Рыбин В.В.1, Калинников В.Т.2, Брусницын Ю.Д.1, Николаев А.И.2, Малышевский В.А1., Аввакумов Ю.В.3
1ФГУП Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов «Прометей», г. Санкт-Петербург
2Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева КНЦ РАН, г. Апатиты 
3ФГУП Производственное объединение «Севмаш», Россия

Scientific substantiation for advanced composites of welding materials on the basis of North-West Russian minerals and a systematic analysis of diagrams of nonmetallic systems phase equilibria have been carried out. The mineral concentrates and complex materials revealed in this work will make up for the deficiency of raw materials for the domestic welding materials industry.

В создание электродов и флюсов с улучшенными сварочно-технологическими характеристиками нами закладываются следующие основные идеи:

· кондиционирование компонентов сварочных электродов по содержанию лимитируемых примесей фосфора и серы путем использования методов обогащения и химической очистки;

· получение компонентов сварочных материалов легированных равномерно распределенными микроколичествами редкоземельных, редких и цветных металлов;

· использование высокомодульного модифицированного натриевого жидкого стекла, обеспечивающего повышение адгезионной способности, сырой прочности и пластичности покрытия электродов;

· устранение недостатков известных марок электродов за счет снижения содержания в покрытиях электродов соединений гидроксидов и оксигидроксидов, приводящих к увеличенному содержанию водорода в металле шва, повышению адгезионной способности сварочных шлаков к кристаллизующемуся металлу сварных швов, уменьшению прочностных эксплуатационных характеристик сварных изделий и повышению пористости металла шва;

· разработка концепции композиционных компонентов и их рационального использования для получения высококачественных сварочных электродов и флюсов с повышенными показателями эксплуатационных характеристик наплавленного металла;

· уменьшение отрицательного влияния взаимодействия компонентов сварочных материалов за счет использования спеченных и плавленых комплексных компонентов;

· создание и исследование новых связующих для покрытий и керамических флюсов;

· использование в составе покрытий наноразмерных компонентов и композиционных материалов, содержащих наноразмерные продукты на основе ксерогелей и оксигидроксидов;

· использование компьютерных технологий и мирового фонда диаграмм фазовых равновесий неметаллических систем для совершенствования расчетных методов создания рецептур покрытых электродов и флюсов.

Прогресс в большинстве отраслей промышленности, в том числе в производстве флюсов, сварочных материалов и технологии сварочного производства, диктует необходимость создания нового класса материалов с упорядоченной наноструктурой и контролируемым размером частиц. Новые материалы требуют разработки методов их получения и организации производства образцов, опытных и опытно-промышленных партий как самих наноразмерных порошков, так сварочных электродов и флюсов и их использования. Используемые в настоящее время в отечественной и мировой электродной промышленности методы не позволяют получать порошки компонентов наноразмерной крупности. Актуальность выбранного направления исследований определяется современными тенденциям развития науки и техники сварочных производств в рамках приоритетных направлений ФЦП в соответствии с проведением проблемно-ориентированных поисковых исследований [5].

Использование наноматериалов в составе сварочных материалов будет способствовать формированию оптимальных структур электродных покрытий, которые обеспечат более эффективное использование компонентов для повышения эксплуатационных характеристик металла шва. Оптимальный температурный режим при изготовлении электродов с использованием наноматериалов позволит также регулировать прочностные характеристики сварных изделий. Предполагается, что при использовании наноматериалов удастся повысить гидрофобность покрытий сварочных электродов, что заметно увеличит сроки хранения и использования электродов.

Выполненные и планируемые теоретические и экспериментальные исследования по получению и применению наноразмерных компонентов сварочных материалов как составной части флюсов и покрытий электродов, отличающихся улучшенными сварочно-технологическими характеристиками, позволят России занять передовые позиции в мире в данной отрасли промышленности.

Выявленные в работе минеральные концентраты и комплексные материалы решают проблему обеспечения отечественных сварочных производств доступным сырьем. Потенциальные потребности в новых материалах оцениваются в 30-50 тыс.т в год. С использованием новых компонентов и компьютерной программы «Расчёт составов сварочных шлаков, электродных покрытий и флюсов» [6] разработаны рецептуры покрытых электродов и флюсов.

Реализация отмеченных выше идей и разработанных на этой основе подходов и технологий позволяет добиться повышения эксплуатационных показателей хладостойкости, устранения локальных неоднородностей химического состава, структуры и распределения неметаллических включений в наплавленном металле; надежности и работоспособности сварных конструкций из высокопрочных хладостойких сталей; уровня потребительских свойств сварочных материалов; конкурентоспособности российских сварочных материалов на внутреннем и внешнем рынках. Мы полагаем, что проделанная нами работа является надёжной основой для использования её результатов на промышленных предприятиях для производства высокоэффективных сварочных материалов нового поколения.

Литература

1. Химическая переработка минеральных концентратов Кольского полуострова / С.Г. Федоров, А.И.Николаев, Ю.Е.Брыляков и др. - Апатиты: ЗАО «КаэМ», 2003. - 196с.
2. Пат. 2174561 РФ, МПК 7 С 22 В 3/08, 34/12. Способ переработки природного и техногенного кремний-кальцийсодержащего концентрата с примесью фосфора / В.Б. Петров, Ю.Г. Быченя, Ю.В. Плешаков и др. - №2000116352/02; заявл. 20.06.00; опубл. 10.10.01, Бюл. № 28.
3. Пат. 2249484 РФ, МПК В 23 К 35/36. Минеральный сплав для покрытий сварочных электродов и керамических флюсов / В.А. Малышевский и др.; - №2003128014/02; заявл. 17.09.2003; опубл. 10.04.2005, Бюл. №10.
4. Пат.2257987 РФ, МПК В 23 К 35/365. Электродное покрытие / В.А. Малышевский и др.; - №2003132747/02; заявл. 10.11.2003; опубл. 10.08.2005, Бюл. №22.
5. План фундаментальных исследований РАН на период до 2025г. М.: Наука. 2006.
6. Брусницын Ю.Д., Брусницын М.Ю. Использование диаграмм фазовых равновесий неметаллических систем для диагностики и разработки сварочных материалов. Расчёт состава сварочных шлаков, электродных покрытий и флюсов: метод. рекомендации к и категории прочности стали при сварке. Санкт-Петербург: ЦНИИ КМ «Прометей», 2000.- 41 с.

Научные основы химии и технологии переработки комплексного сырья