Ганущак О. В. Розробка технології стикового плазмово-дугового багатопрохідного зварювання біметалу «титан-сталь» із нанесенням бар’єрних покриттів

English version

Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії

Державний реєстраційний номер

0825U000370

Облікова картка дисертації

0825U000370.pdf

Здобувач

Спеціальність

  • 132 - Матеріалознавство

12-02-2025

Спеціалізована вчена рада

PhD 7410

Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона Національної академії науки України

Анотація

Дисертаційна робота присвячена вивченню металургійних особливостей процесів плазмово-дугового багатопрохідного зварювання біметалу титан-сталь із нанесенням бар’єрних прошарків для мінімізації або повного усунення інтерметалідних фаз (ІМФ), які зазвичай утворюються при взаємодії титану та сталі у нагрітому до певних температур стані. Вивчення зазначених металургійних особливостей дозволить створити технології одержання зварних з’єднань прийнятної якості, які використовуються в хімічній промисловості та магістральних трубопроводах. Для підвищення експлуатаційного ресурсу труби таких трубопроводів виготовляють зі сталі, плакованою із внутрішньої сторони труби шаром титану або титанового сплаву. Наявність титанового шару і високі вимоги до міцності та корозійної стійкості зварних швів, викликають ряд проблем при виборі способів зварювання. Актуальною є задача вибору спеціальних технологічних прийомів, способу зварювання та розробки відповідної технології з’єднання листів плакованої титаном сталі, яка за порівняно невисоких витрат дозволить отримувати трубні вироби необхідної якості. Об’єкт дослідження – процеси плазмового і дугового зварювання конструкційної низьковуглецевої сталі, плакованої шаром титану, із застосуванням бар’єрних покриттів. Предмет дослідження – формування стикового зварного з’єднання біметалу «титан-сталь» при багатопрохідному зварюванні. Мета роботи – дослідження ефективності застосування бар’єрних покриттів з різних матеріалів та їх нанесення на титан та сталь з використанням різних методів плазмово-дугового наплавлення і напилювання для мінімізації утворення інтерметалідних фаз при зварюванні встик сталевих листів, плакованих шаром титану, розробка технології одержання таких стикових з’єднань. До наукової новизни дослідження відносяться наступні положення: 1. Вперше встановлено закономірності впливу величини погонної енергії Е на товщину перехідної зони, що утворюється при взаємодії розплаву сталі з титаном в процесах плазмового та дугового наплавлення сталі на титан, і включає інтерметалідні фази Ti-Fe, а саме – при значенні Е в інтервалі 45–60 Дж/мм ця величина становить 10–60 мкм, а при збільшенні величини Е до 60–100 Дж/мм – досягає 450 мкм і більше із утворенням значної кількісті мікротріщин та інших дефектів. 2. Отримало подальший розвиток уявлення про особливості структуроутворення при металургійній взаємодії ванадію зі сталлю в процесах плазмового та дугового наплавлення покриття ванадію на сталь і сталі на це покриття, встановлено, що в перехідній зоні між наплавленим ванадієвим покриттям і сталлю утворюється інтерметалідний прошарок змінної концентрації (40–75 мас.% V і 60–25 мас. % Fe) і підвищеної твердості (до 5520 МПа), що призводить до тріщиноутворення. 3. Отримало подальший розвиток уявлення про особливості металургійної взаємодії розплаву мідних сплавів з титаном і сталлю, а саме – встановлено умови нанесення бар’єрного покриття із сплаву CuSi3Mn1 на титанову пластину, при яких взаємна дифузія елементів на межах розділу «титан-CuSi3Mn1-сталь» не призводить до утворення крихких фаз та тріщиноутворення. 4. Вперше виявлено особливості металургійної взаємодії на межі «титан – плазмово напилене сталеве покриття» при плазмово-дуговому наплавленні сталевого дроту на це покриття, а саме – умови мінімізації його товщини (не менше 400 мкм) і величини погонної енергії наплавлення на це покриття (до 200–250 Дж/мм), при яких між напиленим покриттям і титаном утворюється бездефектна перехідна зона. 5. Вперше встановлено, що в результаті нагріву плазмовими і дуговими зварювальним джерелами при заповненні розробки стикового з’єднання біметалу «титан-сталь» в процесі багатопрохідного зварювання до 900–1300⁰С в зоні контакту титану і сталі в твердій фазі утворюється бездефектна перехідна зона товщиною від 1 мкм до 10 мкм, в якій при при подальшому підвищенні температури до 1430⁰С утворюється суміш інтерметалідів з мікротвердістю HV 600–800 та інтегральним хімічним складом, що відповідає формулі Ti2Fe.

Читати повністю

Публікації

Comparing features in metallurgical interaction when applying different techniques of arc and plasma surfacing of steel wire on titanium / V. Korzhyk, V. Khaskin, A. Grynyuk, O. Ganushchak, S. Peleshenko, O. Konoreva, O. Demianov, V. Shcheretskiy, N. Fialko. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2021. Vol. 4, No. 12(112). P. 6–17.

Analyzing metallurgical interaction during arc surfacing of barrier layers on titanium to prevent the formation of intermetallics in titanium-steel compounds / V. Korzhyk, V. Khaskin, A. Grynyuk, O. Ganushchak, V. Shcheretskiy, S. Peleshenko, O. Konoreva, O. Demianov, N. Fialko V. Kvasnytskyi. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2021. Vol. 5, No. 12(113). P. 69–82.

Features of structure formation when surfacing steel (iron) on titanium with plasma sprayed coatings in the technology of obtaining butt joint of bimetallic plates "titanium – steel" / V. Korzhyk, V. Khaskin, O. Ganushchak, D. Strohonov, Y. Illiashenko, N. Fialko, C. Guo, A. Grynyuk, S. Peleshenko, A. Aloshyn. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2023. Vol. 2, No. 12(122). P. 6–16.

Preparing permanent joints of titanium alloys with steel (A review) / V. Korzhyk, V. Khaskin, V. Kvasnytskyi, O. Ganushchak, I. Hos, S. Peleshenko, O. Demianov, O. Konoreva, N. Fialko. Materials Science. 2023. Vol. 59, No. 2. P. 129–137, 5-16.

Features of intermetallic formation in the solid phase on a steel–titanium bimetal interface under the conditions of arc welding / V. Korzhyk, Yu. Zhang, V. Khaskin, O. Ganushchak, V. Kostin, V. Kvasnytskyi, A. Perepichay, A. Grynyuk. Metals. 2023. Vol. 13. P. 1338.

Підвищення ефективності роботизованого виготовлення сталевих фермових зварних конструкцій / В.М. Коржик, А.А. Гринюк, В.Ю. Хаскін, Є.В. Ілляшенко, І.М. Клочков, О.В. Ганущак, Yu Xuefen, Li. Huang. Автоматичне зварювання. 2021. № 5. C. 15–20.

Імпульсно-плазмове модифікування поверхні сталевих штампів гарячої витяжки виробів із титанового сплаву / Ю.М. Тюрін, О.В. Колісніченко, В.М. Коржик, І.Д. Гос, О.В. Ганущак, Jin Ying, Zhong Fengping / Автоматичне зварювання. 2021. №5, C. 56–61.

Ефективність процесу плазмово-дугової сферодизації струмопровідного титанового дроту / В.М. Коржик, Д.В. Строгонов, О.М. Бурлаченко, А.Ю. Тунік, О.В. Ганущак, О.П. Грищенко. Сучасна електрометалургія. 2023. № 1. C. 1–9.

Установка нового покоління для плазмоводугового нанесення покриттів і розпилення струмопровідних дротових матеріалів / В.М. Коржик, Д.В. Строгонов, О.М. Бурлаченко, О.В. Ганущак, О.М. Войтенко. Сучасна електрометалургія. 2023. № 3. C. 19–27.

Установка нового покоління для плазмоводугового нанесення покриттів і розпилення струмопровідних дротових матеріалів / В.М. Коржик, Д.В. Строгонов, О.М. Бурлаченко, О.В. Ганущак, О.М. Войтенко. Сучасна електрометалургія. 2023. № 3. C. 19–27.

The technology of plasma-arc atomization of current-carrying solid wires for titanium powder production / D. Strohonov, O. Tereshchenko, O. Burlachenko, V. Korzhyk, O. Ganushchak, O. Konoreva. Sciences of Europe. 2024. No. 147. P. 116–119.

Підвищення ефективності роботизованого виготовлення сталевих фермових зварних конструкцій / В. Коржик, А. Гринюк, В. Хаскін, Є. Ілляшенко, І. Клочков, О. Ганущак, Ю. Сюефен, Л. Хуан. Сучасні технології з’єднання матеріалів: збірка тез пленарних та стендових доповідей міжнародної конференції (м. Київ, 31 травня - 2 червня 2021 р.). Київ, 2021. С. 25.

Investigation of the formation of a transition layer of steel on the surface of titanium in obtaining joint "titanium-steel" / V. Korzhyk, O. Demianov, A. Grynyuk, O. Ganushchak, V. Shevchenko, O. Sitko, V. Popov, T. Oleinichenko. The 6th International scientific and practical conference – Results of modern scientific research and development (Madrid, August 22-24, 2021). Barca Academy Publishing, Madrid, Spain, 2021. Р. 117–119.

Plasmatron development for plasma-arc spraying of a fusible wire-anode / O. Voitenko, V. Korzhyk, O. Demianov, V. Shcheretskyi, Ye. Illiashenko, O. Ganushchak, D. Strohonov, І. Gos. The 3rd International scientific and practical conference "Modern scientific research: achievements, innovations and development prospects" (Berlin, August 29-31, 2021). MDPC Publishing, Berlin, Germany, 2021. Р. 77–79.

The electrodes of hybrid plasmatron for plasma-gmaw / V. Korzhyk, V. Khaskin, O. Babych, A. Grynyuk, O. Ganushchak, V. Shevchenko, S. Peleshenko, O. Voitenko. The 11th International scientific and practical conference "European scientific discussions" (Rome, September 12-14, 2021). Potere della ragione Editore, Rome, Italy, 2021. Р. 57–60.

Optimization of laser and hybrid laser-gmaw welding of high-strength steels by strength characteristics / V. Korzhyk, V. Khaskin, A. Grynyuk, O. Babych, Ye. Illiashenko, T. Oleinychenko, O. Ganushchak Ye. Popov. The 11th International scientific and practical conference "European scientific discussions" (Rome, September 12-14, 2021). Potere della ragione Editore, Rome, Italy, 2021. Р. 61–63.

Application of laser recovery surface / V.Korzhyk, V. Khaskin, A. Grynyuk, S. Peleshenko, O. Babych Ye. Illiashenko, T. Oleinychenko, O. Ganushchak, Ye. Popov. The 3rd International scientific and practical conference "Topical issues of modern science, society and education" (Kharkiv, October 3-5, 2021). SPC "Sciconf.com.ua", Kharkiv, Ukraine, 2021. P. 229–232.

Application of laser recovery surface Comparison of features of formation of structure of a transition layer "Steel-Titanium" at plasma-arc spraying and surfacing of a steel layer / V. Korzhyk, Y. Illiashenko, O. Ganushchak. Abstracts of IV international scientific and practical conference "Problems of practice, science and ways to solve them" (Milan, October 11 – 13, 2021). Milan, Italy, 2021. P. 151–152.

Аналізування ефективності технологічних прийомів отримання стикових з’єднань біметалевих пластин «титан–сталь» із застосуванням методів зварювання плавленням / В. М. Коржик, А. А. Гринюк, В. Ю. Хаскін, О. В. Ганущак Є. В. Ільяшенко, В. В. Квасницький, С. І. Пелешенко. Зварювання та споріднені технології: перспективи розвитку: тези доповідей V Міжнародної науково-технічної конференції (Краматорськ, 19–20 жовтень 2021 р.). Краматорськ, Україна, 2021. C. 37–40.

Achievements of the E.O. Paton electric welding institute in the field of welding thin sheet alloys for automotive applications / V. Korzhyk, V. Khaskin, A. Grynyuk, S. Peleshenko, Ye. Illiashenko V., Shcheretskiy, O. Ganushchak. The 5th International scientific and practical conference "Modern scientific research: achievements, innovations and development prospects" (Berlin, October 24-26, 2021) MDPC Publishing, Berlin, Germany, 2021. Р. 167–174.

Application of laser welding technologies in the automotive industry (review) / V. Korzhyk, V. Khaskin, A. Grynyuk, V. Shcheretskiy, S. Peleshenko, O. Ganushchak, V. Shevchenko. The 5th International scientific and practical conference "Modern scientific research: achievements, innovations and development prospects" (Berlin, October 24-26, 2021). MDPC Publishing, Berlin, Germany, 2021. Р. 175–182.

Overview of some perspective technical solutions on laser brazing with filler wires / V. Korzhyk, V. Khaskin, S. Peleshenko, A. Grynyuk, I. Hos, O. Ganushchak, O. Babych, D. Strogonov. The 3rd International scientific and practical conference "Innovations and prospects of world science" (Vancouver, November 4-6, 2021). Perfect Publishing, Vancouver, Canada, 2021. Р. 242–253.

Investigation of the features of the volt-ampere characteristic of the plasma arc of multipolar asymmetric current / V. Korzhyk, A. Grynyuk, V. Khaskin, S. Peleshenko, A. Aloshyn, O. Ganushchak. The 3rd International scientific and practical conference "Modern science: innovations and prospects" (Stockholm, December 5-7, 2021). SSPG Publish, Stockholm, Sweden, 2021. Р. 242–253.

Prevention of formation of intermetallides in welded joints "titanium-steel" by arc surface of barrier layers / V. Korzhyk, V. Khaskin, O. Ganushchak, Yu. Zhang, A. Grynyuk, S. Peleshenko, Ye. Illyashenko. The 35 th International scientific and practical conference "Modern Science" (Great Britain, 16-17 June, 2022). Nika Publishing, Leeds, Great Britain, 2022. Р. 87–95.

Читати повністю

Схожі дисертації

0825U000342

Варич Андрій Григорович

Нові технології виготовлення йодидів натрію та цезію для вирощування сцинтиляційних монокристалів з сировини техногенного походження

0825U000031

Євдокимов Антон Васильович

Матеріали та технології дугового наплавлення біметалевих листів підвищеної зносостійкості

0824U003598

Козечко Валентин Іванович

Формування комплексу механічних властивостей низьковуглецевих мікролегованих сталей в залежності від товщини металопрокату

0824U003556

Соценко Віталій Віталійович

Розробка епоксидних покриттів для захисту засобів транспорту від обростання

0824U003509

Боровик Ярослав Володимирович

Розробка і дослідження довгомірної зварної конструкції перетворюваного об’єму космічного апаратобудування