ТЕОРИЯ сварочных процессов

Смешанная газошлаковая защита сварочной ванны

Исторически этот метод защиты появился раньше всех уже рассмотренных выше методов. Он реализуется при ручной дуго­вой сварке толстопокрытыми или качественными электродами, промышленное применение которых началось в середине 20-х годов.

Благодаря разработке покрытий, плавящихся вместе с метал­лом электрода, удалось резко повысить качество наплавленного металла и сварного соединения в целом. Это обеспечило широкое применение ручной дуговой сварки в целом ряде отраслей произ­водства — в строительстве, судостроении, энергомашиностроении и др., где благодаря ее маневренности и возможности выполне­ния сварки в труднодоступных местах она незаменима.

В настоящее время разработан широкий ассортимент электро­дов для сварки сталей различного типа и многих сплавов при изготовлении ответственных изделий. Кроме того, появилась возможность автоматизации процесса сварки путем применения порошковых проволок, содержащих внутри оболочки практиче­ски те же компоненты, которые используются при изготовлении покрытия.

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ СВАРКЕ ПОКРЫТЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ

Предложенная Н. Н. Бенардосом сварка металлическим электродом без покрытия давала очень низкое качество сварных соединений, так как плавление стали в дуговом разряде приводи-

Таблица 10.3. Массовые доли, % компонентов электродной проволоки Св08 и металла шва прн сварке электродом без покрытия (остальное — железо)

Материал

С

Si

Мп

S

Р

О

N

Электродная прово­лока

0,10

0,03

0.2..Д4

0,04

0,04

0,02

0,005

Металл шва

0,03

Следы

0,1...0,2

0,04

0,04

0,20

0,16

ло к резкому выгоранию углерода, марганца и кремния, а вместо этого металл шва насыщался кислородом, азотом и водородом.

Изменение состава металла при плавлении электродной про­волоки в воздушной атмосфере показано в табл. 10.3.

Свойства металла шва, наплавленного электродом без покры­тия, очень низки (ударная вязкость падает до 0,5 МДж/м2 вместо 8 МДж/м2). Состав покрытия электродов определяется рядом функций, которые он должен выполнять: защита зоны сварки от кислорода и азота воздуха, раскисление металла сварочной ванны, легирование ее нужными компонентами, стаби­лизация дугового разряда. Производство электродов сводится к нанесению на стальной стержень электродного покрытия определенного состава. Электродные покрытия состоят из целого ряда компонентов, которые условно можно разделить на ионизи­рующие, шлакообразующие, газообразующие, раскислители, ле­гирующие и вяжущие. Некоторые компоненты могут выполнять несколько функций одновременно, например мел, который, раз­лагаясь, выделяет много газа (С02), оксид кальция идет на образование шлака, а пары кальция имеют низкий потенциал ионизации и стабилизируют дуговой разряд, С02 служит газовой защитой.

Ионизирующие компоненты — соединения, содержащие ионы щелочных металлов: Na2C03, К2СО3 (поташ). Пары этих соеди­нений снижают сопротивление дугового промежутка и делают дуговой разряд устойчивым. Также хорошо ионизируют атмосфе­ру дугового разряда пары кальция и бария.

Шлакообразующие компоненты — минералы: полевой шпат КгО - АІгОз-бБіСЬ; мрамор, мел СаСОз, магнезит MgC03, гли­нозем А12Оз, флюорит CaF2, рутил ТЮ2, кварцевый песок Si02 и иногда гематит Fe203. При сплавлении эти компоненты образуют шлаки различного состава и различной основности В.

Газообразующие компоненты — вещества, разлагающиеся с выделением большого объема газа — мрамор, мел или органи­ческие вещества: декстрин, крахмал, целлюлоза, которые, сгорая в электрической дуге, дают много газообразных продуктов — С02; СО; Н2; Н20.

Раскислители и легирующие компоненты — металлические по­рошки или порошки ферросплавов — ферромарганец, ферросили­ций, феррохром, ферровольфрам и др. Ферросплавы—это лигату­
ры, быстро растворяющиеся в жидкой стали. Только никель вводят в виде порошка металла, так как он при сварке почти не окисля­ется. Раскислителями кроме ферромарганца и ферросилиция могут быть ферротитан и алюминий.

Вяжущими компонентами могут быть или жидкое стекло, или (в последнее время) полимеры. Они соединяют порошки выше упомянутых компонентов в замес, который и напрессовы­вается на подготовленный металлический стержень в особых прессах. Можно также готовить электроды окунанием в жидкий замес, однородность которого поддерживается перемешиванием или обработкой ультразвуком. Все материалы, идущие на изго­товление покрытий, должны строго контролироваться по содер­жанию таких вредных примесей, как сера и фосфор.

Качество полученного сварного соединения зависит от отно­сительной массы покрытия:

/С,=^_Ю0%, (10.5)

где g„— масса металлического стержня электрода; gn— масса нанесенного покрытия.

Обычно электроды для сварки имеют относительную массу покрытия 25...35%, но так как плотность покрытия меньше, чем электродного металла, то по объему это будет значительно больше. Электроды для наплавочных работ, содержащие в по­крытии много ферросплавов, имеют большую относительную массу покрытия (50...80%).

При больших значениях Кп растут и потери металла из-за разбрызгивания и потерь в шлаке. Производительность процесса сварки определяется коэффициентом расплавления (ар) или ко­эффициентом наплавки (а„), который несколько меньше, так как учитывает потери металла (ф). Примерное соотношение этих коэффициентов в зависимости от толщины покрытия приведено на рис. 10.14. В нормальных свароч­ных электродах поддерживается значение Ка около 30%. <*р,

Смешанная газошлаковая защита сварочной ванны

і і 1 і ' '

Рис. 10.14. Коэффициенты рас­плавления Ор (/), наплавки а„ (2) и потерь ф (3) в зависимо­сти от величины относительной массы покрытия Кп

Электроды для сварки классифи­цируются в соответствии с ГОСТ 9467—75 (табл. 10.4). В основу классификации положены механи­ческие свойства металла шва и сварного соединения в целом. Тип электрода определяется буквой Э с цифрой, показывающей гаранти­рованное временное сопротивление наплавленного металла в десятках мегапаскалей.

Например, электроды Э-42 обес­печивают гарантированное времен­ное сопротивление 420 МПа. Если

Таблица 10 4. Требования ГОСТ 9467—75 к электродам для сварки углеро­дистых и легированных конструкционных сталей

Тип

элект

родов

Механические свойства металла шва или наплавленного металла при применении электро­дов диаметром более 2,5 мм

Механические свойства свар­ного соединения при применении электродов диаметром 2,5 мм и менее

Максимальное содержание серы и фосфора в металле шва или наплавлен ном металле, %

Основное

назначение

электродов

Времен­ное со­против­ление при растя жении, МПа

Относи­

тельное

удли­

нение,

°/

Ударная

вяз­

кость

КС,

ЧДж/м!

Времен ное со - против ление при растя жении, МПа

Угол

изгиба,

град

Сера

Фосфор

Э38

380

14

0,30

380

60

Э42

420

18

0,80

420

120

0,05

0,05

Э42А

22

1,40

180

0,04

0,04

Э46

460

18

0,80

460

120

0,05

0,05

Э46А

22

1,40

150

0,04

0,04

Э50

500

16

0,60

500

90

0,05

0,05

Э50А

1,30

150

Э55

550

20

1,20

550

140

Э60

600

16

0,60

-

-

Э60А

18

1,00

0,04

0,04

Э70

700

12

0,60

-

Э85

850

0,50

-

Э100

1000

10

-

Э125

1250

6

0,40

Э145

1450

5

Для сварки среднеуглероди­стых и низко­легированных конструкцион­ных сталей с <7В свыше 500 МПа

Для сварки углеродистых и низколегиро ванных кон­струкционных сталей с ав до 500 МПа

Для сварки легированных конструкцион­ных сталей по­вышенной проч­ности с оа свы­ше 600 МПа

после цифры стоит буква А, то это означает улучшенные плас­тические свойства.

Сведения об электродах приводятся в справочной литературе по сварке, причем одновременно определяется их область при­менения. Одному и тому же типу электрода соответствуют разные марки электрода. Так, например, к типу Э42 будут относиться электроды АНО-1, АНО-5, АНО-6, СМ-2, а также ОММ-5; МЭЗ-04, ЦМ-7 и др. К типу Э42А — электроды УОНИ 13/45.

Одинаковые свойства наплавленного металла и всего сварно­го соединения в целом можно получить электродами разных марок, с покрытиями разных составов, но относящихся к одному и тому же типу электродов.

В зависимости от вида компонентов, которыми осуществля­ется защита зоны сварки от атмосферы, все электродные покры­тия можно разбить на следующие четыре группы (ГОСТ 9467—75):

1. Кислые покрытия (А), в состав которых входят оксиды железа, марганца, титана и кремния, представляющие собой шлаковую основу покрытия. Газовая защита создается органи­ческими составляющими (крахмал). Раскислителем служит ферромарганец. В состав этой группы входят электроды ОММ-5, ЦМ-7, МЭЗ-04, СМ-5 и др.

2. Основные покрытия (Б) построены на основе карбоната кальция (мрамор) и плавикового шпата (флюорита), который служит шлакообразующнм компонентом. Газовая защита созда­ется диссоциацией мрамора (СаСОз). В качестве раскислителей используют ферротитан, ферромарганец и ферросилиций. В сос­тав этой группы входят электроды марок УОНИ-13, СМ-11, ОЗС, МР и др. К этой же группе относятся безокислительные покрытия, содержащие мало СаС03 и много CaF2 (до 80%), предназначенные для сварки высокопрочных сталей. Уменьшение доли мрамора в составе покрытия снижает окисление металла и уменьшает в нем содержание углерода К электродам с та­кими покрытиями относятся ИМЕТ-4; ИМЕТ-8.

3. Рутиловые покрытия (Р) построены на основе рутила Т1О2 с добавками полевого шпата, магнезита и других шлако - образующнх компонентов. В качестве газообразующих веществ используются орга. нические материалы (целлюлоза, декстрин) и карбонаты (MgC03, СаС03). Раскислителем служит ферро­марганец. Для повышения коэффициента наплавки в эти элек­троды вводят порошок железа. Типичные электроды с таким покрытием — электроды АНО-4, АНО-5, АНО-6.

4. Целлюлозные покрытия (Ц) построены на газообразующих веществах (целлюлоза). В некоторые покрытия этого типа вводят небольшие количества оксидов железа, марганца и тита­на. Для раскисления сварочной ванны добавляют ферромарганец и ферросилиций. Покрытия такого типа имеют электроды ОМА-2, применяемые для сварки сталей малых толщин, ВСП-1 (с железным порошком), ВСЦ-2.

В настоящее время продолжается работа по разработке новых малотоксичных электродов с пониженным содержанием флюорита (CaF2) и пониженным содержанием марганца.

Оощие требования к электродам: точность размеров, соос­ность покрытия и стержня, прочность сцепления покрытия с металлическим стержнем (сколы), гарантированные механиче­ские свойства наплавленного металла. Каждая партия электро­дов имеет соответствующий паспорт. На электроды составля­
ются соответствующие каталоги, облег­чающие их выбор для проведения тех или иных сварочных работ.

Смешанная газошлаковая защита сварочной ванны

Рис. 10.15. Схема дуговой сварки покрытым электро­дом:

/ — газы, выделяющиеся при разложении компонен­тов покрытия, 2 — стер­жень электрода; 3 — элек­трод; 4 — покрытие элек­трода; 5 — капля с плавя­щегося электрода, покрытая шлаком; 6 — дуговой раз­ряд; 7 — зона термического влияния, 8 — основной ме­талл; 9 — сварочная ванна

Процесс сварки покрытыми электро­дами представлен на рис. 10.15. Электри­ческий дуговой разряд возникает при ка­сании изделия и горит между электродом и сварочной ванной. Электродный стер­жень плавится быстрее, чем покрытие, и на торце электрода образуется углуб­ление (втулка), которое направляет по­ток газов и капли металла в сварочную ванну. Капли металла проходят через ду­говой промежуток уже закрытые тонким слоем шлака. Капля активно взаимодей­ствует со шлаком и газами дугового промежутка и, попадая в ваину, осво­бождается от шлака, который всплывает и оттесняется давлением дуги. Плавя­щийся на торце электрода металл раст­воряет в себе раскислители, имеющиеся в покрытии. В кристаллизующемся ме­талле ванны идет интенсивная диффузия между основным металлом ванны, но из-за ограниченности времени невозмож­на гомогенизация металла и всегда существует определенный градиент концентраций между металлом шва и основным ме­таллом.

В основном окислительно-восстановительные реакции между шлаком и металлом сходны с рассмотренными ранее прн автома­тической сварке под флюсом.

Рассмотрим металлургические процессы при сварке элек­тродами различных групп.

Электроды группы А при сварке создают значительное количество газов (СОг; СО; Нг; НгО) в результате разложения и окисления органических компонентов и обеспечивают хорошую защиту от атмосферного воздуха.

Содержание гематита Fe203 в покрытиях этого типа требует значительного количества раскислителей, главным образом ферромарганца. Так, в электродах ЦМ-7 содержится до 33% гематита и около 30% ферромарганца, что достаточно для вос­становления почти всего железа, но все же в сварочную ваину переходит достаточное количество марганца.

Окислительно-восстановительные процессы при сварке этими электродами можно передать следующими уравнениями реакций:

(Fe2Os)+3Mn->3MnO + 2Fe (АЯ°<0); (Fe203) +Мп-> (МпО) +2 [FeO] (ДЯ°<0);

( Si02 ) +2Mn->2(MnO) + [Si];

[Mn] + [FeO] (MnO) + Fe;

(Mn02 )+Mn-v2MnO.

Первые два процесса экзотермичны и выделяют значительное количество теплоты. Восстановление железа из покрытия увеличи­вает коэффициент наплавки до 10...12 г/(А-ч).

Электроды группы Б при сварке осуществляют защиту зоны сварки вследствие разложения мрамора СаСОз, а оксид кальция СаО уходит на образование шлаковой системы основного типа СаО — CaF2. Атмосфера сварочной дуги состоит из СО, С02, Н2 и Н20. Пары воды выделяются из покрытия и во избежание появления водорода в зоне сварки эти электроды надо перед сваркой прокаливать при температуре 470...520 К (до 570 К).

Содержание в покрытии нескольких раскислителей позволяет получить хорошо восстановленный металл, содержащий мало серы и не склонный к образованию горячих трещин. При сварке высокопрочных, жаропрочных сталей применяют покрытия с по­ниженным содержанием СаСОэ (15...20%), увеличивая CaF2 (60...80%). В этом случае удается избежать поглощения углеро­да сварочной ванной и обеспечить содержание углерода в ме­талле шва на уровне (0,05...0,02%)С, как это требуется по техническим условиям. Недостаток этих электродов — малая устойчивость дугового разряда, требующая сварки на постоян­ном токе обратной полярности. Таким образом, технологические возможности электродов группы Б несколько ниже, чем элект­родов группы А. Повышенное содержание CaF2 вызывает образование токсичных соединений и требует создания надежной вентиляции.

Электроды группы Р осуществляют защиту зоны сварки шлаками на основе Ті02, полевого шпата (Na20-Al203- •6Si02), магнезита MgC03, который, разлагаясь, дает боль­шой объем С02, но, кроме того, защитная атмосфера попол­няется органическими компонентами. Электроды этой группы об­ладают высокими технологическими свойствами — обеспечивают высокую устойчивость горения дуги, хорошее формирование шва и отделяемость шлаковой корки, возможность сварки в любом пространственном положении шва. Кроме того, рутиловые электроды малотоксичны и обеспечивают высокие механические свойства у наплавленного металла.

Электроды группы Ц с органическим покрытием содер­жат в своем составе до 50% органических веществ (пищевая мука, целлюлоза) и при их разложении и окислении выделяется большое количество газа, обеспечивающего хорошую защиту от воздушной среды. Для предотвращения водородной хрупкости или появления пор при сварке надо вводить окислители: Ті02, FeO, Мп02. Для уменьшения влияния водорода в покрытия вводят также плавиковый шпат CaF2. Надежная газовая защи-

Таблица 10.5. Массовые доли включений, %, при использовании для сварки сталей электродов различных групп

Тип покрытия

[02]

[N=1

[НДХ

хю5

Неметаллические

включения

Кислые А

0,9...0,12

0,010..0,025

15,..20

0,10..0,20

Основные В

0,03 .0,05

0,007...0,012

До 4

До 0,10

Рутиловые Р

0,08. „0,09

0,016...0,025

До 30

0,06 .0,10

Целлюлозные Ц

0,04 „0,10

0,010..,0,025

20...35

0,10...0,16

та позволяет снижать относительную массу покрытия: Кп~20%. Технологические свойства электродов типа Ц (ОМА-2, ВСЦ, ВСП и др.) довольно высокие и их применяют при сварке в различных пространственных положениях.

Важный показатель качества металла сварных швов — содержание газов и неметаллических включений, влияющих на прочностные свойства сварных соединений. В табл. 10.5 представ­лены данные сравнительной оценки рассмотренных групп элект­родных покрытий по содержанию в металле шва газов и шлаковых включений.

Как видно из таблицы, электроды с основным покрытием имеют существенные преимущества перед другими группами покрытий. Поэтому электроды этого типа рекомендуются для сварки ответственных конструкций из сталей повышенной проч­ности (ов> 500 МПа).

Металлургические процессы при сварке электродами сильно зависят от характера переноса электродного металла, что, в свою очередь, зависит от плотности электродного тока. При ма­лых плотностях тока капли электродного металла крупные, долго находятся на торце электрода и при коротком замыкании между каплей и сварочной ванной переходят в нее лишь час­тично (40...30% объема капли). Разрыв металлического мостика сопровождается разбрызгиванием. При больших плотностях тока (800... 1000 А на 1 мм диаметра электрода) наблюдается мелко­капельный перенос металла и капли пролетают дуговой проме­жуток с большой скоростью. Это влияет на интенсивность протекания металлургических процессов при сварке.

Легирование металла шва при ручной сварке покрытыми электродами. Металл шва образуется из основного металла, электродной проволоки и покрытия, легирование осуществляется следующим образом:

а) легирование путем введения в покрытие электрода порош­кообразных металлических добавок или ферросплавов — марган­ца, кремния, титана и др.;

б) легирование в результате восстановления оксидов, входя­щих в состав покрытия, легко осуществляемое для малоактивных металлов (никель, медь) и ограниченное для таких элементов, как марганец, кремний и хром;

в) легирование путем изме­нения состава электродных про­волок, дающее самые стабиль­ные результаты;

Смешанная газошлаковая защита сварочной ванны

F, Го

Рис. 10.16. Площади проплавления F0 и наплавки Fc + „ при сварке

электродами

г) легирование в результа­те расплавления основного ме­талла, что имеет место при сварке высокопрочных и тепло­устойчивых сталей.

При определении степени легирования металла шва при сварке электродами следует учитывать потери легирующих эле­ментов, возникающие вследствие испарения, разбрызгивания ме­талла и окислительно-восстановительных реакций со шлаком в зоне сварки.

Для оценки изменения состава металла при сварке пользу­ются сравнением полученного состава (аналитического) с «ис­ходным» (см. с 370). Доли основного (о, площадь F0) и наплав­ленного металла (площадь Fc + „) с учетом перехода элементов из стержня (с) и покрытия (я) можно определить по макро­шлифу сварного соединения, если известна геометрия подготовки кромок под сварку, но в отличие от сварки под слоем флюса площадь наплавки Fc + n будет создаваться не только электрод­ным металлом, но и металлом из покрытия (рис. 10.16):

F0/Fc + „ = o/(c + n)=m. (10.6)

Зная отношение массы расплавленного покрытия к массе рас­плавленного электродного металла Кт а также содержание легирующего компонента в покрытии и долю его перехода в сварочную ванну ф?, можно записать:

я/с =/(,£[7]] ф = я. (Ю.7)

Так как

о--с--п=, (10.8)

то, решая совместно уравнения (10.6)...(10.8), получим числен­ные значения о, с, я. Если обозначить соответственно через

[х]0, [х]с и [х]п массовые доли легирующего элемента в основном

и электродном металле и в покрытии, то «исходная» концен­трация

хя=о[х--с[хс + п[хп. (10.9)

Сопоставляя фактический состав металла шва с «исходным», можно оценить легирование (нижний знак) или выгорание (верхний знак) элемента:

МШ-[4=ДМ$0. (10.10)

Следует отметить, что расчет по «исходному» составу весьма приблизителен, так как не учитывает потерь легирующих эле­ментов от испарения, окисления, от разбрызгивания, которое при ручной сварке достигает 15...20%.

При выборе новых электродов или при разработке новых видов покрытий пользуются коэффициентами перехода или усвоения, которые учитывают указанные потери и позволяют раздельно оценивать переход того или иного компонента из электродного стержня, покрытия и основного металла.

Коэффициент перехода элемента из стержня учитывает кон­центрацию данного элемента в сварочной проволоке:

Т1с= И'ш/Мо (10.11)

где Т)с—коэффициент перехода элемента из сварочной проволо­ки; [х]ш—содержание элемента в шве; [х]с—содержание эле­мента в сварочной проволоке.

Коэффициент перехода элемента из покрытия (т]„) учитывает относительную массу покрытия К„:

Чг=М№]Л). (10.12)

Аналогично, коэффициент перехода т]0 учитывает переход данного элемента из основного металла:

По =[*№]» (Ю.13)

Общее содержание данного элемента в металле шва

[х]ш=[х]'ш+[х-]"+[х]'" (10.14)

Соотношение коэффициентов перехода таково:

По> Н с> И п* (10.15)

Значение т]„ мало потому, что ферросплавы реагируют с покры­тием. Суммарный коэффициент перехода т] с учетом долей

участия основного (о) и сварочной, проволоки (с) металла, а

также добавок в покрытии (я)

И - (1016)

°Мш + г|>]ш+ "Мш К,

Коэффициенты перехода зависят от многих факторов:

1. От основности шлака, а также от содержания в нем окси­дов основного металла (см. с. 361).

2. От сродства элемента к кислороду — высокоактивные металлы (Ті, Al) имеют очень малые коэффициенты перехода, а коэффициент перехода, например Ni, близок к единице.

3. От наличия раскислителей для данного элемента в составе покрытия, например, при наличии в составе покрытия АІ или Ті коэффициенты перехода для Si и Мп существенно возрас­тают.

4. От концентрации элемента в электродном стержне — с увеличением концентрации коэффициент перехода данного эле­

мента сначала возрастает, но при содержаниях выше квазирав - новесного он будет понижаться, а элемент будет, окисляясь, переходить в шлак.

5. От относительной массы покрытия Кп до определенного значения (/(„=25...30%) коэффициент перехода в металл воз­растает, но затем начинает снижаться, так как при большой толщине слоя покрытия реакции при плавлении идут менее ин­тенсивно и ухудшается стабильность сварочного процесса. Это связано с нарушением баланса распределения теплоты дуги на плавление электродного стержня и покрытия.

6. От технологии изготовления покрытия (гранулометри­ческий состав, пассивирование, сушка, прокалка).

7. От режима сварки — при повышенном напряжении на дуге или длины дуги металл будет подвергаться окислению в большей степени, так как ухудшается надежность защиты сва­рочной зоны от окружающей атмосферы.

СВАРКА ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКОЙ

Несмотря на хорошее качество наплавленного металла, руч­ная дуговая сварка толстопокрытыми электродами малопроизво­дительна, а качество зависит от квалификации сварщика. Попытки механизации сварочного процесса толстопокрытыми электродами не дали положительного результата, что объясня­лось трудностями обеспечения надежного токоподвода к свароч­ной проволоке и удержания покрытия на ней, когда она свернута в бухту.*

Возникла идея помещения порошкообразных компонентов, которые используются в качественном покрытии, внутри пустоте­лой электродной проволоки, получившей название порошковой проволоки. Впервые в СССР порошковая проволока была примене­на в институте электросварки им. Е. О. Патона в 1956—1957 гг. для сварки в С02.

В настоящее время порошковые проволоки нашли промыш­ленное применение для сварки и наплавки в С02 и без защитного газа (самозащитная порошковая проволока). Они изготавлива­ются из стальной ленты толщиной 0,2...0,5 мм, которая посте­пенно сворачивается в трубку на специальных вальцах. На опре­деленной стадии вальцовки в еще не закрытую полость электрода засыпают порошкообразные компоненты — шлако - и газообразу­ющие (при сварке в С02 газообразующие компоненты не приме­няются), раскислители, а в ряде случаев и специальные легиру­ющие добавки, а также железный порошок. После этого трубку вместе с порошковым материалом дополнительно обжимают, очищают от следов смазки во время вальцовки и свертывают в бухты. Диаметр порошковых проволок колеблется от 1,6 до 3 мм. Бухта такой проволоки ставится в сварочный автомат для осуществления непрерывного процесса сварки. Однако шлаковая и газовая защита зоны сварки при применении порошковой прово­
локи недостаточна, несмотря на со­держание в ней 20 . 30% порошков, поэтому для сварки ответственных конструкций требуется дополнитель­ная газовая защита (ССЬ). Недо­статочная защита при применении порошковых проволок по сравнению с покрытыми электродами обуслов­лена самим процессом плавления проволоки в дуговом электрическом разряде, как это показано на рис. 10 17. Компоненты порошкового сердечника получают меньшее коли­чество энергии от дуги, замкнутой на стальную оболочку снаружи, и поэтому задерживается процесс их плавления и замедляется метал­лургическая обработка сварочной ванны.

Смешанная газошлаковая защита сварочной ванны

Рис 10 17 Схема сварки порош­ковой проволокой 1 — порошковая проволока 2 — стальиаи оболочка, 3 — наполни тель порошковой проволоки, 4 — дуговой разряд, 5 — капли ме­талла, 6 — сварочная ванна, 7 — газовая защита, 8 — капля шлака,

9 — зона термического влияния,

10 — основной металл

Таким образом, композиции по­рошков, разработанные для элект­родных покрытий, потребовалось изменить, с тем чтобы создать более эффективные системы шла­ков и раскислителей

По типу сердечника порошковые проволоки для сварки подразделяют на рутиловые, содержащие в качестве основы Т1О2 (ПП-АН8, ПП-АН2, ПП-АН10 и др ), и рутил-флюоритные на основе Т1О2 и CaFa (ПП-АН4, ПП-АН9, ПП-АН20 и др ).

Для сварки открытой дугой применяют порошковые проволо­ки карбонатно-флюоритного типа, которые содержат газообразу­ющие компоненты СаСОз и МдСОз, а также плавиковый шпат, алюмосиликаты, раскислители (ПП-АН2, ПП-АН6 и др.).

В зависимости от марки порошковые проволоки используют для сварки малоуглеродистых низколегированных и высоко­прочных сталей и обеспечивают необходимые механические свойства металла шва

Порошковые проволоки используют также и для наплавочных работ с целью упрочнения поверхностных слоев.

10.3. Вакуумная защита сварочной ванны

Использование в новой технике сварных конструкций из титана, молибдена, ванадия и других химически активных и туїоплавких металлов потребовало разработки принципиально новых методов сварки и более эффективных способов защиты сварочной зоны.

Значительные трудности дуговой сварки указанных металлов обусловливаются тем, что наличие в шлаковой и газовой фазах кислорода, азота, водорода и их соединений вызывает

охрупчивание, появление пор и резкое снижение физико-меха­нических свойств сварных швов.

Получение высококачественных сварных соединений из химически активных металлов оказалось возможным только после разработки оборудования и технологического процесса сварки электронным лучом в вакуумной камере. При степени разрежения, равной Р=1,3-10~2 Па, в сварочной камере обес­печивается содержание кислорода и азота значительно ниже концентрации этих вредных примесей в аргоне высшей чистоты.

В качестве источника теплоты при сварке с вакуумной за­щитой используется кинетическая энергия испускаемых раска­ленным катодом свободных электронов, которые ускоряются электрическим полем специального устройства (электронная пушка). Физические и энергетические характеристики электрон­ного луча подробно рассмотрены в разд. I.

Металлургические особенности образования шва при элек­тронно-лучевой сварке во многом обусловливаются чрезвычайно высокой плотностью энергии, выделяемой в пятне нагрева (примерно 5-Ю8 Вт/см2), и физическими условиями плавления металла в вакууме.

Благодаря весьма высокой интенсивности и сосредоточенно­сти такого источника нагрева, как электронный луч, достигается исключительно узкое и глубокое проплавление металла в вакууме с весьма незначительной по протяженности околошовной зоной, что обеспечивает существенное снижение деформаций и сварочных напряжений. Кратковременность пребывания сварочной ванны в расплавленном состоянии, малый ее объем и незначительные раз­меры зоны сплавления способствуют также уменьшению влияния диффузионных процессов на пористость металла шва.

Положительное влияние вакуума на качество сварных сое­динений выражается в том, что значительно ускоряются и облегчаются процессы выхода газов и диссоциации оксидов не только в поверхностных, но и из внутренних слоев металла. Удаление кислорода и азота из сварочной ванны при электрон­но-лучевой сварке происходит тем полнее, чем больше упру­гость диссоциации оксидов и нитридов. Так, при сварке меди, кобальта, никеля в камере с разрежением 6,5-10~2 Па обеспечи­вается диссоциация оксидов этих металлов. Также диссоциируют нитриды алюминия, ниобия, хрома, магния, молибдена и некото­рых других металлов с высокой упругостью диссоциации ни­тридов.

Высокая степень разрежения, которая может быть достигнута в сварочной камере при сварке электронным лучом, способ­ствует также разрушению поверхностных загрязнений и жидкост­ных пленок, которые, как правило, препятствуют получению ка­чественного сварного соединения при дуговых способах сварки.

Металлургические особенности процесса электронно-лучевой сварки различных химически активных металлов подробно рас­смотрены в работе [23].

ТЕОРИЯ сварочных процессов

Граничные условия

Чтобы решить дифференциальное уравнение теплопроводно­сти, необходимо задать распределение температур в начальный момент времени (начальное условие) и условия взаимодействия тела с окружающей средой на его границах (граничные условия). Начальное условие определяется …

Основные допущения и упрощения, принятые в классической теории распространения теплоты при сварке

На современном уровне развития математики аналитическое решение уравнения теплопроводности в общем виде (5.21) еще не найдено, однако при введении некоторых допущений и упрощений можно получить пригодные для практического использования ча­стные …

Дифференциальное уравнение теплопроводности

Сложный процесс изменения температуры точек тела с коор­динатами jc, у, z во времени t описывается дифференциальным уравнением теплопроводности. Для вывода этого уравнения необ­ходимо рассмотреть баланс теплоты в некотором элементарном объеме …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.