Відділ дослідження фізико-хімічних процесів у зварювальній дузі

• устаткування й обладнання для проведення технологічних випробувань зварювальних матеріалів — покритих електродів для ручного дугового зварювання, порошкових дротів для напівавтоматичного й автоматичного зварювання, флюсів і електродних дротів для автоматичного дугового зварювання під флюсом;
• обладнання для дослідження зварювальних процесів, зварювальних матеріалів і зварних з’єднань;
• устаткування й методики для дослідження технологічних процесів виробництва зварювальних матеріалів (змішування, дозування, термічна обробка сировинних матеріалів, формування стрічки для порошкових дротів, волочіння дротів та інших).
• обладнання для проведення досліджень методами мас-спектроскопії, включно з спектроскопією вторинних іонів (МСВІ);
• скануюча електронна мікроскопія (СЕМ);
• оптична металографія;
• обладнання для проведення досліджень термоаналітичними методами такими як диференційний термічний аналіз, термогравіметрія, диференційна скануюча калориметрія та дилатометрія;
• рентгенівський структурний аналіз;
• моніторинг та реєстрація параметрів режиму дугового зварювання, статистична обробка й аналіз електричних сигналів процесів дугового зварювання;
• високошвидкісна рентгенівська кінозйомка;
• механічні випробування металу зварних швів і зварних з’єднань;
• газова хроматографія;
• методики й обладнання для математичного й фізичного моделювання зварювальних процесів.

1. Серія універсальних електродів із прекрасними зварювально-технологічними властивостями, а також ультранизьководневі електроди для зварювання високоміцних низьколегованих сталей [І. Р. Явдощин, М. В. Скорина, А. Ю. Марченко, А. П. Пальцевич, О. І. Фольборт];
2. Сучасні універсальні порошкові дроти малого діаметра [В. М. Шлепаков, О. С. Котельчук, C. М. Наумейко];
3. Нові агломерировані флюси [В. В. Головко];
4. Технологія виготовлення електродів із двошаровим покриттям [А. Ю.Марченко];
5. Нові низькотоксичні електроди з використанням комбінованих рідких стекол, що містять літій [М. В. Скорина, М. О. Кисельов, І. П. Губеня].

• Провести розробку технології введення модифікуючих сумішей до зварювальної ванни і створити методику числового аналізу структури металу зварних швів та розробити принципів побудови композицій зварювальних матеріалів на засадах наномодифікування металу шва дисперсними інокуляторами.
• Провести розрахунково-експериментальні дослідження впливу водню на механізм уповільненого руйнування металу зварних швів високоміцних низьколегованих сталей. Дослідити кінетику десорбції водню при кімнатній температурі із зразків наплавленого металу в залежності від швидкості охолодження та вплив вмісту дифузійного та дислокаційного водню в наплавленому металі на схильність до утворення холодних тріщин при дуговому зварюванні покритими електродами.
• Для постановки на виробництво електродів типу Е69 4 підготувати нормативно-технічну документації на дослідно-промислове виготовлення електродів, здійснити технологічний супровід виготовлення дослідно-промислової партії та взяти участь в проведені дослідно-промислових випробувань.
• Провести розробку нормативно-технічну документацію на виготовлення дослідно-промислової партії порошкового дроту для зварювання низьколегованих сталей з межею плинності не нижче 690 МПа, здійснити технологічний супровід виготовлення дослідно-промислової партії та взяти участь в проведені дослідно-промислового випробування.

В рамках виконання наукової роботи 1.6.1.1.10.31 (10/31) «Підвищення в’язко-пластичних властивостей металу швів двофазних низьколегованих сталей на основі дослідження і регулювання структурних перетворень» цільової наукової програми ВФТПМ НАН України «Перспективні конструкційні та функціональні матеріали з тривалим терміном експлуатації, фундаментальні основи їх одержання, з’єднання та обробки» у 2021 році заплановано:

• Розробити технічну документацію для виготовлення газозахисного порошкового дроту для зварювання металоконструкцій з’єднань із сталей класів міцності до 600 МПа з примусовим формуванням шва. Провести аналіз результатів досліджень властивостей метала шва і зварного з’єднання, одержаних при зварюванні газозахисним дротом з примусовим формуванням шва. Підготувати проект технологічної інструкції по виготовленню порошкового дроту для зварювання дротом з’єднань із сталей класів міцності до 600 МПа з примусовим формуванням шва, здійснити технологічний супровід виготовлення дослідно-промислової партії та взяти участь в проведені дослідно-промислового випробування
• Провести роботи з постановки на виробництво покритих електродів, що відповідають вимогам AWS A 5.1-E7018-H4R. Для цього розробити нормативно-технічну документацію на дослідно-промислове виготовлення електродів, здійснити технологічний супровід виготовлення дослідно-промислової партії електродів та взяти участь в проведені дослідно-промислової перевірки електродів.
• Для розробки низьководневих покритих електродів типу Е7018 з покращеними санітарно-гігієнічними показниками розрахувати склади, підготувати і передати до ЦКП НАН України зразки для досліджень. Взяти участь в ЯМР-дослідженнях підготовлених зразків та узагальнити в проаналізувати отримані результати.

Метою такої роботи є встановлення основних закономірностей формування мікроструктури та механічних властивостей металу швів при зварюванні ферито-бейнітних сталей високої міцності сучасного виробництва, розробка принципів побудови композицій зварювальних матеріалів нового покоління.

Актуальність запланованих досліджень обумовлена великою науковою, практичною та екологічною ефективністю створення комплексу зварювальних матеріалів для зварювання високоміцних ферито-бейнітних сталей сучасного світового рівня.

Тому актуальною є також тема досліджень, присвячених розробці науково-обґрунтованих шляхів та рішень по розробці зварювальних матеріалів нового покоління для зварювання ферито-бейнітних сталей високої міцності та технологій їх використання.

Передбачається, що у першій половині XXІ століття сталь залишиться основним конструкційним матеріалом. Випереджальними темпами створюються нові типи високоміцних низьколегованих сталей, у тому числі з особливо низьким вмістом вуглецю, теплотривких сталей, сталей для конструкцій, що працюють при низьких температурах, сталей для криогенної техніки, а також високолегованих сталей різного призначення.

Дугове зварювання як і раніше продовжує займати найважливіше положення серед численних способів зварювання плавленням. Для створення нових зварювальних матеріалів необхідні оптимізація систем легування металу шва, подальший пошук шляхів зниження вмісту водню, азоту, сірки, фосфору та інших шкідливих домішок у металі шва.

Продовжуються роботи з удосконалення зварювально-технологічних властивостей матеріалів, методів зниження пористості, попередження появи тріщин, поліпшення провару, форми швів, віддільності шлакової кірки, підвищення стабільності горіння дуги, зниження розбризкування електродного металу й виділень зварювальних аерозолів.

Подальший розвиток набувають фізичне й математичне моделювання процесів дугового зварювання. Створюються комп’ютеризовані банки даних і банки знань, експертні системи по зварювальних матеріалах різного призначення. Велика увага приділяється вдосконалюванню встаткування й технології виробництва зварювальних матеріалів, пошуку сировинних матеріалів стабільної якості, автоматизації аналітичного контролю та технологічного супроводу виробництва.

На основі аналізу способів підвищення якості зварних швів низьколегованих високоміцних сталей розглянуто можливості впливу нанорозмірних інокулянтів на формування структури і властивостей зварних швів. Наведено теоретичні розрахунки й експериментальні дані щодо створення у зварювальній ванні нанорозмірних включень, зокрема оксидів, карбідів, нітридів, і їх вплив на формування у процесі кристалізації структур голчастого фериту, що поєднує підвищені показники міцності та в’язкості. Показано, що залежно від розмірного діапазону, щільності розподілу і складу неметалевих включень утворюються різні морфологічні форми фериту й відповідно змінюються властивості зварних швів. Установлено, що вплив нанорозмірних інокулянтів проявляється як на стадії розпаду аустеніту, впливаючи на діапазон розпаду, так і на стадії кристалізації, зменшуючи інтервал кристалізації. Систематизовано результати експериментальних досліджень впливу інокулянтів екзогенного походження й інокулянтів, які введено до зварювальної ванни як нанопорошки оксидів, на склад і морфологію неметалевих включень, структуру та властивості зварних швів. Розроблено технологічний регламент на зварювання низьколегованих високоміцних сталей з введенням до зварювальної ванни інокулянтів. Для науково-технічних працівників підприємств і наукових установ, які розробляють і впроваджуюють новітні технології зварювання з гарантованою якістю з’єднань. Може бути корисною студентам, аспірантам та викладачам вищих навчальних закладів під час підготовки фахівців у галузі зварювання.

Публікації за останні 5 років

2016

• Нанотехнології у зварюванні низьколегованих високоміцних сталей: монографія / В. В. Головко, В. Д. Кузнецов, С. К. Фомічов, П. І. Лобода. — Київ: НТУУ «КПІ» Вид-во «Політехніка», 2016. — 240 с. — Бібліогр.: С. 226–237. — 100 пр.
• Головко В.В., Тараборкин Л.А. Моделирование химического состава металла ванны при дуговых способах сварки . // Автоматическая сварка. — №1, 2016. — С. 14-18.
  Golovko V.V. and Taraborkin L.A. Modelling of chemical composition of weld pool metal in arc methods of welding // The Paton Welding Journal. — № 1, 2016. — P. 12-16.
• Марченко А.Е. Реологические исследования неизотермических напорных потоков обмазочных масс для сварочных электродов // Автоматическая сварка. — №1, 2016. — С. 19-32.
  Marchenko A.E. Rheological investigations of non-isothermal pressure flows of coating mixtures for welding electrodes The Paton Welding Journal. — № 1, 2016. — P. 17-29.
• Котельчук А. С. Влияние теплофизических свойств сердечников самозащитных порошковых проволок на сварочно-технологические свойства // Автоматическая сварка. — №1, 2016. — С. 33-37.
  Kotelchuk A.S. Influence of thermophysical properties of cores of self-shielding flux-cored wires on welding and technological properties // The Paton Welding Journal. — № 1, 2016. — P. 30-34
• Пальцевич А.П. Исследование условий обеспечения низких содержаний диффузионного водорода при сварке электродами основного типа // Автоматическая сварка. — №1, 2016. — С. 38-41.
  Paltsevich A.P. Investigation of conditions for providing low content of diffusion hydrogen in welding using electrodes of basic type  // The Paton Welding Journal. — № 1, 2016. — P. 35-38.
• Губеня И.П., Явдощин И.Р. Механизмы образования твердой составляющей сварочного аэрозоля и пути ее попадання в живой организм (Обзор// Автоматическая сварка. — №1, 2016. — С. 53-55.
  Gubenya I.P. and Yavdoshchin I.R. Mechanisms of formation of welding aerosol solid component and paths of its penetration into the living organism (Review) // The Paton Welding Journal. — № 1, 2016. — P. 49-51.
• Головко В. В., Маркашова Л. И., Кушнарева О. С., Жуков В. В. Упрочняющие фазы, структура и свойства модифицированных швов низколегированных сталей // Автоматическая сварка. — №7, 2016. — С. 3-8.
  Golovko V.V., Markashova L.I., Kushnaryova O.S. and Zhukov V.V. Strengthening phases, structure and properties of low-alloy steel modified welds // The Paton Welding Journal. — № 7, 2016. — P. 2-7.

2017

• Ющенко К. А., Булат А. В., Скорина Н. В., Марченко А. Е., Самойленко В. И., Каховский Н. Ю. Влияние вида связующего на технологичность изготовления и свойства покрытых электродов типа Э-08Х20Н9Г2Б // Автоматическая сварка. — 2017, №1. — С. 5-13.
  Yushchenko K.A., Bulat A.V., Skorina N.V., Marchenko A.E., Samojlenko V.I. and Kakhovsky N.Yu. Effect of binder type on manufacturability and properties of E-08Kh20N9G2B type coated electrodes inoculants // The Paton Welding Journal. — 2017, №1. — P. 2-9.
• Ермоленко Д. Ю., Головко В. В. Расчетная и экспериментальная оценка формирования первичной структуры металла шва с тугоплавкими инокулянтами // Автоматическая сварка. — 2017, №1. — С. 14-17.
  Ermolenko D.Yu. and Golovko V.V. Computation and experimental evaluation of formation of primary structure in weld metal with refractory inoculants // The Paton Welding Journal. — 2017, №1. — P. 10-13.
• Шлепаков В. Н., Котельчук А. С., Гаврилюком Ю. А. Современные направления применения сварки порошковой проволокой низколегированных сталей повышенной и высокой прочности // Автоматическая сварка. — 2017, №11. — С. 13–18.
  Shlepakov V.N., Kotelchuk A.S. and Gavrilyuk Yu.A. Modern flux-cored wires for welding of low-alloy steels of increased and high strength // The Paton Welding Journal. — 2017, №11. — P. 8–12.
• Шлепаков В. Н., Котельчук А. С., Гаврилюком Ю. А. Современные направления применения сварки порошковой проволокой низколегированных сталей повышенной и высокой прочности // Электрод информ. Информационный бюллетень международной ассоциации «Электрод». — Пилотный номер, 2017. — С. 24–30.
• Шлепаков В. Н. Повышение производительности и качества газоэлектрической сварки металлоконструкций при использовании порошковых проволок с металлическим сердечником // Международный научно-практический семинар «Совершенствование сварочных материалов и технологий их производства под прогнозируемые требования», 05-08 июня 2017 г.  Сб. тезисов докладов.— Белгород, 2017. — С. 62–63.
• Котельчук А. С. Прогнозирование микроструктуры металла сварных швов, выполненных порошковыми проволоками // Международный научно-практический семинар «Совершенствование сварочных материалов и технологий их производства под прогнозируемые требования», 05-08 июня 2017 г.  Сб. тезисов докладов.— Белгород, 2017. — С. 64–66.

2018

• Тараборкин Л. А., Головко В. В. Расчетная модель формирования неметаллических включений многослойной морфологии в металле сварного шва // Автоматическая сварка. — 2018, №2. — С. 5-10.
  Taraborkin L.A. and Golovko V.V. Calculation model of formation of nonmetallic inclusions of multilayer morphology in weld metal // The Paton Welding Journal. — 2018, №2. — P. 2-6.
• Головко В. В. Возможности наномодифицирования дендритной структуры металла сварных швов // Автоматическая сварка. — 2018, №8. — С. 3-7.
  Golovko V.V. Possibilities of nanomodification of dendrite structure of weld metal // The Paton Welding Journal. — 2018, №8. — P. 2-6.
• Марченко А. Е., Трачевский В. В., Скорина Н. В. Влияние состава и структур идкоо стекла на прочность покрытий низководородных электродов // Автоматическая сварка. — 2018, №6. — С. 12-23.
  Marchenko A.E., Trachevsky V.V. and Skorina N.V. Effect of liquid glass composition and structure on the strength of low-hydrogen electrode coatings // The Paton Welding Journal. — 2018, №6. — P. 9-19.

2019

• Марченко А. Е., Трачевский В. В., Скорина Н. В. Зависимость гигроскоɩичности покрытий низководородных электродов от состава и структуры жидкого стекла // Автоматическая сварка. — 2019, №1. — С. 29-39.
  Marchenko A.E., Trachevsky V.V. and Skorina N.V. Dependence of hygroscopicity of coatings of low-hydrogen electrodes on composition and structure of liquid glass // The Paton Welding Journal. — 2019, №1. — P. 15-24.
• Шлепаков В. Н., Котельчук А. С. К 60-летию разработки ИЭС им. Е.О. Патона первой самозащитной порошковой проволоки для дуговой сварки ПП-АН1 // Автоматическая сварка. — 2019, №4. — С. 61-62.
• Головко В.В., Степанюк С.Н., Ермоленко Д.Ю. Дисперсионное модифицирование дендритной структуре метала сварных швов // Автоматическая сварка. — 2019, №6. — С. 14-20.
  Golovko V.V., Stepanyuk S.N. and Ermolenko D.Yu. Dispersion modification of dendrite structure of weld metal // The Paton Welding Journal. — 2019, №6. — P. 13-18.
• Шлепаков В.Н., Котельчук А.С. Улучшение технологических и санитарно-гигиенических характеристик процесса дуговой сварки в среде защитного газа // Автоматическая сварка. — 2019, №6. — С. 33-38.
  Shlepakov V.N. and Kotelchuk A.S. Improvement of technological and sanitary-hygienic characteristics of gas-shielded arc welding process // The Paton Welding Journal. — 2019, №6. — P. 29-33.
• Марченко А.Е. Факторы риска и критерии пожаро- и взрывоопасности при измельчении ферросплавов газа // Автоматическая сварка. — 2019, №7. — С. 53-59.
  Marchenko A.E. Risk factors and criteria of fire and explosion hazard at ferroalloys grinding // The Paton Welding Journal. — 2019, №7. — P. 41-46.
• Марченко А.Е. Оборудование и технологии безопасного измельчения ферросплавов электродного производства // Автоматическая сварка. — 2019, №8. — С. 60-66.
  Marchenko A.E. Equipment and technologies of safe grinding of ferroalloys of electrode production // The Paton Welding Journal. — 2019, №8. — P. 43-48.
• Марченко А.Ю., Гнатенко М.Ф. , Скорина М.В. Вплив екструзійних модифікаторів обмазувальних мас на різнотовщинність електродного покриття // Автоматичне зварювання. — 2019, №12. — С. 52-
  Marchenko A.E., Gnatenko M.F. and Skorina N.V. Effect of extrusion modifiers of coating mixture on electrode coating thickness difference // The Paton Welding Journal. — 2019, №12. — P. 48-57.

2020

• Головко В.В., Єрмоленко Д.Ю., Степанюк С.М. Вплив введення тугоплавких сполук до зварювальної ванни на дендритну структуру металу швів // Автоматичне зварювання. — 2020, №6. — С. 3-10.
  Holovko V.V., Yermolenko D.Yu. and Stepanyuk S.M. The influence of introducing refractory compounds into the weld pool on the weld metal dendritic structure // The Paton Welding Journal. — 2019, №6. — P. 2-8.
• Головко В.В., Єрмоленко Д.Ю., Степанюк С.М., Жуков В.В., Костін В.А. Вплив введення тугоплавких часток до зварювальної ванни на структуру та властивості металу швів // Автоматичне зварювання. — 2020, №8. — С. 9-15.
  Holovko V.V., Yermolenko D.Yu., Stepanyuk S.M., Zhukov V.V. and Kostin V.А. Influence of introduction of refractory particles into welding pool on structure and properties of weld metal // The Paton Welding Journal. — 2019, №8. — P. 8-14.
• Головко В.В. Характер розподілу неметалевих включень в структурних складових металу зварних швів при дугових методах зварювання швів // Автоматичне зварювання. — 2020, №11. — С. 9-13.
  Holovko V.V. The nature of nonmetallic inclusion distribution in the weld metal structural components at arc welding methods // The Paton Welding Journal. — 2019, №8. — P. 8-11.

У 2018-2020 роках:

• Для розробки зварювальних матеріалів з покращеними екологічними показниками і об’єктивно керованих технологій зварювання плавленням металоконструкцій відповідального призначення проведені дослідження особливостей формування мікроструктури металу швів низьколегованих феритно-бейнітних сталей при введені дисперсних інокулянтів у зварювальну ванну. Визначені пріоритетності механізми взаємодії дисперсних інокулянтів з фронтом кристалізації та їх вплив на розвиток дендритної структури. Проаналізовані фактори, що впливають на розвиток процесу аустенітно-феритного перетворення структури металу швів у присутності дисперсних інокулянтів. Побудовано алгоритм спадковості впливу параметрів первинної структури на формування мікроструктури металу швів у результаті її перекристалізації. Проведено розробку числової моделі формування дендритної структури в металі зварних швів. Проаналізовані фактори, що впливають на об’єднання зерен d-фази, обумовлене зменшення градієнту концентрації вуглецю у міждендритному просторі за рахунок його дифузії у твердій фазі. Проаналізовані фактори, що впливають на фрагментацію зерен d-фази утворених за рахунок впливу термічних напружень та дефектів первинної структури (неметалевих включень). Аналітичними методами досліджено зміни поверхневої енергії границі розділу фаз з врахуванням конкуруючих процесів об’єднання та фрагментації зерен d-фази, що дозволило визначити умови утворення початкової границі g-фази під час d-g перетворення.
• Розроблено мікромеханічну модель водневого окрихчення сплавів заліза з ОЦК решіткою, яка реалізована у програмному пакеті, та проведено її експериментальну верифікацію. Експериментально та з використанням розрахункових методів досліджено взаємозв’язок між концентрацією дифузійного та дислокаційного водню в металі зварних швів, що дозволило запропонувати розвиток фізичної моделі перерозподілу водню між дифузійним та дислокаційним та створення програмного забезпечення для його моделювання. Проведено верифікацію математичної моделі перерозподілу водню на базі отриманих експериментальних результатів. Проведено дослідження впливу вмісту дифузійного ([Н]_диф) та дислокаційного водню ([Н]_дисл) на окрихчення заліза та наплавленого високоміцного металу. На основі аналізу моделей руйнування ОЦК сплавів заліза під впливом водню запропоновано розвиток моделі водневого окрихчення шляхом врахування механізму утворення мікротріщин. Проведено експериментальні дослідження росту тріщини в армко-залізі в залежності від концентрації дифузійного водню та виду концентратора напружень. Досліджено вплив малих пластичних деформацій згином наплавленого металу на утворення [Н]_дисл в залежності від початкового вмісту водню. Проведені розрахунки водневого окрихчення ОЦК сплавів заліза при випробуванні на розтяг і згин в залежності від вмісту водню та виду концентратора напружень.
• Запропоновано ряд підходів для застосування субмікронних модифікаторів при дугових методах зварювання. Проаналізовано та узагальнено результати проведених досліджень, розроблено рекомендації для використання дисперсоїдних інокулянтів при дугових методах зварювання.
• Розроблено програмне забезпечення для чисельного оцінювання токсичності зварювального аерозолю. Сформульовані пропозиції щодо використання розроблених математичних моделей для прогнозної оцінки впливу хімічного складу електродних покриттів на токсичність зварювальних аерозолів. Розроблено склад покриття електродів типу Е69 4 та запропоновано спосіб і систему легування металу шва. Удосконалено технологію промислового виробництва електродів типу Е69 4. На основі проведених досліджень визначено оптимальний склад, фізичні характеристики та дози зв’язуючого для виготовлення електродів, а також гранулометричного складу основних компонентів покриття електродів. Досліджено вплив складу та вмісту пластифікуючих добавок на умови виготовлення електродів. Розроблено оптимальні режими термічної обробки електродів.
• Проведено розрахунково-експериментальну оцінка стійкості зварних з’єднань високоміцних низьколегованих сталей проти крихкого руйнування. Розроблено технологічні процеси зварювання та відповідні порошкові дроти для зварювання металоконструкцій на підприємствах транспортного та енергетичного машинобудування. Проведено дослідження фізико-хімічних властивостей метало-мінеральних порошкових композитів при швидкісному нагріванні та плавленні, визначення їх випливу на мікроструктуру металу зварних швів та показники міцності й в’язкості зварних з’єднань, виконаних дуговим зварюванням порошковим дротом. Досліджено вплив складу осердя та параметрів режиму зварювання на перехід від краплинного до струменевого процесу перенесення електродного металу через дуговий проміжок при зварюванні в суміші газів Ar + CO₂ та вплив характеру переносу електродного металу та параметрів зварювання на склад металу шва та виділення аерозолю при зварюванні у газозахисній атмосфері. Досліджено вплив складу порошкових лігатур осердя порошкового дроту на мікроструктуру металу зварних швів та показники міцності й в’язкості та визначено шляхи оптимізації систем мікролегування металу швів відповідно до класу міцності зварюваної сталі. Проведено пошук і досліджено шляхи поліпшення зварювально-технологічних властивостей порошкових дротів для зварювання ВМНЛ сталей на основі вивчення теплофізичних властивостей їх метало-мінеральних осердь. Досліджено властивості складових порошкового осердя та сумішей, що моделюють осердя порошкових дротів для зварювання ВМНЛ сталей методами комплексного термічного аналізу. Проведено кількісну оцінку взаємного впливу термохімічних реакції, що набувають розвитку в метало-мінеральному осерді порошкового дроту при його нагріванні, а також відповідних кінетичних параметрів досліджуваних термохімічних реакцій для прогнозування їх розвитку на стадіях нагрівання й плавлення порошкового дроту при дуговому зварюванні. Експериментальне досліджено шляхи покращення показників міцності й в’язкості металу зварних швів, виконаних порошковими дротами в середовищі захисного газу і проведено оптимізацію складу їх метало-мінеральних осердь.

В рамках виконання наукової роботи 1.6.1.1.10.31 (10/31) «Підвищення в’язко-пластичних властивостей металу швів двофазних низьколегованих сталей на основі дослідження і регулювання структурних перетворень» цільової наукової програми ВФТПМ НАН України «Перспективні конструкційні та функціональні матеріали з тривалим терміном експлуатації, фундаментальні основи їх одержання, з’єднання та обробки»

У 2018-2020 роках:

• Проаналізовано структуру металу зварних швів на основі методу мультифрактальної параметризації. На основі обчислення фрактальних характеристик електронно-мікроскопічних зображень меж зерен металу зварних швів проведено мультифрактальну параметризацію мікроскопічних зображень неметалевих включень зварних швів і синтезувати регресійні моделі для чисельного опису областей оптимуму складів зварювальних матеріалів за критеріями механічних і фрактальних характеристик зварних швів. Проведено аналіз зв’язку мультифрактальних характеристик структур зварних швів з їхніми фізико-механічними і зварювально-технологічними властивостями. Підготовлено рекомендації щодо використання методу мультифрактальної параметризації для задач розробки нових зварювальних матеріалів. Проведено розробку методики фрактальної параметризації структури металу зварних швів, які виконані зварювальними матеріалами з дисперсними інокулянтами і виконано тестові розрахунки фрактальних розмірностей структур зварних швів, що одержані за допомогою зварювальними матеріалами з дисперсними інокулянтами. Проведені пілотні дослідження з фрактальної параметризації структури металу зварних швів. З цією метою проведені багатоваріантні обчислення фрактальних розмірностей структур металу за світловими мікрофотографіями зварних швів, виконаних зварювальними матеріалами з дисперсними інокуляторами та серійні обчислення фрактальних розмірностей структур металу за електронними мікрофотографіями зварних швів, утворених за допомогою зварювальних матеріалів з дисперсними інокуляторами. Визначення числові показники лакунарності структур металу досліджених зварних швів. Визначено статистичний зв’язок між механічними властивостями металу досліджених зварних швів, його хімічним складом та фрактальною розмірністю.
• На основі проведених досліджень запропоновано комплексні системи мікролегування через осердя порошкового дроту для підвищення в’язко-пластичних властивостей металу зварних з’єднань низьколегованих сталей. З використанням чисельного моделювання проведено дослідження впливу мікролегуючих елементів на структурні перетворення при охолодженні низьколегованого металу з швидкостями, близькими до процесу зварювання порошковим дротом і визначені оптимальні концентрації мікролегуючих елементів у складі металу зварного шва, виконаного порошковим дротом для досягнення відповідності вимогам при зварюванні НЛВМ сталей з рівнем міцності до 700 МПа. На основі результатів проведених досліджень оптимізовано системи легування та мікролегування металу зварного шва через осердя порошкових дротів та технології зварювання високоміцних низьколегованих (ВМНЛ) сталей, що відповідають вимогам до механічних властивостей металу зварних з’єднань із сталей класів міцності від 550 МПа до 600 МПа. Розроблено технологічні регламенти зварювання типових з’єднань. Проведено оптимізацію систем легування та мікролегування металу зварного шва через осердя порошкових дротів та технології зварювання високоміцних низьколегованих (ВМНЛ) сталей, що відповідають вимогам до механічних властивостей металу зварних з’єднань із сталей класів міцності від 550 МПа до 600 МПа. Розроблено технологічний регламент зварювання типових з’єднань, базуючись на основних положеннях технології та техніки електрогазового зварювання високоміцних сталей вертикальних стикових з’єднань. Визначені оптимальні діапазони тепловкладення при зварюванні стикових з’єднань в залежності для сталей класу міцності до 600 МПа та відповідно товщині металу стикових з’єднань.
• Досліджено природу різнотовщинності електродних покриттів з позиції реології електродних обмазувальних мас. Досліджено вплив електродної целюлози на різнотовщинність електродних обмазувальних мас та порівняти її з іншими органічними, хімічними та мінеральними пластифікаторами. Проаналізувано наявні експериментальні дані для встановлення реологічної природи обертальної різнотовщинності електродного покриття. Підготовлені технологічні рекомендації щодо зменшення значення різнотовщинності покриття при промисловому виготовленні зварювальних електродів. Проведено розробку технології виготовлення електродів загального призначення з покращеними екологічними показниками. Оптимізовано склад та вміст пластифікуючих добавок у електродну обмазувальну масу і визначено оптимальні параметри зернового складу основних сировинних компонентів покриття електродів з точки зору забезпечення максимального рівня пластичності обмазувальної маси і міцності електродного покриття. Запропоновані технологічні прийоми зниження схильності покрить з покращеними екологічними показниками до адсорбції атмосферної вологи до рівня, який відповідає вимогам AWS A 5.1-E7018-H4R. Розроблено технологічний регламент та виготовлені дослідні партії електродів з покращеними екологічними показниками в промислових умовах. Проведено термодинамічні розрахунки хімічного складу атмосфери в робочій зоні для оцінки санітарно-гігієнічних показників розроблених електродів.

Створені дослідні зразки низьководневих покритих електродів типу Е7018 з покращеними санітарно-гігієнічними показниками на основі результатів досліджень можливостей зменшення вмісту феромарганцю в покритті електродів за рахунок використання активних розкислювачів. Проведено чисельну оптимізацію складу електродного покриття для мінімізації виділень сполук марганцю в аерозоль при забезпечені заданого рівня механічних властивостей металу шва. Розроблено промислову технологію виготовлення електродів. Проведено порівняльну оцінку реологічних характеристик різних обмазувальних мас. За результатами аналізу абсолютних значень і розподілу за видами показників якості виготовлення електродів розроблено пропозиції щодо їх поліпшення. Проведено ЯМР-спектроскопічні дослідження впливу хімічного складу і ступеня зневоднення на кремній-кисневу структуру рідких стекол та їх характеристики, що визначають експлуатаційні властивості електродних покриттів. Експериментально досліджено температурну й швидкісну зворотність синергетичних і тисотропних комбінованих видів рідкого скла. Проведено дослідження фізико-хімічних властивостей гідросилікатів на службові властивості покриття зварювальних електродів, зокрема досліджено кремній-кисневу структуру NaK гідросилікату в залежності від температури і швидкості зневоднення в діапазоні 100 … 500 °С, а також її вплив на механічну міцність та гігросорбційну стійкість покрить низьководневих електродів. Проведені ЯМР-спектроскопічні дослідження впливу аніонних модифікаторів (B⁺⁶, Cr⁺⁶ и SiF₆^–2 і др.) на кремній-кисневу структуру рідких стекол, що визначають механічну міцність і гігросорбційну стійкість покрить низьководневих електродів.

• Дослідження і розробка нових матеріалів для електродугового зварювання низьколегованих сталей, яка потребує вивчення теплофізичних властивостей речовин — компонентів наповнювача порошкових дротів та покриття електродів, модельних композицій зварювальних матеріалів;
• моделювання процесів утворення газового і шлакового захисту розплавленого металу при нагріванні і плавленні зварювальних матеріалів;
• вивчення кінетики процесів газоутворення, зокрема для прогнозування ефективності створюваного захисту розплавленого металу при дуговому зварюванні самозахисними порошковими дротами;
• математичне моделювання і дослідження розрахунково-експериментальними методами термодинамічних і кінетичних процесів, що відбуваються при плавленні зварювальних матеріалів

• визначення хімічного складу наплавленого металу, сталевих дротів, зварювальних флюсів, твердої складової зварювальних аерозолів, феросплавів, руд, мінеральної сировини, металів і сплавів чорних і кольорових металів відповідно до затвердженої номенклатури об’єктів випробувань;
• проведення сертифікаційних випробувань відповідно до вимог акредитації в системі УКРСЕПРО (Атестат акредитації в системі УКРСЕПРО № UA6.001.T.086 від 14.05.2001 р.);
• виконання самостійних наукових розробок та надання аналітичних послуг при проведенні науково-дослідних робіт замовника;
• виконання арбітражних аналізів;
• надання допомоги у виборі аналітичних методів і апаратури, атестації методичного забезпечення, навчання фахівців і підготовці лабораторій до акредитації;
• визначення хімічного й речовинного складу невідомих матеріалів та їх ідентифікація без руйнування.

Лабораторія оснащена наступним аналітичним устаткуванням:

• рентгенівський спектрометр фірми «Phіlіps»;
• багатоканальний спектрометр СРМ 25;
• рентгенівський дифрактометр ДРОН 2.0;
• растровий електронний мікроскоп з рентгеноспектральним мікрозондом JSM 35 фірми «JEOL» (Японія);
• прилади для оптичного спектрального аналізу;
• портативні аналітичні прилади для визначення хімічного складу зразків у важкодоступних місцях;
• устаткування фірм «HERZOG» і «Phіlіps» для підготовки проб для проведення аналізу. Використовується власний великий каталог стандартних зразків.