Григоров Игорь Юрьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры машиностроительных технологий и оборудования
ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040, Российская Федерация
Igor Yu. Grigorov, Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor of the Mechanical Engineering Technologies and Equipment Department
50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040, Russian Federation
Гречухин Александр Николаевич, кандидат технических наук, доцент, кафедра машиностроительных технологий и оборудования
ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040, Российская Федерация
Alexander N. Grechukhin, Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor, Machine-Building Technologies and Equipment Department
50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040, Russian Federation
Чернышев Илья Андреевич, руководитель
ул. Максима Горького, д. 34, г. Курск 305000, Российская Федерация
Ilya A. Chernyshev, Head, Regional Engineering Center
34 Maxim Gorky str., Kursk 305000, Russian Federation
Цель исследования. Статья посвящена металлографическому исследованию структуры характерных зон образцов, полученных методом послойного построения электрической дугой в среде защитного газа. Образцы для исследования микроструктуры были получены с применением лабораторного стенда, содержащего мехатронную систему с числовым программным управлением, обеспечивающую позиционирование устройства для подачи присадочного материала в виде проволоки относительно рабочего стола по трем управляемым координатным осям. Формирование образцов осуществлялось на приемную поверхность из стали 3, материал для послойного построения – легированная сталь Св-09Г2С, источник питания электрической дуги – сварочный аппарат инверторного типа Кедр MIG-160GDM, защищенная атмосфера – среда защитного газа (аргон+углекислый газ). Послойное формирование экспериментальных образцов было реализовано с применением следующих схем: в горизонтальной плоскости приемной поверхности; в вертикальной плоскости приемной поверхности. Подготовка к металлографическому исследованию осуществлялась в соответствии с ГОСТ 5639-82 «Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна», ГОСТ Р 57180-2016 «Соединения сварные. Методы определения механических свойств, макроструктуры, микроструктуры». В результате проведенных исследований выявлено наличие пустот и непроваров между соседними единичными слоями в горизонтальной плоскости; материал приемной поверхности в зоне корневого прохода и зоне термического влияния имеет структуру, характеризуемую более низкими физико-механическими свойствами, а так же более низкой коррозионной стойкостью по сравнению с материалом приемной поверхности. Материал образцов, сформированных в вертикальной плоскости, имеет структуру, схожую по размеру зерен с материалом приемной поверхности, материалом построения.
Методы. В процессе выполнения работ были применены методы исследования микроструктуры.
Результаты. В результате выполнения работ по настоящему исследованию выявлено, что при формировании единичных слоев на приемной поверхности в горизонтальной плоскости имеет место образование критических дефектов – пустот и «непроваров». Зона термического влияния, зона корневого прохода содержит микроструктуру металла, обладающую более низкими по сравнению с материалом приемной поверхности, физико-механическими характеристиками и коррозионной стойкостью.
Заключение. При формировании изделий методом послойного построения электрической дугой в защищённой атмосфере необходимо учитывать следующие технологические особенности процесса: с целью предотвращения образования критических дефектов при послойном построении слоев в горизонтальной плоскости, необходимо установить диапазон значений коэффициента перекрытия слоев; с целью обеспечения создания однородных структур металла в зоне сплавления приемной поверхности и материала построения, а так же минимизации размеров зоны термического влияния и зоны корневого прохода, необходимо построение слоев производить с использованием приемной поверхности из материалов, максимально соответствующих по химическому составу материалу построения.
Purpose of research. The article is devoted to the metallographic study of the structure, as well as the elemental composition of the characteristic zones of samples obtained by the method of layer-by-layer construction of an electric arc in a protected atmosphere. The samples for the study were obtained using a mechatronic system with numerical control, which provides positioning of the device for feeding the filler material in the form of a wire along three coordinate axes. The samples were formed on a receiving surface made of steel 3, the material for layer–bylayer construction was alloy steel Sv–09G2S, the electric arc power source was an inverter-type welding machine Cedar MIG–160GDM, the protected atmosphere was a protective gas environment. The layered formation of experimental samples was implemented using the following schemes: in the horizontal plane; in the vertical plane. Preparation for metallographic examination was carried out in accordance with GOST 5639-82 "Steels and alloys. Methods of detection and determination of grain size", GOST R 57180-2016 "Welded joints. Methods for determining mechanical properties, macrostructure, microstructure". The elemental composition of the obtained samples was carried out by X-ray fluorescence analysis using the X-MET 5100 analyzer. As a result of the conducted studies, the presence of voids between single layers in the horizontal plane was revealed; the material of the receiving surface in the root passage zone and the zone of thermal influence have a structure with lower physical and mechanical properties, as well as lower corrosion resistance compared to the material of the receiving surface. The material of the samples formed in the vertical plane has a structure similar in grain size to the material of the receiving surface
Methods. In the course of the work, methods of microstructure research, as well as elemental analysis were applied
Results. As a result of the work performed on this study, it was revealed that during the formation of single layers on the receiving surface in the horizontal plane, the formation of critical defects - voids and "non-vapors" takes place. The zone of thermal influence, the zone of the root passage contains a metal microstructure that has lower physical and mechanical characteristics and corrosion resistance compared to the material of the receiving surface
Conclusion. When forming products by the method of layer-by-layer construction of an electric arc in a protected atmosphere, the following technological features of the process must be taken into account: in order to prevent the formation of critical defects during layer-by-layer construction of layers in a horizontal plane, it is necessary to establish a range of values of the overlap coefficient of layers; in order to ensure the creation of homogeneous metal structures in the fusion zone of the receiving surface and the construction material, as well as to minimize the size of the zone of thermal influence and the root passage zone, it is necessary to build layers using the receiving surface of materials that maximally correspond in chemical composition to the construction material.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.