CC BY
6
Computational nanotechnology
Т. 6, № 3,2019
ISSN 2313-223X
05.02.10
СВАРКА, РОДСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ И ТЕХНОЛОГИИ
(технические науки)
DOI: 10.33693/2313-223Х-2019-6-3-27-31 УДК 621.791.75.042
ПОДБОР ПЛАСТИФИКАТОРОВ ДЛЯ ПОКРЫТИЙ СВАРОЧНЫХ ЭЛЕКТРОДОВ ИЗ РУДНО-МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН1
Саидов Рустам Маннапович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник Института материало-вения НПО «Физика-Солнце» Академия Наук Республики Узбекистан. Ташкент, Узбекистан. E-mail: saidov_r@ yahoo.com
МусаевАлишер Мусаевич, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник Института геологии и геофизики. Германия, Узбекистан. E-mail: am_musaev@rambler.ru
Жуманиязов Денис Икромович, младший научный сотрудник Института геологии и геофизики. Ташкент, Узбекистан. E-mail: denisbey@list.ru
Гафуров Бахадир Хафизович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник Института материало-вения НПО «Физика-Солнце» Академия Наук Республики Узбекистан. Ташкент, Узбекистан. E-mail: gbakhadir@ gmail.com
Рахимова Фатима Маратовна, младший научный сотрудник Института материаловедения НПО «Физика-Солнце» Академия Наук Республики Узбекистан. Ташкент, Узбекистан. E-mail: f.rakhimova@imssolar.uz
Авралов Музафар Махмудович, старший преподаватель Ташкентского Государственного Технического Университета. Ташкент, Узбекистан. E-mail: abralovl978@mail.ru
Аннтоация. В настоящей статье приведены результаты исследований по изучению влияния волластонитовый концентрата, полученного из волластонитовой руды Койташского месторождения Республики Узбекистан, на свойства покрытий сварочных электродов. Полученные результаты исследований позволили выявить зависимость давления прессования электродов от содержания волластонитового концентрата в электродном покрытии, согласно которым введение волластонитового концентрата в состав покрытия основного вида благоприятствует улучшению пластических свойств обмазочных масс. Также проведены исследования влияния волластонитового концентрата на стабильность горения дуги сварочного электрода, которые показали на увеличение разрывной длины дуги и повышение устойчивости его горения при введении в состав электродных покрытий волластонитового концентрата. Кроме этого, выявлено благоприятное влияние волластонитового концентрата на измельчение капель электродного металла и улучшение формирования сварных швов.
Ключевые слова: ручная дуговая сварка, сварочные электроды, волластонитовый концентрат, сварочно-технологические свойства электродов, сварные швы.
Введение
В качестве материалов электродных покрытий используют порошки различных веществ: минералов, руд, концентратов руд, ферросплавов, лигатур, чистых металлов, химикатов, силикатов, карбонатов, органических соединений и др. Покрытие служит для улучшения устойчивости горения дуги, создания газовой и шлаковой защиты сварочной ванны и металла шва, раскисления жидкого металла, легирования, микролегирования и рафинирования сварочной ванны. В состав покрытия входят стабилизирующие или ионизирующие
компоненты, газообразующие и шлакообразующие компоненты, раскисляющие, легирующие, микролегирующие и рафинирующие компоненты, связующие компоненты и пластификаторы. Такое подразделение является условным, так как некоторые компоненты выполняют одновременно несколько функций.
Пластификаторы - это вещества, придающие обмазочной массе лучшие пластические и экструзивные свойства. В электродном производстве применяют следующие пластификаторы: минеральные (каолин, бентонит, тальк,
1 Настоящая работа выполнена в рамках прикладного проекта Государственной научно-технической программы Республики Узбекистан за N° ФА-Атех-2018-32 на тему «Разработка импортозамещающих сварочных электродов на базе местного сырья для сварки конструкционных сталей».
СВАРКА, РОДСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ И ТЕХНОЛОГИИ технические науки
слюда, волластонит), органические (целлюлоза, крахмал, декстрин, древесная мука, лигнин, карбоксиметелцеллюло-за, альгинаты натрия и кальция), химикаты (поташ полутора-водный, сода кальцинированная).
Бентонит содержит конституционную влагу, которая удаляется при температуре нагрева более 640 °С, т.е. при довольно высокой температуре. В этом отношении более совершенными пластификаторами являются каолин, тальк и слюда. Конституционная влага, которая содержится в этих минералах, повышает окислительный потенциал покрытия и тем самым обеспечивает интенсивную десорбцию водорода на стадии охлаждения сварочной ванны и предотвращает образование пор в металле сварочного шва. С увеличением концентрации каолина, талька и слюды в покрытии электрода увеличивается переход водорода в наплавленный металл. Образование водорода в атмосфере дуги происходит в результате разложения конституционной влаги. Учитывая то, что содержание водорода в металле, наплавленном электродами с основным покрытием очень жестко регламентируется, использование каолина, талька и слюды в покрытиях этих электродов весьма ограничено. Особенно это относится к каолину, у которого содержание конституционной влаги более чем в три раза превосходит содержание ее в тальке и слюде.
Среди органических пластификаторов очень эффективными являются карбоксиметилцеллюлоза, электродная целлюлоза, альгинаты натрия и кальция. Даже при введении их в количестве 0,5-1,5% пластичность обмазочной массы резко возрастает. Однако при этом происходит и резкое повышение содержания водорода в наплавленном металле, что особенно недопустимо при использовании электродов с основным видом покрытия.
В этой связи перспективным представляется использование природного волластонита - минерала, не содержащего конституционную влагу и других веществ, имеющих в своем составе водород. Волластонит вводится в состав электродного покрытия не только в качестве пластификатора, но также как шлакообразующий и стабилизирующий компонент.
Волластонит уникален среди промышленных минералов благодаря сочетанию белого цвета, игольчатой формы кристаллов и щелочному рН [1-5]. Промышленные сорта волластонита обычно обладают высокой степенью очистки, так как значительная часть побочных примесей извлекается в ходе влажной обработки и/или высокоинтенсивного магнитного разделения. Обычно сопутствующими волластониту минералами являются кварц, кальцит, ди-опсид, гранат и прегнит. Эти включения - результат естественного образования волластонита путем контактного метаморфизма кварца и известняка в соответствии со следующей формулой:
СаС03 + ЭЮ2 < СаБЮ3 + С02.
Кальцит Кварц Волластонит Диоксид
углерода
Структура волластонита (рис. 1) характеризуется повторяющимися, переплетенными тройными четырехгранниками кварца. Цепочки, формируемые этими кварцевыми четырехгранниками соединены по сторонам через кальций, образуя восьмигранники. Благодаря такой структуре, волластонит растет как игольчатый кристалл и сохраняет эту игольчатую структуру при расщеплении.
05.02.10
Рис. 1. Структура волластонита
Обсуждение результатов
В работе исследовали волластонитовый концентрат, полученный из волластонитовой руды Койташского месторождения. Содержание волластонита в концентрате составляло 75%. Его химический состав (%): 48,60 БЮ2, 37,0 СаО, 6,62 А1203,1,38 М§0, 0,72 Ре203, 0,55 Ыа20, 0,49 К20, 3,84 М§С03, 1,43 СаС03.
Согласно результатам исследований влияния волласто-нитового концентрата на прессуемость покрытий сварочных электродов получена зависимость давления прессования Р от содержания волластонитового концентрата в электродном покрытии (рис. 2), которая имеет очень высокую корреляционную связь между этими показателями (Я2 > 0,81). Как показывает этот график, введение волластонитового концентрата в состав покрытия основного вида благоприятствует улучшению пластических свойств обмазочных масс. С увеличением волластонитового концентрата в покрытии до 7% позволяет снизить давление прессования при содержании жидкого стекла к массе сухой шихты берется в пределах 20-24%.
Содержание волластонитового концентрата в покрытии, %
Рис. 2. Зависимость давления прессования Р от содержания волластонитового концентрата в электродном покрытии при содержании жидкого стекла
Улучшение пластических свойств обмазочных масс при введение в состав покрытия волластонитового концентрата связано с ярко выраженной волокнисто-игольчатой формой частиц: отношение длины частиц к ширине колеблется в пределах от 3 : 1 до 10 : 1 (рис. 3). При этом снижаются возникающие напряжения сдвига при течении массы в процессе опресовки электродов и соответственно давление экструзии.
ПОДБОР ПЛАСТИФИКАТОРОВ ДЛЯ ПОКРЫТИЙ СВАРОЧНЫХ ЭЛЕКТРОДОВ ИЗ РУДНО-МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН Caudoe P.M., Мусаев A.M., Жуманиязов Д.И., Гафуров Б.Х., Рахимова Ф.М., Авралов М.М.
Рис. 3. Микроиглы волластонита (х1700)
В ходе реализации настоящих исследований проводилось изучение влияния волластонитового концентрата на стабильность горения дуги сварочного электрода. Показателем стабильного горения дуги сварочных электродов является разрывная длина, которую определяли на установке, представленной на рис. 4. Сварка осуществлялась на постоянном токе обратной полярности, питая дугу от выпрямителя инверторного типа марки Jasic TIG - 200Р.
Результаты изучения влияния волластонитового концентрата в составе покрытия на устойчивость горения сварочной дуги представлены на рис. 5.
В соответствии с этой зависимостью, с повышением содержания волластонитового концентрата в электродном покрытии увеличивается величина разрывной длины дуги (рис. 5). Этот эффект объясняется тем, что в состав волластонитового концентрата входят оксиды щелочных и щелочноземельных металлов, которые облегчают ионизацию газа и способствует повышению устойчивости горения сварочной дуги.
Рис. 4. Установка для проведения тестов по определению разрывной длины дуги (о) и разрывная длина дуги /. (б)
• 1= 160 А ■ 1=180 А
< > ▲ Г= 200 А
4 Г""-— R2 = 0,766
1____1 1 ?2 = 0,858
^----- ■ I 1
г ?2 = 0,880
1 2 3 4 5 6 7
Содержание волластонитового концентрата в покрытии, %
1 2 3 4 5 6 7
Содержание волластонитового концентрата в покрытии, %
Рис. 5. Зависимость разрывной длины дуги (/) от содержания волластонитового концентрата в электродном покрытии при напряжении на дуге
Рис. 6. Зависимость размера капель электродного металла от содержания волластонитового концентрата в электродном покрытии при различных величинах сварочного тока
ISSN 2313-223Х
Т. 6, № 3, 2019
Computational nanotechnology
29
05.02.10
Рис. 7. Внешний вид сварных швов (х2) выполненных электродами без волластонитового концентрата (о) и с содержанием 5% волластонитового концентрата (б) при сварке на постоянном токе обратной полярности
(величина сварочного тока 180 А)
СВАРКА, РОДСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ И ТЕХНОЛОГИИ (технические науки)
При введении волластонитового концентрата в состав покрытия основного вида наблюдается измельчение капель электродного металла (рис. 6) и получение металла сварных швов с мелкочешуйчатой структурой (рис. 7).
С увеличением содержания волластонитового концентрата и величины сварочного тока наблюдается уменьшение размера капель электродного металла, способствующего повышению стабильности дуги, уменьшению потерь электродного металла на разбрызгивание и улучшению формирования металла шва. Это, по-видимому, можно объяснить улучшением смачиваемости капли жидкого металла и сварочной ванны шлаком.
Заключение
1. Полученные в настоящей работе результаты показали, что введение в состав электродных покрытий волластонитового концентрата, полученного из волластони-товой руды Койташского месторождения Республики Узбекистан благоприятно отражается на свойствах сварочных электродов.
2. Установлено улучшение пластических свойств обмазочных масс при введение в состав покрытия волластонитового концентрата, которое может быть связано с волокнисто-игольчатой формой частиц. При этом снижаются возникающие напряжения сдвига при течении массы в процессе опресовки электродов и соответственно давление экструзии.
3. Также выявлено, что с повышением содержания волластонитового концентрата в электродном покрытии улучшаются сварочно-технологические свойства сварочных электродов. В частности, наблюдается увеличение величины разрывной длины дуги и повышение устойчивости ее горения. Это объясняется наличием в составе волластонитового концентрата оксидов щелочных и щелочноземельных металлов, которые облегчают ионизацию газа в сварочной дуге.
4. Определено влияние волластонитового концентрата на измельчение капель электродного металла и получение металла сварных швов с мелкочешуйчатой структурой.
Литература
1. Архипов И.И. Строительная керамика. 1975, 496 с.
2. Ladoo R.B. Wollastonite-A New Industrial Mineral // Engineering and Mining J. November 1950.
3. Engelhardt C.L. Calcium Metasilicate-An Extender Pigment// American Paint & Coatings J. September 10, 1979.
4. Hare C.H. Wright, S.T. An Examination of the Contribution of Functional Extender Pigments to Inhibitive Epoxy Metal Primers. Private publication of Clive H. Hare Inc. 1983.
5. Hare C.H. The Evolution of Calcium Metasilicate in Paint and Coatings // Mod. Paint and Coatings. November 1993. Vol. 83 (12).
РЕЦЕНЗИЯ
на статью канд. техн. наук Саидова, канд. геол.-минерал. наук A.M. Мусаева, Д.И. Жуманиязова, канд. техн. наук Б.Х. Гафурова, Ф.М. Рахимовой, М.М. Абралова «Подбор пластификаторов для покрытий сварочных электродов из рудно-минерального сырья
Республики Узбекистан»
В настоящей статье приведены результаты исследований по изучению влияния волластонитовый концентрата, полученного из волластонитовой руды Койташского месторождения Республики Узбекистан, на свойства покрытий сварочных электродов.
Целью данных исследований являлось подбор пластификатора для покрытий сварочных электродов из рудно-мине-рального сырья Республики Узбекистан и изучение его влияния на сварочно-технологические свойства электродного покрытия.
В настоящей работе в качестве пластификатора для покрытий сварочных электродов был использован волластонитового концентрата, полученный из волластонитовой руды Койташского месторождения Республики Узбекистан.
Введение волластонитового концентрата в состав электродного покрытия позволило улучшить пластические свойств обмазочных масс, которое авторы связывают с волокнисто-игольчатой формой частиц. При этом они отмечают о снижении возникающих напряжения сдвига при течении массы в процессе опресовки электродов и давления экструзии.
SELECTION OF PLASTICIZERS FOR WELDING ELECTRODES COATINGS FROM THE ORE-MINERAL RAW MATERIALS OF THE REPUBLIC OF UZBEKISTAN Saidov R.M., Musaev A.M., Jumaniyazov D.I., Gafurov B.Kh., Rakhimova F.M., Abralov M.M.
В настоящей работе установлена связь между содержанием волластонитового концентрата в электродном покрытии и сварочно-технологическими свойствами сварочных электродов. В частности, авторы отмечают, что увеличение содержание волластонитового концентрата способствует повышению величины разрывной длины дуги и устойчивости ее горения. Они объясняют этот эффект наличием оксидов щелочных и щелочноземельных металлов в составе волластонитового концентрата, которые облегчают ионизацию газа в сварочной дуге.
Также, авторами, выявлено влияние волластонитового концентрата на измельчение капель электродного металла и получение металла сварных швов с мелкочешуйчатой структурой, способствующего повышению стабильности дуги, уменьшению потерь электродного металла на разбрызгивание и улучшению формирования металла шва. Это они объясняют улучшением смачиваемости капли жидкого металла и сварочной ванны шлаком.
Работа выполнена на высоком научно-техническом уровне и может быть опубликована в открытой печати.
Доктор технических наук, РХ. Рахимов
DOI: 10.33693/2313-223X-2019-6-3-27-31
SELECTION OF PLASTICIZERS FOR WELDING ELECTRODES COATINGS FROM THE ORE-MINERAL RAW MATERIALS OF THE REPUBLIC OF UZBEKISTAN
Saidov Rustam Mannapovich, PhD, leader research of the Institute of Material Sciences, SPA "Physics-Sun" Academy of Science of Uzbekistan. Tashkent, Uzbekistan. E-mail: saidov_r@yahoo.com
Musaev Alisher Musaevich, PhD, leader research of the Institute of Geology and Geophysics. Tashkent, Uzbekistan, E-mail: am_musaev@rambler.ru
Jumaniyazov Denis Ikromovich, senior research of the Institute of Geology and Geophysics. Tashkent, Uzbekistan. E-mail: denisbey@list.ru
Gafurov Bakhadir Khavizovich, PhD, leader research of the Institute of Material Sciences, SPA "Physics-Sun" Academy of Science of Uzbekistan. Tashkent, Uzbekistan. E-mail: gbakhadir@gmail.com
Rakhimova Fatima Maratovna, senior research of the Institute of Material Sciences, SPA "Physics-Sun" Academy of Science of Uzbekistan. Tashkent, Uzbekistan. E-mail: f.rakhimova@imssolar.uz
Abralov Muzafar Makhmudovich, senior lecturer of Tashkent State Technical University. Tashkent, Uzbekistan. E-mail: abralovl978@mail.ru
Abstract. At this article presented the results of studies on the influence of wollastonite concentrate obtained from wollastonite ore of the Koytash deposit of the Republic of Uzbekistan on the properties of coatings of welding electrodes. The obtained results revealed the dependence of the pressing pressure of the electrodes on the content of wollastonite concentrate in the electrode coating, according to which the introduction of wollastonite concentrate in the coating of the base type is conducive to improving the plastic properties of the coating masses. Also, studies of the effect of wollastonite concentrate on the arc stability of the welding electrode, which showed an increase in the breaking length of the arc and increase the stability of its combustion when introduced into the electrode coatings of wollastonite concentrate. In addition, the favorable effect of wollastonite concentrate on the grinding of electrode metal droplets and the improvement of the formation of welds was revealed.
Key words: manual arc welding, welding electrodes coatings, wollastonite concentrate, welding and technological properties of electrodes, weld beads.
Reference list
1. Arkhipovl.l. Building ceramics. 1975,496 p.
2. Ladoo R.B. Wollastonite-A New Industrial Mineral. Engineering and Mining J. November 1950.
3. Engelhard C.L. Calcium Metasilicate-An Extender Pigment. American Paint & Coatings J. September 10, 1979.
4. Hare C. H., Wright S.T. An Examination of the Contribution of Functional Extender Pigments to Inhibitive Epoxy Metal Primers. Private publication of Clive H. Hare Inc. 1983.
5. Hare C.H. The Evolution of Calcium Metasilicate in Paint and Coatings. Mod. Paint and Coatings. November 1993. Vol. 83 (12).
ISSN 2313-223X
T. 6, № 3, 2019
Computational nanotechnology
31
