ПЛАЗМЕННАЯ РЕЗКА

Влияние плазменного реза на качество сварных швов

Детали, вырезанные плазмой, назависимо от способа резки по периметру вблизи кромок имеют ЗТВ. Чем больше глубина этой зоны, тем меньше возможность получить качественные сварные соединения при свар­ке. Выше было показано, что глубина ЗТВ зависит от скорости разрезае­мого металла. Чем меньше скорость резки, тем больше вводится тепла. В связи с теплонаеыщением близколежаших участков металла, тепло медленнее отводится от кромки реза, т. е. скорости охлаждения снижаются, что приводит к перегреву металла, росту зерна и увеличению литой зоны.

Наибольшие изменения физико-химических свойств разрезаемого ме­талла, как отмечалось выше, происходят в литом слое.

Установлено, что литой слой в виде светлой полосы после плазменной резки присутствует в кромках углеродистых, низколегированных и средне­легированных сталей. На сталях высоколегированных такого слоя на по­верхности кромки не наблюдается.

Зона термического влияния после плазменной резки в два-три раза ни­же, чем при кислородной. Тем не менее наличие литого слоя слабой трави­мости на поверхности реза углеродистых и низколегированных сталей затрудняет нормальный процесс сварки. О влиянии этого слоя на сварку будет сказано ниже.

Зона термического влияния на нержавеющей стали после плазменной резки листов толщиной 30 мм не превышала 0,12 мм [ 104J. По данным ра­боты [97] при резке стали типа 1Х18Н9 толщиной 18 мм эта зона была не более 0,2 мм. В связи с этим для листов, которые после резки свариваются, такие величины зоны не имеют существенного значения, поскольку эта зона при сварке будет переплавлена.

Уже отмечалось, что при плазменной резке меди в литом слое на кромке (особенно в нижней ее части) в зависимости от условий резки могут обра­зовываться шлаковые включения, рыхлоты, химические соединения в виде закиси меди. Указанные включения и образования, попадая в сварной шов, снижают пластичность и прочность металла. При изготовлении ответствен­ных конструкций из меди кромки деталей под сварку необходимо обраба­тывать механическим способом на глубину до 1,5 мм. Это тот слой, который содержит кислородную эвтектику. Зона укрупненного зерна, полученная от плазменной резки, не оказывает существенного влияния на качество свар­ного шва. При определенных условиях плазменной резки, обеспечивающих минимальную глубину литого слоя (высокие скорости резки, напряжение на дуге и другие), можно получить кромки резов, свободные от указанных выше дефектов. В этих случаях механическая обработка кромок перед сваркой не требуется.

При плазменной резке алюминиевых сплавов на поверхности кромки образуется повышенная шероховатость (например, по сравнению со сталью) в виде наклонных рисок и бороздок. Вследствие высоких темпе­ратур, во много раз превышающих температуру плавления алюминия, на поверхности кромок образуется окисленный слой литого металла, в кото­ром могут быть микроскопические раковины, газовые и шлаковые включе­ния в виде АЬОз, рыхлоты. Поверхностный слой расплава характеризует­ся большой гигроскопичностью, что способствует загрязнению поверхности и оказывает существенное влияние на свариваемость металла, вызывая в сварных швах образование окисных пленок и микропористости. Однако при оптимальных режимах резки и при соответствующих плазмообразую-

щих средах, обеспечивающих высокие скорости резки и уменьшающих налипание окисленного металла на поверхность резов, можно получить кромки с минимальной толщиной окисной пленки. Глубина слоя изменен­ной структуры может быть различной — от 0,2 до 4 мм [96, 104].

По данным некоторых исследователей, в слое, который оплавлен при резке и не был удален струей газа, имеются поры водородного происхожде­ния. Наличие такого слоя на кромках деталей, полученного в результате влияния при плазменной резке аргоноводородной дуги, при сварке этих де­талей приводит к пористости в швах. В связи с этим рекомендуется на дета­лях, подлежащих сварке, удалять механическим путем слой металла с по­вышенным содержанием водорода. Проведенные во ВНИИавтогенмаше металлографические исследования на образцах из АМ-6Т толщиной 15 мм подтверждают эти выводы. Резку образцов выполняли при силе тока 370 А, расходе газовой смеси 0,53 л/с, содержании водорода в смеси 24 %, скорости резки 22 мм/с. Замеры, выполненные на микрошлифах, показали, что по глубине литой слой изменялся от 0,44 до 1,2 мм. В этом литом слое дендритного строения (преимущественно в нижней части реза) имелись га­зовые пузыри. Наблюдалось также присутствие окисных пленок, парал­лельных плоскости реза. Наличие газовых и окисных включений несомнен­но оказывает отрицательное влияние на качество сварных швов. Однако необходимо отметить, что в данном случае при большом токе, относитель­но низкой скорости резки оплавленный слой оказался значительным, что и привело к сильному окислению и газонасыщению кромки реза.

При обеспечении высокого качества кромок плазменного реза и со­ответствующей зачистке свариваемых поверхностей металлическим про­волочным кругом сварка алюминиевых сплавов возможна без механи­ческого удаления литого слоя. Это подтверждают исследования, приведен­ные в работе [76]. В качестве образцов для сварки использовались листы толщиной 9,5 мм двух различных химических составов и два состава сварочной проволоки (табл. 3.6). Режимы вырезки образцов под сварку даны в табл. 3.7.

Для сравнения под сварку вырезались контрольные образцы механи­ческим способом с аналогичным скосом кромок, как и после плазменной резки.

Поверхность реза, полученная при использовании аргоноводородной плазмы, более гладкая, чем при азотно-водородной (рис. 3.13). Наклонные бороздки от резки более четкие и сильнее загнуты назад, так как скорость резки газом Аг — Н2 почти на 50 % больше скорости резки газом N2—Н2. Степень окисления и прилипания шлака для обоих способов резки отли­чается незначительно. При исследовании микрошлифов установлено, что в области верхней кромки поверхности реза и в центральной ее части расп­лавленный слой очень тонкий и почти не обнаруживается. В нижней части реза на алюминиевом сплаве АІ — Zn — Mg при резке газом Аг —Н2 обра­зуются в литом слое раковины, причем их значительно больше, чем при резке газом N2 — Н2 (рис. 3.14). Предполагается, что причиной образова­ния воздушных раковин является водород, который присутствует в той и другой плазмообразующей среде. Так как в первом случае в составе плаз­мы водорода больше, то, по-видимому, образуется и большее количество раковин.

Величина зоны термического влияния при аргоноводородной плазмен­ной резке оказалась меньше, чем при азотно-водородной. Это вызвано раз­ницей режимов резки (табл. 3.7).

Вырезанные указанными способами образцы сваривались встык авто­матической сваркой согласно режимам, приведенным в табл. 3.8.

Сварка призводилась в аргоне плавящимся электродом (диаметр сва­рочной проволоки 1,6 мм) спустя две-три недели после вырезки образцов.

При образовании сварного шва свариваемые кромки расплавлялись и все поверхностные дефекты в виде мелких раковин, окисных пленок пере­ходили в сварочную ванну и всплывали на поверхность.

Исследования поперечных макрошлифов показали, что сварные швы с обработкой кромок механической и плазменной резкой не имеют структур­ных различий. Все сварные соединения имеют совершенную структуру без воздушных раковин в металле шва. При рентгеноконтроле было установ­лено, что на отдельных образцах в корне шва имеются мельчайшие воздуш-

Рис. 3.14. ЗонД термического влияния: а — кромка аргоноводородного реза; б — кромка азотноводородного реза

ные раковины. Причиной их появления оказался недостаточный провар. Валики с лицевой и обратной стороны (это видно было на шлифах) едва сходились. При необходимом обеспечении провара в корне шва дефекты не обнаруживались. Результаты механических испытаний сварных соедине­ний рассмотрены в п. 3.4.

Плазменная резка с использованием окислительных плазмообразую­щих сред обеспечивает более высокие скорости резки, чем аргоно - и азотно­водородная плазма, поэтому ЗТВ уменьшается. Для получения хорошего качества сварного шва необходимо обеспечить также достаточно гладкую поверхность реза в 40—50 мкм.

В предыдущем разделе рассматривалось качество поверхности реза на алюминиевых сплавах. Хорошее качество поверхности резов, близкое по величине шероховатости кромок, наблюдалось при воздушно-водяной плазменной резке (рис. 3.15).

Была произведена про­верка свариваемости алюми­ниевых сплавов с кромками, которые были получены при резке воздушно-водяным плазменным способом. Об­разцы из сплава АМгбІ тол­щиной 6 мм вырезались этим способом. Перед сваркой кромки тщательно зачища­лись проволочной щеткой. Сварка выполнялась ручным аргонодуговым способом не - плавящимся вольфрамовым электродом с присадкой ос-

новного металла. После первого прохода с обратной стороны стыка производилась подрубка корня шва и его сварка вторым проходом. При рентгеноконтроле в сварных швах дефектов не обнаружено. При этом обеспечивалась необходимая прочность сварных соединений (рис. 3.16).

Поскольку поверхность плазменного реза имеет неровности и достаточ­но гигроскопична, она может легко загрязняться инородными частицами из окружающей среды (консервирующими смазками, промывочными раство­рами и пр.). На поверхности реза некоторых термоупрочненных сплавов после двух-, трехнедельного вылеживания деталей могут образоваться трещины [104]. Все это отрицательно сказывается на качестве сварного шва. В связи с этим применять сварку деталей, вырезанных плазмен­ным способом, следует весьма осмотрительно, до накопления соответствую­щего опыта.

Применение плазменной резки углеродистых и низколегированных сталей взамен кислородной газопламенной резки позволило существенно повысить производительность обработки сталей за счет увеличения скорос­ти резки; например, для сталей тощиной 5—20 мм — в 3—10 раз. Внешне обеспечивалось высокое качество кромок с уменьшением их шероховатости

по сравнению с кислородной резкбй. Наличие на кромках скоса не оказы­вало существенного влияния на сварку. Основным недостатком некоторых плазменных способов резки является то, что при сварке вырезанных дета­лей в швах образуются поры. Особенно велика пористость сварных швов, выполненных воздушно-плазменным способом на стали с относительно малыми толщинами (5—14 мм); причем с уменьшением толщины коли­чество пор в швах увеличивается.

Использование для резки азотной и аргоновой плазмы также приводит к значительной пористости при последующей сварке вырезанных загото­вок.

При исследовании влияния плазменного реза на образование пор в сварных швах установлено, что причиной их образования является газо - насыщение кромок деталей. Установлено также, что в основном происходит г азонасыщение металла литого поверхностного слоя, который отличается на микрошлифах от других структурных составляющих слабой травимо - стью. Наибольшая глубина этого слоя в нижней части реза может дости­гать 0,07 мм. Количество пор в сварных швах связывают с глубиной этой зоны и содержанием в кромках азота.

Процесс порообразования в сварных швах происходит следующим образом. При расплавлении свариваемых кромок содержащиеся в них газы попадают в сварной шов, взаимодействуют с металлом шва и частично растворяются в нем. Часть этих газов может выделиться из расплавлен­ного металла в атмосферу. В процессе остывания и кристаллизации раство­римость газов в металле шва уменьшается, избыточный газ выделяется из объема расплавленного металла и концентрируется в отдельные пузырь­ки, которые могут всплыть на поверхность сварочной ванны. При увеличе­нии вязкости металла этот процесс становится затруднительным, поэтому захваченные металлом пузырьки остаются в нем в виде газовых пор. В за­висимости от условий процесса сварки поры могут быть не только шаровид­ными, но и вытянутыми вертикально вверх. Некоторые из них могут соеди­няться с атмосферным воздухом, тогда их называют свищами (рис. 3.17).

В табл. 3.9 приведены результаты исследований порообразования в зависимости от состава плазмы [14]. Сварка выполнялась встык полуав­томатом под флюсом ОСЦ-45 проволокой Св-08А диаметром 2 мм. При проведении опытов использовалась сталь марки 09Г2 толщиной 8 мм. Что­бы исключить возможное влияние водорода на порообразование, кромки реза зачищались от загрязнений, флюс прокаливался.

Из табл. 3.9 следует, что наибольшее количество пор получено при свар­ке образцов, вырезанных аргоновой плазмой; причем повышенное порооб­разование соответствует более глубокому литому слою. В случае использо­вания кислорода при относительно низкой скорости резки такого слоя на кромке не обнаружено, поры в сварных швах этих образцов также от­сутствуют. На связь процесса увеличения пористости при сварке с величи­ной литого слоя плазменного реза указывают также авторы работ [18, 24, 27, 81].

Проведенными исследованиями установлено, что наличие азота в по­верхностном слое плазменного реза всегда вызывает образование пор в сварных швах. Присутствие азота определяли вакуум-плавлением струж­ки, взятой с поверхности кромки реза на глубину до 0,5 мм. Установлено, что большему содержанию азота в кромках соответствует увеличенное количество пор в сварных швах, выполненных по этим кромках.

Интересно отметить, что количество пор в сварных швах зависит не толь­ко от условий плазменной вырезки образцов, но и от условий их сварки.

Рис. 3.17. Сварной шов со свищами

Наибольшое количество пор в сварных швах отмечается при автомати­ческой сварке под флюсом. При сварке в углекислом газе количество пор уменьшается, при ручной сварке электродом пор в сварных швах вообще может не быть. Количество пор в сварных швах зависит также от режимов сварки. Проведенные исследования показывают, что степень порообразо­вания в сварных швах связана с расплавлением металла свариваемых кро­мок и длительностью пребывания металла в расплавленном состоянии.

Пластины из стали марки ВСтЗсп толщиной 7 мм, длиной 500—800 мм, вырезанные с использованием различных плазмообразующих сред, сва­ривались встык автоматической сваркой под слоем флюса марки ОСЦ-45 проволокой Св-08А диаметром 3 мм при силе тока 400 А, напряжении 30 В. Скорость сварки изменяли от 0,56 до {,96 мм/с. Сварка образцов выпол­нялась односторонним швом, затем производился излом сваренной пробы по осевой линии сварного шва. В изломе определялся процент металла (по площади), пораженный порами (рис. 3.18). Пластины под сварку собира­лись правой и левой кромками, чтобы обеспечить одинаковые условия для всех исследуемых вариантов. На каждый вариант сваривалось не менее

Рис. 3.18. Вид образовавшихся пор н свищей в сварном одностороннем шве, выполненном под слоем флюса с глубиной провара (0,7-г0,8) й (сталь ВСтЗсп, 6=7 мм)

Рис. 3.20. Зависимость образования лор при сварке под флюсом верхних и последующих заготовок пакета, вырезанных воздушно-плаз­менным способом:

1,2,3 — соответственно верхний, средний и иижиий листы, мм/с, 4 — резка од­

ного листа, цр=16,6 мм/с; 5 — резка одного листа, ар = 41,6 мм/с

трех — пяти проб. Исследования показали, что при сварке по кромкам плазменного реза поры располагаются, как правило, по оси шва. Это свя­зано с тем, что начало кристаллизации металла шва идет от нерасплав­ленных кромок основного металла к оси шва. Образовавшиеся зародыши пор постепенно перемешаются к середине шва, объединяются и создают более крупные газовые полости.

Из графиков, приведенных на рис. 3.19, видно, что при сварке на повы­шенной скорости 1,68—1,96 мм/с количество пор, возникающих независи-

мо от плазмообразующей среды, значительно меньше. Это можно объяс­нить тем, что при высоких скоростях сварки происходит незначительное про­плавление кромок стыка (менее половины толщины листа), т. е. только не­большая часть азота, находящаяся в кромках реза, попадает в сварной шов. Кроме того, сварочная ванна сравнительно мала, пребывание металла шва в жидком состоянии кратковременное. В связи с этим успевший раст­вориться в жидкой металлической ванне азот (вследствие высоких скорос­тей охлаждения) не успевает полностью выделиться и сконцентрироваться в пузырьки.

При сварке со скоростью 0,56 мм/с также наблюдается некоторое сни­жение пористости в сварных швах. В этом случае происходит значитель­ное расплавление кромок и большая часть азота, находящаяся в кромках реза, переходит в расплавленный металл шва. Но вследствие продолжи­тельности пребывания металла шва в жидком состоянии значительная его часть успевает выделиться из расплавленной ванны. Наибольшее количест­во пор получено на промежуточных режимах сварки 0,84—1,4 мм/с.

Чтобы определить распределение азота в кромке по толщине листа, адсорбировавшегося в процессе плазменной резки, и его влияние на ка­чество сварного шва, была выполнена пакетная резка из трех листов тол­щиной по 7 мм. Оптимальная скорость резки пакета толщиной '21 мм из условия получения хорошего качества кромок составляла 16,6 мм/с. После разрезания пакета воздушно-плазменным способом производилась сварка верхних, средних и нижних пластин между собой правыми и левыми кром­ками. Результаты исследований приведены на диаграмме (рис. 3.20).

Наименьшее количество пор получено при сварке верхних пластин (вариант 1), наибольшее — при сварке нижних пластин (вариант 3). Для сравнения была выполнена резка на той же скорости одного листа толщиной 7 мм (вариант 4) и на оптимальной скорости для этой толщины (вариант 5).

В целях исключения порообразования в сварных швах перед сваркой образцы, вырезанные воздушно-плазменным способом, обрабатывались наждачным кругом на глубину до 0,1 мм, другие образцы подвергались термическому нагреву в печи до 600 °С с выдержкой при этой температуре в течение часа.

Механическая обработка наждачным кругом позволила уменьшить ко­личество пор в сварных швах по сравнению с исходным вариантом более чем в пять раз. Положительное влияние также оказал нагрев образцов, количество пор при этом уменьшилось в 12 раз. Однако для полной десор­бции азота необходима более высокая температура нагрева кромок. Такой нагрев (примерно до 800—1000 °С) нижней части кромок стыка обеспе­чивается при сварке. При этом происходит полная дегазация металла кромок, так как при выполнении обратного сварного шва поры в нем не образуются.

Уменьшить порообразование в сварных швах можно за счет примене­ния следующих технологических приемов:

связывания свободного азота в металле шва за счет применения нитри­дообразующих элементов (Al, Si, Ті, Zr, V и других), вводимых в металл шва из электродной проволоки или за счет подлегирования флюсом;

увеличения объема ванны и длительности ее пребывания при высокой температуре, например, за счет применения односторонней сварки с пол­ным проплавлением и обратным формированием шва;

уменьшения вязкости металла шва и его поверхностного натяжения за счет раскисления и применения флюсов с наименьшей вязкостью, с по-

вышенным содержанием СаИг; при этом обеспечивается более свободный выход азота из металлической ванны шва.

Влияние легирования металла сварного шва осуществлялось за счет применения сварочных проволок различного состава. Однако существен­ных результатов легирование металла шва в пределах допустимых норм на порообразование при сварке простых сталей не дало. Применение вы­соколегированных сварочных материалов исключает порообразование в швах, однако оно не является приемлемым, так как изменяет механичес­кие свойства сварных соединений и не соответствует общепринятым нор­мам сварочной технологии. Односторонняя сварка заготовок после плаз­менной резки кислородом на флюсовой подушке с обратным формирова­нием шва обеспечила получение качественных сварных швов. При таком способе можно получить сварные швы без пор, если заготовки вырезаны воздушно-плазменным способом, но только на толщинах не менее 14 мм, когда обеспечивается значительный объем сварочной ванны; при меньших толщинах в швах образуются поры.

Уменьшение расплавления кромок и одновременное увеличение объема наплавленного металла при выполнении первого прохода сварного шва позволило снизить количество пор в сварочных швах на заготовках, выре­занных воздушно-плазменной резкой, в пять-шесть раз по сравнению с исходным 'вариантом, а на заготовках, вырезанных кислородной плазмой, полностью исключить поры.

Уменьшение расплавления кромок достигалось за счет увеличения свободного вылета электродной проволоки с 40 до 180 мм. При этом в процессе сварки происходил автоподогрев сварочной проволоки, которая имела температуру перед сварочной ванной примерно 400—500 °С. В свя­зи с этим проплавление кромок уменьшилось, а количество наплавлен­ного металла увеличилось.

Экспериментальным путем установлено [78, 82], что при добавлении небольшого количества водорода к плазмообразующему газу, например к азоту, можно заметно уменьшить количество пор в сварных швах. Тот же эффект достигается при добавлении небольшого количества воды в плазму, например при резке воздухом [78]. Вода в столбе дуги диссоциирует на водород и кислород, частично испаряется, создавая избыточное давление в зоне реза. Одновременно при повышении давления в зоне реза за счет парообразования и создания водяной завесы исключается проникновение дополнительных порций азота из атмосферы в полость реза.

Экспериментальные работы по плазменной резке с добавлением воды и при последующей сварке проводились на стали марки ВСтЗсп толщиной 6, 8 и 10 мм. Вырезка образцов под сварку осуществлялась кислородом и воздухом в сочетании с водой, диаметр внутреннего сопла 3 мм, наружно­го (насадки) — 4 мм. Обход при вырезке образцов производился по часо­вой стрелке (правая кромка) и против часовой стрелки (левая кромка). Вырезанные образцы собирались встык правыми и левыми кромками и сваривались между собой. Сварка выполнялась автоматическим способом под флюсом ОСЦ-45, диаметр проволоки 4 мм, ток постоянный (обратной полярности). Поскольку поры образуются только при выполнении первого прохода сварного шва, а при выполнении второго — не образуются, о чем упоминалось выше, для упрощения проведения экспериментов выполнялся только один проход с лицевой стороны и после этого сварной стык раз­рушался по оси шва. По наличию и структуре пор или по их отсутствию оценивались варианты технологии резки и сварки. Полученные результаты экспериментальной проверки приведены в табл. 3.10.

Рис. 3.21. Схема сварного стыка с зазором в корне шва

На основании выполненных исследований установлено, что добавление небольшого количества воды в столб плазменной дуги позволило резко уменьшить газонасыщение кромок. При этом сварка деталей, вырезан­ных по указанной технологии, может выполняться существующими спосо­бами без ограничений согласно действующей технологической документа­ции, за исключением малых толщин металла (менее 8 мм). Для указанных толщин требуется корректировка режимов при автоматической сварке под флюсом ОСЦ-45 в сторону их уменьшения. Величина проплавления ме­талла при сварке первого шва не должна превышать 50—60 % толщины металла.

Исследования показали также, что сварка деталей, вырезанных из тон­колистовой стали толщиной 6 мм и меньшей кислородно-плазменной, кислородно-водяной плазменной и воздушно-водяной плазменной резкой, может выполняться кроме сварки под флюсом всеми другими приемлемы­ми для данных толщин способами.

Некоторые предприятия, чтобы обеспечить необходимое качество свар­ки под флюсом металла малых толщин, предварительно выполняют «бег­лый» сварной шов полуавтоматической сваркой в СОг. Такая технология также исключает образование пор в сварных швах при условии, если плаз­менная резка деталей выполнялась одним из трех указанных способов, обеспечивающих по сравнению с воздушной плазмой значительно меньшее газонасыщение кромок.

Поскольку при снижении толщины металла, разрезаемого плазменным способом, до 4—6 мм происходит увеличение пористости в сварных швах и наиболее эффективные способы плазменной резки в направлении ми­нимального газонасыщения кромок, такие, как кислородно-плазменная и воздушно-водяная, не могут уменьшить газонасыщение кромок настолько, чтобы исключить поры при сварке, вопрос о качестве сварных швов ре­шается комплексно, т. е. за счет совершенствования технологии плазмен­ной резки и технологии сварки.

Опытные работы в этом направлении выполнялись на Тюменском су­достроительном заводе. Установлено положительное влияние зазора на качество сварки. В том случае, когда расплавленная ванна формируемого шва имеет выход с обратной стороны свариваемого соединения, поры в шве отсутствуют (рис. 3.21). Вероятно, газ, выделившийся из расплавленных кромок в сварочную ванну, под воздействием давления дуги вытесняет­ся из жидкого металла через корень шва.

Для сварки вырезались образцы из стали марки ВСтЗсп толщиной 5 мм двумя плазменными способами: кислородом в сочетании с водой и возду­хом в сочетании с водой. Для упрощения сборки при обеспечении зазора в корневой части стыка детали, которые имели после плазменной вы­резки естественные скосы на кромках, собирались с предварительной кан­товкой. Так как обычный процесс в этом случае затруднен из-за постоян­ных прожогов, сварка выполнялась на автомате ТС-17М-1, специально приспособленном для сварки с поперечными колебаниями сварочной про­волоки. Для сварки использовались флюс марки АН-348А, проволока марки Св-08А диаметром 2 мм, амплитуда колебаний электрода состав­ляет 5—6 мм, частота — 4—5 колебаний в секунду. При этом значение

юв
сварочного тока было увеличено по сравнению с обычными стандарт­ными режимами примерно на 20 %. Первый шов выполнялся с попереч­ными колебаниями, второй с обратной стороны — без колебаний и на обычных режимах.

Рентгенографический контроль показал отсутствие дефектов в сварных швах. Все стыки (по 5 шт. на вариант) при 100 %-м рентгеноконтроле оценены баллом 3.

Аналогичные исследования выполнялись для сталей толщиной 8— 10 мм [56], при этом получены также удовлетворительные результаты.

Сварка по указанной выше технологии штатных конструкций в произ­водственных условиях при толщине листов 5—6 мм дала положительные результаты. В тех случаях, когда обеспечивались требования сборки и пра­вильность настройки автомата на сварку, поры в сварных швах отсутство­вали. Несоблюдение в корневой части зазора (необходимого раскрытия кромок) приводило к образованию пор в сварных швах.

Следовательно, одним из условий получения сварных швов без пор является наличие в корневой части стыка гарантированного зазора.

Как показали исследования, поры в сварных швах после плазменного реза в среде воздуха могут быть не только на сталях толщиной до 14 мм, но и при больших толщинах. Например, были обнаружены отдельные по­ры диаметром 4—5 мм на стали 09Г2 толщиной 16 и 20 мм при двусторон­ней сварке под флюсом. Детали вырезались воздушно-плазменным спосо­бом, причем внешне сварной шов выглядел качественным, с хорошим фор­мированием металла.

Исследования качества поверхности реза применительно к условиям сварки проводили также на стали толщиной 65 мм. Наличие газонасыще - ния кромок после воздушно-плазменной резки определялось методом нап­лавки валиков автоматической сваркой в С02 на поверхность реза: вверху по толщине листа, посредине и внизу. Исследуемые образцы вырезались при силе тока 380 А, скорости резки 5,8 мм/с.

После наплавки валики наполовину высоты сфрезеровывались. Таким образом, было изготовлено восемь образцов. Наибольшее количество пор оказалось в нижней наплавке, в средней — незначительные поры, в верх­ней — встречались отдельные поры и не на всех образцах. Размер пор не более одного миллиметра. Для проверки возможного появления пор при сварке деталей указанной толщины производилась сварка пластин из этой стали по щелевой разделке на всю глубину стыка без скоса кромок По центру толщины пластин на стыкуемые кромки наплавлялись валики электродами марки УОНИ-13,/45, затем эти пластины собирались меж­ду собой. Ширина щели обеспечивалась в пределах 11 — 12 мм. Сварка образцов выполнялась автоматом с двух сторон поочередно. При рент­геноконтроле дефектов в виде пор в сварных швах не обнаружено.

При осуществлении сварки деталей из листов толщиной 30 мм и выше, как правило, предусматривают подготовку кромок под сварку, которую обычно выполняют кислородной газоплазменной резкой, т. е. плазменный рез срезается и не учавствует в металле шва. Однако была выполнена про­верка влияния плазменного реза на качество шва, когда подготовка ско­сов кромок под сварку выполнялась воздушно-плазменным способом. Для этой цели использовалась среднелегированная сталь толщиной 40 мм с X - и V-образной подготовкой кромок с притуплением 6 мм. Сварка вы­полнялась на режимах согласно технической документации с использова­нием флюса марки АН-42 сварочной проволокой марки Св-08ГСМТ диа­метром 5 мм. При рентгеноконтроле никаких дефектов в сварных швах

не обнаружено, полученный результат сварки оценивается в 3 балла.

Проведенные исследования показали, что поры в сварных швах, выполненных по кромкам воздушно-плазменного реза на сталях толщиной свыше 30 мм, не образуются, хотя газонасыщение кромок азотом имеет

место.

Анализ вышеизложенного показывает, что плазменный рез оказывает большое влияние на свариваемость металлов и сплавов. Наибольшие изменения физико-химических свойств разрезаемого металла происходят в литом слое. Однако в зависимости от состава металла, от его тол­щины и режимов резки влияние плазменного реза проявляется по-разному.

На меди обеспечивается достаточно чистая поверхность реза, но в за­висимости от режимов плазменной резки на поверхности реза (особенно в нижней части) могут быть рыхлоты, возможно образование кислородной эвтектики Си — Си^О. Причем, если процесс кристаллизации идет в вос­становительной среде, содержащей водород, то могут появиться микротре - шины в литом слое, т. е. возникает «водородная болезнь» меди [77]. В свя­зи с этим при сварке меди и ее сплавов необходимо сварочную ванну тща­тельно раскислять еще в жидком состоянии с тем, чтобы в металле шва и в зоне сплавления не появились трещины и поры.

На алюминиевых сплавах при плазменной резке на поверхности ли­того слоя образуется окисная пленка АІ2О3. В нижней части реза вели­чина литого слоя увеличивается и в нем могут образоваться микропоры. Образование микропористости связывают с взаимодействием водорода с расплавленным металлом. У высокопрочных термически обработанных сплавов в литом слое иногда образуются микротрещины, которые располо­жены перпендикулярно к поверхности реза и направлены вдоль проката листа. Наличие микронеровностей на поверхности реза в виде наклонных бороздок, налипаний отдельных частичек металла и рыхлот может при­вести к загрязнению поверхности инородными частицами из окружающей среды.

Одним из способов перехода к сварке по кромкам плазменного реза на тех сплавах, на которых не образуются трещины, по-видимому, можно считать совершенствование зачистки кромок перед сваркой с удалением окисной пленки с поверхности реза.

На сталях ЗТВ от плазменного реза в два-три раза меньше, чем при кислородной резке. В литом слое ЗТВ происходит газонасыщение металла, причем глубина литого слоя, характеризующегося слабой травимостью на микрошлифах, пропорциональна содержанию в нем азота и количеству пор при сварке.

На высоколегированных сталях слой с низкой травимостью отсутст­вует, общая глубина ЗТВ в основном не превышает 0,6 мм. В связи с этим плазменный рез не оказывает существенного влияния на сварку.

При плазменной резке низкоуглеродистых, низко - и среднелегирован­ных сталей независимо от плазмообразующей среды в большей или мень­шей степени происходит газонасыщение поверхности реза, причем это газонасыщение при сварке малых толщин проявляется больше, т. е. обра­зуется большее количество пор. Количество пор в сварных швах зависит также от способа и условий сварки.

Наименьшее газонасыщение кромок деталей получено при вырезке их кислородной плазмой, воздушно-водяным и кислородно-водяным плазмен­ными способами резки. При этих способах резки обеспечивается хорошее качество сварных швов при сварке под флюсом сталей толщиной от 8 мм и выше. Стали толщиной менее 8 мм для обеспечения качественных швов

должны свариваться по специальной технологии сварки с учетом рассмот­ренных в данном разделе приемов. На малых толщинах (4—6 мм) хоро­шее качество швов может быть достигнуто также при сварке ручным спосо­бом и полуавтоматической сваркой в углекислом газе.