовым неплавящимся электродом (диаметр 2,4-4 мм) и поверхностью металла в среде защитного газа аргона (TIG welding). Сварочные эксперименты выполняли на пластинах размером 150×50×(2, 4, 6) мм из малоуглеродистой стали 3. Перед А-ТИГ сваркой на поверхность пластины наносили равномерный контролируемый слой активирующего флюса SiO2 (диоксид кремния) шириной 5 мм и толщиной 20 мкм. Использовались три флюса с различным фракционным составом. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. Напряжение на дуге в чистом аргоне составляло 12-15 В; в чистом аргоне с использованием активирующего флюса 16-20 В; при сварке в смеси газов (аргон + 30% гелия) без активирующего флюса напряжение составило 20-26 В. По тепловой мощности сварочная дуга в аргоне с активирующим флюсом приближается к сварочной дуге в смеси газов, но по проплавляющей способности превосходит ее. Швы формируются узкими и глубокими клинообразной формы. ВЫВОДЫ. Использование активирующего флюса из ультрадисперсного диоксида кремния приводит к максимальной проплавляющей способности сварочной дуги за счет повышения эффективной тепловой мощности сварочного источника нагрева. В результате использования разработанного состава активирующего флюса проплавляющаяся способность сварочной дуги увеличилась в 2-4 раза, энергоемкость процесса снизилась на 30-50%.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Иванчик Николай Николаевич, Балановский Андрей Евгеньевич, Кондратьев Виктор Викторович, Тютрин Андрей Александрович, Кузьмин Михаил Петрович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

EVALUATION OF SILICON WASTE RECYCLING PRODUCTS APPLICATION AS ULTRAFINE ACTIVATING FLUXES FOR ARC WELDING

The PURPOSE of the study is to obtain experimental data on the effect of ultrafine silica particles on the penetrating power of a welding arc. METHODS. The welding arc of DC straight polarity with the current strength in the range of 70-400 A burned vertically between the tungsten nonconsumable electrode (2.4-4 mm diameter) and the metal surface in inert argon gas (TIG welding). Welding experiments were performed on mild steel 3 plates measuring 150×50×(2, 4, 6) mm. Before the A-TIG welding the surface of the plate was covered with a uniform controlled layer of activating flux SiO2 (silicon dioxide) of 5 mm wide and 20 μm thick. Three fluxes of different fractional composition were used. RESULTS AND THEIR DISCUSSION. The arc voltage in pure argon is 12-15V, in pure argon in the presence of activating flux it reaches 16-20V; under welding in a gas mixture (argon + 30% of helium) without activating flux the voltage is 20-26V. The thermal power of the welding arc in argon in the presence of activating flux is close to the one of the welding arc in the gas mixture, whereas it is superior by the penetrating power. The formed welds are deep, narrow and wedge-shaped. CONCLUSIONS. The use of activating flux of ultrafine silicon dioxide allows to achieve the maximum penetrating capacity of the arc through increasing the effective heat capacity of the welding heat source. The use of the developed composition of the activating flux results in 2-4 times increase in the arc penetrating power, and 30-50% reduction of the energy intensity of the process.

Текст научной работы на тему «Оценка применения продуктов переработки отходов кремния в качестве ультрадисперсных активирующих флюсов для дуговой сварки»

Оригинальная статья / Original article УДК: 6 21.79.04

DOI : 10.21285/1814-3520-2016-12-165-172

ОЦЕНКА ПРИМЕНЕНИЯ ПРОДУКТОВ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ КРЕМНИЯ В КАЧЕСТВЕ УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ АКТИВИРУЮЩИХ ФЛЮСОВ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ

1 9 л ^ с

© Н.Н. Иванчик', А.Е. Балановский2, В.В. Кондратьев3, А.А. Тютрин4, М.П. Кузьмин5

Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Российская Федерация, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

РЕЗЮМЕ. ЦЕЛЬ. Получить экспериментальные данные о влиянии ультрадисперсных частиц кремнезема на сварочную дугу, ее проплавляющую способность. МЕТОДЫ. Сварочная дуга постоянного тока прямой полярности с силой тока в пределах 70-400 А горела вертикально между вольфрамовым неплавящимся электродом (диаметр - 2,4-4 мм) и поверхностью металла в среде защитного газа аргона (TIG welding). Сварочные эксперименты выполняли на пластинах размером 150*50х(2, 4, 6) мм из малоуглеродистой стали 3. Перед А-ТИГ сваркой на поверхность пластины наносили равномерный контролируемый слой активирующего флюса - SiO2 (диоксид кремния) шириной 5 мм и толщиной 20 мкм. Использовались три флюса с различным фракционным составом. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. Напряжение на дуге в чистом аргоне составляло 12-15 В; в чистом аргоне с использованием активирующего флюса - 16-20 В; при сварке в смеси газов (аргон + 30% гелия) без активирующего флюса напряжение составило 20-26 В. По тепловой мощности сварочная дуга в аргоне с активирующим флюсом приближается к сварочной дуге в смеси газов, но по проплавляющей способности превосходит ее. Швы формируются узкими и глубокими клинообразной формы. ВЫВОДЫ. Использование активирующего флюса из ультрадисперсного диоксида кремния приводит к максимальной проплавляющей способности сварочной дуги за счет повышения эффективной тепловой мощности сварочного источника нагрева. В результате использования разработанного состава активирующего флюса проплавляющаяся способность сварочной дуги увеличилась в 2-4 раза, энергоемкость процесса снизилась на 30-50%.

Ключевые слова: переработка отходов, ресурсосбережение, активирующий флюс, дуговая сварка, нанокрем-незем.

Формат цитирования: Иванчик Н.Н., Балановский А.Е., Кондратьев В.В., Тютрин А.А., Кузьмин М.П. Оценка применения продуктов переработки отходов кремния в качестве ультрадисперсных активирующих флюсов для дуговой сварки // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2016. Т. 20. № 12. С. 173-180. DOI: 10.21285/1814-3520-2016-12-165-172

EVALUATION OF SILICON WASTE RECYCLING PRODUCTS APPLICATION

AS ULTRAFINE ACTIVATING FLUXES FOR ARC WELDING

N.N. Ivanchik, A.E. Balanovskiy, V.V. Kondratiev, A.A. Tyutrin, M.P. Kuzmin

Irkutsk National Research Technical University,

83, Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russian Federation.

1

Иванчик Николай Николаевич, инженер инновационно -технического центра, e-mail: nickolayivanchik@gmail.com Nikolai N. Ivanchik, Engineer of the Innovation and Technologies Center, e-mail: nickolayivanchik@gmail.com

2Балановский Андрей Евгеньевич, доктор технических наук, доцент кафедры машиностроительных технологий и материалов Института авиамашиностроения и транспорта, e-mail: fuco.64@mail.ru

Andrei E. Balanovskiy, Doctor of technical sciences, Associate Professor of the Department of Machine-building Technologies and Materials of the Institute of Aircraft Engineering and Transport, e-mail: fuco.64@mail.ru

3Кондратьев Виктор Викторович, кандидат технических наук, начальник инновационно-технического центра, e-mail: kvv@istu.edu

Viktor V. Kondratiev, Candidate of technical sciences, Head of the Innovation and Technologies Center, e-mail: kvv@istu.edu

4Тютрин Андрей Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры металлургии цветных металлов, е-mail: an.tu@inbox.ru

Andrei A. Tyutrin, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Metallurgy of Nonferrous Metals, е-mail: an.tu@inbox.ru

5Кузьмин Михаил Петрович, кандидат технических наук, доцент кафедры металлургии цветных металлов, e-mail: mike12008@yandex.ru

Mikhail P. Kuzmin, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Metallurgy of Nonferrous Metals, e-mail: mike12008@yandex.ru

ABSTRACT. The PURPOSE of the study is to obtain experimental data on the effect of ultrafine silica particles on the penetrating power of a welding arc. METHODS. The welding arc of DC straight polarity with the current strength in the range of 70-400 A burned vertically between the tungsten nonconsumable electrode (2.4-4 mm diameter) and the metal surface in inert argon gas (TIG welding). Welding experiments were performed on mild steel 3 plates measuring 150x50x(2, 4, 6) mm. Before the A-TIG welding the surface of the plate was covered with a uniform controlled layer of activating flux SiO2 (silicon dioxide) of 5 mm wide and 20 |jm thick. Three fluxes of different fractional composition were used. RESULTS AND THEIR DISCUSSION. The arc voltage in pure argon is 12-15V, in pure argon in the presence of activating flux it reaches 16-20V; under welding in a gas mixture (argon + 30% of helium) without activating flux the voltage is 20-26V. The thermal power of the welding arc in argon in the presence of activating flux is close to the one of the welding arc in the gas mixture, whereas it is superior by the penetrating power. The formed welds are deep, narrow and wedge-shaped. CONCLUSIONS. The use of activating flux of ultrafine silicon dioxide allows to achieve the maximum penetrating capacity of the arc through increasing the effective heat capacity of the welding heat source. The use of the developed composition of the activating flux results in 2-4 times increase in the arc penetrating power, and 30-50% reduction of the energy intensity of the process.

Keywords: waste recycling, resource conservation, activating flux, arc welding, nanosilica

For citation: Ivanchik N.N., Balanovskiy A.E., Kondratiev V.V., Tyutrin A.A., Kuzmin M.P. Evaluation of silicon waste recycling products application as ultrafine activating fluxes for arc welding // Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2016, vol. 20, no. 12, pp. 173-180. (In Russian). DOI: 10.21285/1814-3520-2016-12-165-172

Введение

Одной из причин, сдерживающих применение аргонодуговой сварки металлов большой толщины, является ее низкая производительность, ограниченная сравнительно невысокой тепловой эффективностью дуги и нарушением формирования швов. В связи с этим одним из приоритетных направлений развития сварки непла-вящимся электродом является повышение ее производительности. Традиционное решение данной проблемы предполагает увеличение количества металла, наплавляемого в единицу времени. Это обусловлено ограниченной проплавляющей способностью дуги, в результате чего детали толщиной 3 мм и более рекомендуется сваривать с предварительной разделкой кромок, которые необходимо заполнять. Наиболее простым и доступным путем решения данной задачи при дуговой сварке является увеличение скорости плавления электрода за счет повышения сварочного тока [1-3]. Однако при этом увеличивается тепловложение в сварное соединение, что даже при сварке низкоуглеродистых сталей, отличающихся высокими показателями свариваемости, может привести к перегреву металла, росту аустенитного зерна и повышению хрупкости сварного соединения [1-4]. Кроме того, сварка на повышенных токах увеличивает энергоемкость, что

требует применения специальных источников тока и влияет на себестоимость процесса. С учетом сказанного выше для решения данной задачи требуется принципиально иной подход - увеличение глубины проплавления [1, 4]. Достичь этого можно либо путем повышения проплавляющей способности дуги за счет уменьшения диаметра электродной проволоки (повышается плотность тока и как следствие - увеличивается скорость плавления металла) [1] либо путем применения активирующих флюсов (активация дуги - A TIG welding) [2-4].

Применительно к сварочным процессам под термином «активирующий флюс», или «активирующая среда», подразумевают газообразное, жидкое или твердое вещество, состоящее из солей, галогенидных соединений и оксидов [2, 3], которое вводится при сварке в зону горения дуги и плавления металла в целях комплексного влияния на сварочную ванну и дуговой разряд. Комплексное влияние выражается в увеличении глубины проплав-ления, улучшении формирования и качества сварных соединений. В свою очередь, активирующий материал в большинстве своем является продуктом либо высокотехнологичным, либо произведен из дорогих материалов [3], невозобновляемых

природных ресурсов, чьи запасы исчерпываются. В результате увеличивается стоимость извлечения целевых продуктов из природного сырья, что отражается на конечной стоимости всей продукции. Это побуждает производителей рассматривать альтернативные источники целевых продуктов, например, вторичное сырье. Задача их извлечения может вызывать большие трудности как технологического, так и экономического плана [5]. Так, основными производителями вторичного сырья, состоящего из солей, галогенидных соединений и оксидов, в Иркутской области являются металлургические предприятия по выпуску алюминия и кремния и предприятия энергетического сектора. Наибольшие объемы производимого вторичного сырья дают смесь пыли и шламов газоочистки, кремниевая пыль и золошлаковая смесь соответственно. При изучении составов активирующих флюсов было отмечено, что многие из них имеют в своем составе кремнезем,

причем чаще всего - мелкодисперсный (при изготовлении флюса вещества специально измельчаются до крупности менее 50 мкм) [5-7].

Благодаря технологии флотационного обогащения наноразмерных сред [6-8], из отходов системы газоочистки производства кремния удалось выделить гранулы БЮг, фракционный состав которых представляет особый интерес, поскольку большая часть частиц размером не превышает микрометра. Доказан размерный эффект частиц на самые разные типы систем [9, 10]. Богатый опыт в выделении и использовании БЮг из отходов производства [10] позволил подойти авторам статьи к следующему решению - проверить гипотезу о положительном влиянии ультрадисперсного кремнезема на проплавляющую способность дуги. Поэтому целью работы является оценка возможности повышения производительности и снижения энергоемкости сварки в среде защитных газов.

Оборудование и материалы

Для проведения исследований сварочная дуга постоянного тока прямой полярности с силой тока в пределах 70-400 А горела вертикально между вольфрамовым неплавящимся электродом (диаметр - 2,44 мм) и поверхностью металла в среде защитного газа аргона (TIG welding). Сварочные эксперименты выполняли на пластинах размером 150*50*(2, 4, 6) мм из малоуглеродистой стали 3. Перед А-ТИГ сваркой на поверхность пластины наносили равномерный контролируемый слой активирующего флюса - SiO2 (диоксид кремния) шириной 5 мм и толщиной 20 мкм. Толщину слоя активатора контролировали специальным толщиномером ТП-34 на основе вихретокового преобразователя. Данные условия проведения эксперимента соответствуют реальному технологическому процессу сварки неплавящимся электродом (вольфрам) в среде защитного газа (аргон) на постоянном токе, который используется в промышленности для сварки изделий из стали, алюминия, меди, титана. Для сравнения

результатов и выявления положительного эффекта использовали в качестве плазмо-образующего газа аргон и смесь газов -аргон и +30% гелия. Источником питания послужил промышленный источник тока для сварки с напряжением холостого хода 70 В и максимальным током 450 А. Процесс горения дуги фиксировался цифровой зеркальной камерой SONY á 350 по методике, изложенной в работе [11]. Для измерения силы тока и напряжения выбрали цифровой осциллограф Tektronix TDC-1012B. Для изготовления активирующего флюса использовали пыль газоочистки электротермического производства кремния, содержащую компоненты в следующем соотношении, масс. %: SiO2 - 75-95, SiC - 4,011,0, Ссвоб - 3,0-7,0, MgO - 0,4-1,2, A^Oß -0,5-1,0, Fe2O 3 - 0,3-0,9, CaO - 1,0-2,0, прочее - 0,8-2,3. Для проведения исследований было приготовлено несколько активирующих гранулометрических составов шихты (таблица).

Физические свойства активирующего флюса _Physical properties of activating flux_

Свойства / Characteristics Активи рующий флюс / Activating flux

Макрочастицы SiO2 / Macroparticles of SiO2 Микрочастицы SiO2 / Microparticles of SiO2 Наночастицы SiO2/ Nanoparticles of SiO2

Размер частиц / Particle size 200-300, мкм / 200-300, |jm 30-70, мкм / 30-70, jm 40-80 нм / 40-80 nm

Насыпная плотность, г/см3 / о Apparent density, g/cm3 2,64 2,42 2,10

Первый состав имел размер частиц 150-300 мкм (макрокремнезем). Второй состав имел размер частиц не выше 100 мкм (наиболее эффективен с точки зрения максимального активирующего воздействия в

сварочной дуге [2, 3]). Третий состав активирующего флюса (нанокремнезем) был представлен соединениями кремния ультрадисперсной фракции на уровне наноча-стиц 40-80 нм [10].

Результаты исследований и обсуждение

На рис. 1 представлены результаты фотографирования процесса сварки без активирующего флюса (рис. 1, a) и с активирующим флюсом (рис. 1, Ь). Анализ фотографий процесса выявил, что передняя и хвостовая части поверхности сварочной ванны при А-ТИГ сварке с активирующим флюсом имеют форму с четко выраженным характерным углублением (лункой) вблизи центра кратера (рис. 1, Ь), Такого существенного углубления при ТИГ сварке без активирующего флюса не наблюдается (рис. 1, a). Наоборот, мы видим ровную поверхность жидкой ванны по всей площади пятна нагрева.

С повышением силы тока дуги при сварке с активирующими флюсами глубина этой лунки увеличивается при использовании всех исследуемых образцов любой толщины. Известно, что для интенсивного испарения металла его поверхность необходимо нагреть источником, имеющим плотность теплового потока в пятне нагрева порядка 1-105-1-106 Вт/см2 [12]. В процессе сварки с использованием активирующих флюсов, вследствие контрагирова-ния дуги на сварочном токе 200 А, плотность теплового потока составляет 1 -104 Вт/см2 и выше [12-14]. Полученные нами результаты свидетельствуют об эффективности увеличения проплавляющей способности дуги за счет уменьшения диа-

метра анодного пятна сварочной дуги. Активирующий флюс, который вводится в зону сварки, инициирует сжатие дуги и повышение плотности тока в ней. В результате повышается концентрация нагрева и увеличивается газодинамическое давление дуги на сварочную ванну, что сопровождается увеличением проплавляющей способности дуги и глубины проплавления [13, 14]. Эффект увеличения проплавляющей способности дуги определяется системой взаимосвязанных процессов, происходящих в сварочной ванне, столбе дуги и околодуговом пространстве. При плавлении флюса на поверхности сварочной ванны образуется экранирующая шлаковая фаза (рис. 1, Ь) с низкой электропроводностью, которая снижает поверхностное натяжение расплавленного металла и увеличивает прогиб сварочной ванны. Давление электрической дуги на поверхность сварочной ванны при увеличении ее прогиба приводит к вытеснению расплавленного металла и уменьшению толщины жидкой прослойки под дугой, теплопередача при этом улучшается, а глубина проплавления увеличивается. Экранирование сварочной ванны шлаком с низкой электропроводностью вызывает уменьшение диаметра анодного пятна, в результате чего плотность тока в нем резко возрастает. При этом общее электропроводное сечение столба дуги

уменьшается, а концентрация тепловой энергии и плотность тока в нем значительно увеличиваются. Сжатие анодного пятна и контрагирование столба дуги приводят к сосредоточению энергии в анодном пятне и увеличению глубины проплавления. На рис. 2 приведены осциллограммы, показывающие увеличение напряжения при сварке с активирующим флюсом при равных значениях тока. Эти результаты свидетельствуют об увеличении эффективной тепловой мощности сварочной дуги при сварке с использованием активирующего флюса.

a

В то же время известно, что напряжение дуги в гелии в 1,5-2 раза выше, чем в аргоне; при одной и той же силе тока при сварке в среде гелия выделяется больше тепла, чем при сварке в аргоне; проплавляющая способность дуги в гелии также выше, чем в аргоне [13, 14].

В нашем случае напряжение на дуге в чистом аргоне составляло 12-15 В; в чистом аргоне с использованием активирующего флюса - 16-20 В; при сварке в смеси газов (аргон+30 % гелия) без активирующего флюса -20-26 В.

b

Рис. 1. Изменение строения сварочной дуги при аргонодуговой сварке пластин из стали 3 толщиной 4 мм (cила постоянного тока прямой полярности - 100 А, длина дуги - 2 мм, скорость сварки - 14 см/мин): a - без флюса; b - по активирующему флюсу^Ю2 Fig. 1. Change in the welding arc structure under argon arc welding of 4 mm thick steel 3 plates (strength of direct current straight polarity- 100A, arc length - 2 mm, welding speed - 14 cm/min): a - without

flux; b - by SiO2 activating flux

Tek Ji_ ♦ i

ТМ 110Д4

Я

Вошт/ди

ш

Пробник 10К Нщлжпте

Тек Ji_ И

CH1+200V СН2 100mV М 2.504 CHI /OjOOV

20-Ма*-151153 <10Нг

CH1+200V СН2 100mV М 2.504 CHI / OjOOV

20-NWM5 1202 <10Нг

a b

Рис. 2. Осциллограммы тока и напряжения сварочной дуги: a - без флюса; b - с флюсом Fig. 2. Oscillographs of welding arc current and voltage: a - without flux; b - with flux

По тепловой мощности сварочная дуга в аргоне с активирующим флюсом приближается к сварочной дуге в смеси газов, но по проплавляющей способности превосходит ее [13, 14]. Повышение проплавляющей способности дуги при сварке с активирующим флюсом изменяет условия формирования сварных швов. Швы формируются узкими и глубокими, клинообразной формы (рис. 3, Ь). Отношение ширины к глубине (коэффициент формы шва) в наших экспериментах составлял 0,5-1,5, что в 2,5-3 раза меньше, чем при сварке без активирующего флюса. По всей видимости, повышенная проплавляющаяся способность обусловлена концентрацией теплового потока в пятне нагрева (коэффициент сосредоточенности теплового источника) [12, 13]. В ходе экспериментов установлено, что размер частиц активирующего флюса оказывает существенное влияние на проплавляющую способность сварочной дуги. Все три исследованных нами состава активирующих флюсов показывают положительный эффект: проплавляющая способность сварочной дуги повышается. По сравнению с макро- и микрочастицами ЭЮ2 наночастицы ЭЮ2 имеют большую эффективность. В режиме дугового нагрева и испарения термическая диссоциация и разложение наночастиц диоксида кремния

SiO2 происходит гораздо быстрее, чем термическая диссоциация и разложение микрочастиц диоксида кремния SiO2. В результате наночастицы диоксида кремния SiO2 при сварке оказывают большое влияние на проплавляющую способность дуги по сравнению с микрочастицами диоксида кремния SiO2, что приводит к увеличению глубины проплавления на 50-70%.

Представленные выше результаты исследований являются предварительными, так как в дальнейшем необходимо проделать большой объем работ и рассмотреть комплексно вопрос о применении активирующих флюсов при сварке в защитных газах не только с позиции формообразования сварного шва, но и с позиции структурообразования в зоне термического влияния и изменения механических свойств сварных изделий.

Таким образом, проведенные исследования показали, что использование отходов металлургического производства позволяет получать новые технологические материалы, которые по своим физико-химическим свойствам не уступают природным материалам. Сочетание исключительных теплофизических, механических и физико-химических свойств частиц нано-кремнезема делает его уникальным материалом для многих отраслей техники и

b

а

Рис. 3. Поперечный разрез зоны проплавления при сварке в аргоне (сила тока - 80 А, длина дуги - 2 мм, скорость сварки - 18 см/мин): а - без активирующего флюса; b - с активирующим

флюсом (нанокремнезем); в качестве связующего использован термостойкий лак Fig. 3. Cross section area of the penetration zone under welding in argon (current strength - 80A, arc length - 2 mm, welding speed - 18 cm/min): a - without activating flux; b - with activating flux (nanosilica); heat-resistant

lacquer is used as a bonding agent

предопределяет основное направление его применения, как материал для модифици-

рующих и активирующих составов флюсов в металлургии и машиностроении.

Выводы

1. Ранее разработанная технология получения целевого конечного продукта из вторичного сырья - отходов металлургического производства - позволила применить извлеченный продукт в качестве активирующего флюса. По сравнению с традиционным способом применение активирующих флюсов обеспечивает уменьшение погонной энергии при однопроходной сварке металла одинаковой толщины в 2-4 раза.

2. Показано, что в режиме сварочно-дугового нагрева, испарения термическая диссоциация и разложение наночастиц диоксида кремния ЭЮ2 происходит быстрее, чем термическая диссоциация и разложение микрочастиц диоксида кремния ЭЮ2. Это приводит к максимальной проплавляющей способности сварочной дуги за счет повышения эффективной тепловой мощности сварочного источника нагрева. Использование наночастиц диоксида кремния позволит уменьшить энергоемкость

процесса на 30-50%.

3. Использование активирующего флюса, имеющего в своем составе наноча-стицы диоксида кремния SiO2, при сварке в защитных газах позволяет увеличить проплавляющую способность дуги в 2-4 раза и повысить производительность сварки на пониженных токах.

Статья подготовлена с использованием результатов работ, выполненных в ходе проекта 02.G25.31.0174 «Разработка комплексной ресурсосберегающей технологии и организация высокотехнологичного производства наноструктур на основе углерода и диоксида кремния для улучшения свойств строительных и конструкционных материалов» в рамках Программы реализации комплексных проектов по созданию высокотехнологичного производства, утвержденных постановлением Правительства РФ № 218 от 9 апреля 2010 г.

Библиографический список

1. Акулов А.И., Бельчук Г.А, Демянцевич В.П. Технология и оборудование сварки плавлением. М.: Машиностроение, 1977. 432 с.

2. Савицкий М.М., Кушниренко Б.Н., Олейник О.И. Особенности сварки сталей вольфрамовым электродом с активирующими флюсами // Автоматическая сварка. 1999. № 12. С. 20-28.

3. Паршин С.Г. Электродуговая сварка с применением активирующих флюсов. Самара: Самарский научный центр РАН, 2006. 380 с.

4. Савицкий А.М., Савицкий М.М., Шкрабалюк Ю.Н. Особенности повышения производительности сварки плавящимся электродом в защитных газах за счет активации дуги // Проблемы машиностроения, 2014. Т. 17. № 2. С. 62-67.

5. Еромасов Р.Г., Никифорова Э.М. Спектор Ю.Е. Утилизация отходов алюминиевого производства в керамической промышленности // Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии, 2012. № 4. С. 442-453.

6. Кондратьев В.В., Немаров А.А., Иванов Н.А., Кар-лина А.И., Иванчик Н.Н. Теория и практика процессов флотационного обогащения наноразмерных сред: монография. Иркутск: Изд-во Иркутского национального исследовательского технического университета, 2015. 160 с.

7. Кондратьев В.В., Карлина А.И., Немаров А.А., Иванов Н.Н. Результаты теоретических и практических исследований флотации наноразмерных крем-нийсодержащих структур // Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии. 2016. Т. 9. С. 657-670.

8. Nemarov A., Lebedev N., Kondrat'ev V., Kornyakov M., Karlina A.. Theoretical and experimental research of parameters of pneumatic aerators and elementary cycle flotation // International Journal of Applied Engineering Research. 2016. T. 11. № 20. C. 10222-10226.

9. Кондратьев В.В., Немчинова Н.В., Иванов Н.А. Сысоев И.А. Новые технологические решения по переработке кремниевого и алюминиевого производств // Металлург, 2013, № 5, С. 92-94.

10. Senff L., Hotza D. Repette W.L., Ferreira V.M., Labrincha J.A. Effect of nanosilica and microsilica on microstructure and hardened properties of cement pastes and mortars. Advances in Applied Ceramics. 2010. T. 109. № 2, C. 104-110.

11. Балановский А.Е. Визуализация процесса нагрева и плавления металла в анодной области при дуговом разряде с неплавящимся электродом // Теплофизика высоких температур, 2016, Т. 54, № 5. С. 663-668.

12. Лесков В.Г. Электрическая сварочная дуга. М.: Машиностроение, 1970. 334 с.

13. Балановский А.Е., Нестеренко Н.А. Влияние теп-лофизических свойств материала катода на величину катодного падения потенциала в дуговом разря-

де // ТВТ. 1992. Т.30. № 5. С. 1029-1031. 14. Балановский А.Е. Нестеренко Н.А. К вопросу об эффективном потенциале // Сварочное производство. 1991. № 10. С. 31-43.

References

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

1. Akulov A.I., Bel'chuk G.A, Demyantsevich V.P. Tekhnologiya i oborudovanie svarki plavleniem [Fusion welding technology and equipment]. Moscow, Mashi-nostroenie Publ., 1977, 432 p. (In Russian)

2. Savitskii M.M., Kushnirenko B.N., Oleinik O.I. Oso-bennosti svarki stalei vol'framovym elektrodom s aktivi-ruyushchimi flyusami [Features of gas tungsten arc welding of steel in the presence of activating fluxes]. Avtomaticheskaya svarka [Automated welding].1999, no. 12, pp. 20-28. (In Russian)

3. Parshin S.G. Elektrodugovaya svarka s primeneniem aktiviruyushchikh flyusov [Arc welding with the application of activating fluxes]. Samara, Samara's Science Center RAS Publ., 2006, 380 p. (In Russian)

4. Savitskii A.M., Savitskii M.M., Shkrabalyuk Yu.N. Osobennosti povysheniya proiz-voditel'nosti svarki plavyashchimsya elektrodom v zashchitnykh gazakh za schet aktivatsii du-gi [Features of increase of productivity of welding a consumable electrode in gas shielded at the expense of arc activation]. Problemy mashi-nostroeniya [Problems of mechanical engineering]. 2014, vol. 17, no. 2, pp. 62-67. (In Russian)

5. Eromasov R.G., Nikiforova E.M. Spektor Yu.E. Utili-zatsiya otkhodov alyuminievogo proizvodstva v keram-icheskoi promyshlennosti [Recycling of waste aluminum production in the ceramic industry]. Zhurnal Sibirskogo Federal'nogo Universiteta. Tekhnika i tekhnologii [Journal of Siberian Federal University. Engineering and technologies]. 2012, № 4, pp. 442-453. (In Russian)

6. Kondrat'ev V.V, Nemarov A.A., Ivanov N.A., Karlina A.I., Ivanchik N.N. Teoriya i praktika protsessov flo-tatsionnogo obogashcheniya nanorazmernykh sred: monografiya [Theory and practice of the processes of nanoscale environment flotation concentration: monograph]. Irkutsk, Irkutsk national research technical university Publ., 2015, 160 p. (In Russian)

7. Kondrat'ev V.V., Karlina A.I., Nemarov A.A., Ivanov N.N. Rezul'taty teoretiche-skikh i prakticheskikh issledovanii flotatsii nanorazmernykh kremniisoderzhashchikh struktur [The results of theoretical and practical studies of flotation of nanoscale silicon structures]. Zhurnal Sibirskogo federal'nogo universiteta. Tekhnika i

Критерии авторства

Иванчик Н.Н., Балановский А.Е., Кондратьев В.В., Тютрин А.А., Кузьмин М.П. имеют на статью равные авторские права и несут равную ответственность за плагиат.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Статья поступила 01.10.2016 г.

tekhnologii [Journal of Siberian Federal University. Engineering and technologies]. 2016, vol. 9, pp. 657-670. (In Russian)

8. Nemarov A., Lebedev N., Kondrat'ev V., Kornyakov M., Karlina A. Theoretical and ex-perimental research of parameters of pneumatic aerators and elementary cycle flotation. International Journal of Applied Engineering Research. 2016, vol. 11, no. 20, pp. 10222-10226.

9. Kondrat'ev V.V., Nemchinova N.V., Ivanov N.A. Sysoev I.A. Novye tekhnologicheskie resheniya po pererabotke kremnievogo i alyuminievogo proizvodstv [New technological solutions for processing silicon and aluminum industries] Metallurg [Metallurgist] 2013, no 5, pp. 92-94. (In Russian)

10. Senff L., Hotza D. Repette W.L., Ferreira V.M., Labrincha J.A. Effect of nanosilica and microsilica on microstructure and hardened properties of cement pastes and mortars. Advances in Applied Ceramics. 2010, vol. 109, no. 2, pp. 104-110.

11. Balanovskii A.E. Vizualizatsiya protsessa nagreva i plavleniya metalla v anodnoi oblasti pri dugovom razryade s neplavyashchimsya elektrodom [Visualization of the process of metal heating and melting in the anode area under the electric arc with a nonconsuma-ble electrode] Teplofizika vysokikh temperatur [High Temperature]. 2016, vol. 54, no. 5, pp. 663-668. (In Russian)

12. Leskov V.G. Elektricheskaya svarochnaya duga [Electrical welding arc]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1970, 334 p. (In Russian)

13. Balanovskii A.E., Nesterenko N.A. Vliyanie teplofizi-cheskikh svoistv materiala katoda na velichinu katod-nogo padeniya potentsiala v dugovom razryade [Influence of cathode material thermo-physical properties on the value of cathode potential drop in arc discharge]. TVT Publ., 1992, vol. 30, no. 5. pp. 1029-1031. (In Russian)

14. Balanovskii A.E. Nesterenko N.A. K voprosu ob effektivnom potentsiale [On the problem of effective potential]. Svarochnoe proizvodstvo [Welding industry]. 1991, no. 10, pp. 31-43. (In Russian)

Authorship criteria

Ivanchik N.N., Balanovskiy A.E., Kondratiev V.V., Tyutrin A.A., Kuzmin M.P. have equal authors' rights and bear equal responsibility for plagiarism.

Conflict of interests

The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.

The article was received 01 October 2016

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.