Металлургические процессы при сварке в углекислом газе: Металлургические процессы при сварке сталей в струе СО2 – Основы металлургических процессов при сварке

Металлургические процессы при сварке сталей в струе СО2

ТЕОРИЯ сварочных процессов

Углекислый газ СО2 обладает молекулярной массой 44 и плот­ностью 1,96 кг/м3, поэтому он хорошо вытесняет воздух, плот­ность которого ниже (1,29 кг/м3). Поставляют углекислый газ в баллонах или контейнерах, где он находится в жидком состоянии, так как переход из жидкого в газообразное состояние происходит

при следующих критических параметрах газа: Гкр = 304 К, /?кр = = 7,887 МПа.

Для сварки применяют углекислый газ с пониженным содер­жанием вредных примесей — кислорода, азота, оксида углерода, влаги — в соответствии с ГОСТ 8050-74, т. е. отличающийся от пищевого СО2.

Углекислый газ в области высоких температур диссоциирует на СО и О2. На этот процесс расходуется часть тепловой энергии Q дугового разряда:

2С02 <=*2СО + О2-0. (10.15)

Рост константы равновесия процесса диссоциации при повы­шении температуры следует из рис. 9.3.

В условиях высоких и быстроменяющихся температур при

сварке состав продуктов диссоциации СО2 в разных точках дуго­вого разряда будет изменяться.

На рис. 10.12 приведена схема­тическая диаграмма распреде­ления температуры и концен­траций газов вдоль оси сварного шва при движении сварочной головки с постоянной скоро­стью VCB.

В точке О на оси столба дуги происходят резкое повышение температуры и диссоциация СО2. С каплями электродного металла, проходящими через

дуговой промежуток, будет со — Рис 1012 Изменение

температу-

прикасаться атмосфера, состоя — рЫ и концентрации СО, СО2 и Ог щая из 66,6 % СО и 33,3 % О2. при сварке в углекислом газе

Поэтому СО2 называют активным защитным газом. Он защищает зону дуги от компонентов воздуха и прежде всего от азота и водо­рода. Но в то же время большая концентрация СО будет тормозить

этот процесс и, кроме того, задерживать окисление углерода стали

(находящегося в соединении РезС), сдвигая реакцию влево:

[Fe3C] + [FeO]<=>4Fe + CC>T. (10.17)

Однако чтобы предотвратить окисление металла значительным количеством кислорода, образующегося в атмосфере дуги, необхо­дим дополнительный ввод в сварочную проволоку раскислителей. Обычно применяют кремний (около 1 %) и марганец (около 2 %). Поэтому для сварки низкоуглеродистых сталей применяют специ­альные сварочные проволоки (Св-08ГС, Св-08Г2С). При сварке легированных сталей необходимо использовать специальные сва­рочные проволоки Св-08ХЗГ2СМ, Св-10ХГ2СМА, Св-08Г2СДЮ, также содержащие раскислители (марганец и кремний), которые предохраняют от окисления легирующие элементы, входящие в со­став стали и сварочной проволоки. Раскисляющие добавки, содер­жащиеся в каплях электродного металла, растворяются в жидком

металле сварочной ванны и задерживают окисление железа и рас­

творенных в нем элементов. Диссоциация содержащихся в СО2 паров воды

2Н20 <=± 2Н2 + 02 (10.18)

тоже будет тормозиться вследствие высокого парциального давле­ния кислорода, полученного при диссоциации СО2.

На участках, удаленных от оси столба дуги, будет происходить догорание окиси углерода, т. е. рекомбинация молекул СО с боль­шим выделением тепловой энергии, которая раньше расходовалась на диссоциацию газа (около 30 % электрической мощности дуги):

2СО + 02<=> 2С02 + Q. (10.19)

Выделение теплоты при обратном процессе на периферийных участках дугового разряда увеличивает глубину проплавления и

ширину шва. По сравнению с дугой, горящей в аргоне, при дуго­вой сварке в СО2 проплавление увеличивается, а ширина шва уменьшается, и это приходится учитывать технологам.

Газовая атмосфера на участках, удаленных от оси столба дуги,

будет обогащаться СО2 и водородом, образовавшимся при диссо­циации паров воды. Взаимодействуя с СО2, Н2 будет связываться в молекулы Н2О:

Н2 + С02 Н20 + СО. (10.20)

Таким образом, при сварке в струе углекислого газа металл по­глощает водород в меньших количествах, чем при других видах сварки. В среднем при сварке низкоуглеродистых, низколегиро­ванных сталей в струе СО2 содержание водорода в наплавленном

металле колеблется от 0,5 до 2 • 10 5 м3/кг.

При вводе Si и Мп в сварочную проволоку атмосфера будет по-прежнему окислительной, но эти элементы, попадая в свароч­ную ванну, будут связывать кислород, растворенный в металле, т. е. раскислять металл шва:

[FeO] + [Мп] +±Fe + (MnO)t; (10.21)

2[FeO] + [Si] <=>2Fe + (Si02)t. (10.22)

В хвостовой части сварочной ванны шлак всплывает на по­верхность металла, но обычно его недостаточно, чтобы создать сплошной защитный слой на поверхности шва. Металл, наплав­ленный при сварке в струе СО2, чище (содержит меньше шлако­вых включений), и поэтому его пластические свойства несколько выше, чем при сварке под слоем флюса. Главный недостаток свар­ки в струе СО2 — разбрызгивание металла электрода (до 12 %). Его

сводят к минимуму, добавляя 3 % кислорода к СО2. Это позволяет перейти к струйному переносу металла электрода. В качестве ак­тивного защитного газа в отдельных случаях можно применять также перегретый водяной пар, который вытесняет из зоны столба дуги азот и кислород атмосферы (JI. C. Сапиро). Однако при взаи­модействии пара с жидким металлом будет выделяться большое количество водорода:

Н20 + Fe -> [FeO] + h3;

h3 -► 2[Н].

Это приводит к образованию пор, а в легированных сталях — и к образованию холодных трещин.

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 …

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 …

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 …

Основы металлургических процессов при сварке

Общие сведения и особенности сварочной металлургии

По своей природе сварка является металлургическим процессом. Металлургия сварки характеризуется теми физико-химическими процессами, которые протекают в сварочной зоне. Они определяются взаимодействием расплавленного металла со сварочными флюсами, шлаками и газами, а также охлаждением и кристаллизацией металла шва и превращениями основного металла в зоне термического влияния. Эти процессы протекают на всех стадиях дуговой сварки: в период плавления электрода, перехода капли жидкого металла через дуговой промежуток и в самой сварочной ванне. Однако в отличие от общей металлургии, характерной для сталеплавильных агрегатов, условия протекания металлургических процессов при сварке отличаются рядом особенностей, влияющих как на ход их развития, так и на получаемые результаты. Такими особенностями являются:

  1. Малый объем сварочной ванны и в то же время достаточно большие относительные количества реагирующих фаз в ней.
  2. Высокие температуры в различных областях сварочной зоны и большой перегрев расплава в ванне.
  3. Движение жидкого металла, интенсивное перемешивание расплавленных продуктов и их непрерывное обновление и обмен в сварочной ванне.
  4. Высокие скорости охлаждения и кристаллизации наплавленного металла.

В этих условиях наблюдается активное взаимодействие расплавленного металла с окружающей газовой средой и флюсами, нагретыми до высоких температур. Протекание процессов происходит с большой скоростью. Однако в связи с кратковременностью существования расплава и постоянного обновления взаимодействующих фаз чаще всего они не доходят до полного завершения и большинство реакций в сварочной зоне не достигает равновесного состояния. К тому же создаются условия, препятствующие полному очищению металла шва от различных неметаллических включений, оксидов и газов, которые из-за быстрого затвердевания расплава не успевают выходить на поверхность сварочной ванны и удаляться в шлак. С другой стороны, высокие скорости охлаждения и кристаллизации металла существенно отражаются на строении получаемых швов, приводят к мелкозернистой структуре их, уменьшению химической неоднородности, а в результате — повышению свойств литого металла шва.

Имеющие место металлургические процессы связаны с протеканием определенных химических реакций, в результате которых может происходить окисление или раскисление металла шва, легирование его определенными элементами, растворение и выделение в шве газов и др. Некоторые из них ведут к ухудшению свойств получаемых соединений и являются нежелательными (например, окисление), другие способствуют повышению качества и свойств соединений и часто проводятся преднамеренно, например, раскисление. Поэтому в том или ином случае назначения условий сварки необходимо исходить из анализа прохождения всего комплекса физико-химических процессов, имея в виду, что общим результатом их должно быть получение металла шва с определенными свойствами и определенного химического состава. Это определяется не только составом присадочного и основного металла, но и в значительной степени зависит от характера и интенсивности реакций, протекающих в процессе сварки.

Основные процессы, протекающие при дуговой сварке

Процессов, протекающих в условиях дуговой сварки, много. Рассмотрим те, которые имеют общий характер во всех или большинстве случаев выполнения сварки.

Диссоциация газов и соединений. При диссоциации происходит распад более сложных компонентов на атомы или составные части. Этому процессу способствуют наличие выс

Особенности металлургических процессов при сварке под флюсом и в среде углекислого газа


Особенности металлургических процессов при сварке под флюсом и в среде углекислого газа

Категория:

Сварочные работы



Особенности металлургических процессов при сварке под флюсом и в среде углекислого газа

Металлургические процессы при сварке под флюсом характеризуются следующими особенностями (в отличие от металлургических процессов при сварке открытой дугой и покрытыми электродами):
— лучшая защита расплавленного металла от азота и кислорода воздуха;
— большой объем сварочной ванны и достаточно длительное пребывание металла в жидком состоянии, что способствует более полному протеканию химических реакций между шлаком и жидким металлом;
— возможность установить зависимость между режимом сварки и химическим составом металла шва.

При сварке в углекислом газе плавильное пространство закрыто струей углекислого газа, оттесняющего атмосферный воздух от зоны сварки. Таким образом, углекислый газ защищает расплавленный металл от воздействия азота и кислорода воздуха, но зато сам интенсивно окисляет металл.

Процесс окисления расплавленного металла происходит как при переходе капель с электродной проволоки в сварочную ванну, так и на поверхности последней. Взаимодействие жидкого металла и газа протекает весьма энергично, несмотря на кратковременность их контактирования. Это объясняется высокой температурой в зоне сварки и большой поверхностью соприкосновения жидкого металла с газом.

Чтобы прекратить реакции окисления, а также пополнить выгоревшие примеси, при сварке в углекислом газе применяют электродную проволоку, легированную марганцем и кремнием.

Содержание углерода в электродной проволоке должно быть небольшим, так как в противном случае возможно образование пор и горячих трещин в металле шва. Азот, попавший в зону сварки, взаимодействует с кислородом углекислого газа, образуя нерастворимые в металле окислы азота, уходящие в атмосферу.


Реклама:

Читать далее:
Подготовка металла к сварке и сборке соединений под сварку

Статьи по теме:

Особенности процесса сварки в среде углекислого газа

СВАРКА И РЕЗКА МЕТАЛЛОВ

В 1952 г. ЦНИИТМАШ была разработана технология дуговой сварки стали плавящимся электродом в защитной среде углекисло­го газа, что явилось крупным достижением советской сварочной техники, направленным на дальнейшее усовершенствование мето­дов сварки. Дуга образуется между концом голой проволоки, яв­ляющейся плавящимся электродом, и свариваемым изделием; го­рение дуги происходит в атмосфере углекислого газа, который подается в зону сварки по наружному мундштуку и защищает расплавленный металл от кислорода и азота окружающего возду­ха.

Преимущество сварки в среде углекислого газа перед сваркой под флюсом состоит в том, что сварщик может наблюдать за ходом сварки и горением дуги, так как ока не закрыта флюсом; отсутст­вие флюса делает ненужными приспособления для его подачи и от­соса, усложняющие сварочное оборудование; отпадает необходи­мость в последующей очистке швов от шлака и остатков флюса, особенно при многослойной сварке.

Коэффициент наплавки при сварке в среде углекислого газа выше, чем при сварке под флюсом. При сварке током прямой поляр­ности этот коэффициент в 1,5—1,8 раза выше, чем при сварке током обратной полярности. Процесс сварки отличается высокой произ­водительностью, достигающей 18 кг/час наплавленного металла. Скорость сварки достигает 60 м/час. Производительность сварки в среде углекислого газа в 2,5—4 раза выше, чем производитель­ность ручной сварки покрытыми электродами, и в 1,5 раза выше, чем при сварке под флюсом.

Стоимость наплавки 1 кг металла при сварке в среде углекис­лого газа в 2—2,5 раза меньше, чем при ручной сварке, и на 10—20% меньше, чем при автоматической сварке под флюсом.

Сварка в защитной среде углекислого газа сейчас широко при­меняется в промышленности и во многих случаях успешно вытес­няет не только ручную, но даже полуавтоматическую и автоматиче­скую дуговую сварку под флюсом.

Наибольшее применение сварка в среде углекислого газа нашла в судостроении, машиностроении, при сварке трубопроводов, в том числе магистральных, при выполнении монтажных работ, изготов­лении котлов и аппаратуры из теплоустойчивых и легированных сталей, заварке дефектов стального литья и прочих областях про­изводства и строительства.

Главным достоинством процесса сварки в защитной среде угле­кислого газа являются:

1. Высокая степень использования тепла сварочной дуги, вслед­ствие чего обеспечивается и высокая производительность сварку.

2. Высокое качество сварных швов.

3. Возможность сварки в различных пространственных положе­ниях и на монтаже с применением аппаратуры для полуавтомати­ческой и автоматической сварки.

4. Низкая стоимость защитного газа.

5. Возможность сварки металла малых толщин и сварки электро­заклепками.

6. Возможность сварки на весу без подкладок.

Металлургические процессы при сварке в среде углекислого

газа имеют свои особенности, состоящие в следующем.

При высокой температуре дуги молекулы углекислого газа рас­щепляются (диссоциируют) на СО и О по уравнению СО г^СО + — j-О. Образующаяся СО в свою очередь диссоциирует на С и О по уравнению СО~*тС + О. Атомарный кислород О обладает вы­сокой химической активностью и способен окислять все элементы, входящие в состав проволоки и основного металла.

Исследования показали, что температура капель жидкого металла в зоне дуги составляет 2150—2350е, а температура газа 2900°. Температуры же в сварочной ванне ниже и составляют: металла 1700° и газа 2300°. Как известно, чем выше температура, тем реакции окисления идут интенсивнее. Поэтому при сварке в среде углекислого газа в большей степени происходит выгорание (окисление) элементов, содержащихся в электродной проволоке и в меньшей степени — элементов основного’ металла. При указан­ном распределении температур большая часть углекислого газа (60%) расщепляется на окись углерода и кислород в зоне дуги и меньшая (15%) — в месте контакта с ванной.

В зоне сварки при указанных условиях протекают следующие реакции окисления элементов и восстановления их из окислов:

^ в атмосферу

Fe-fC02^±FeO-fCO(r)

Fe-f 0 = FeO

■ji в атмосферу

FeO + C5±Fe + CO(r)

2 FeO — f Si ^±12 Fe — f Si02(jK)

|f в шлак

FeO — j — Mn Fe — f — МпО (ж)

jfB шлак

Выделение газообразной окиси углерода (СО) из жидкого ме­талла вызывает «кипение» сварочной ванны и приводит к образова­нию пор. При сварке в среде углекислого газа пористость шва мо­жет возникнуть в результате: 1) недостаточного содержания эле­ментов — раскислителей (кремния, марганца и др.) в проволоке; 2) присутствия ржавчины и окалины, попадающих с кромок метал­ла и с проволоки в ванну; 3) повышенного содержания влаги в углекислом газе; 4) попадания в зону сварки азота из воздуха при недостаточной защите дуги углекислым газом.

С целью восполнения марганца и кремния в металле шва, умень­шающихся в результате угара, и для подавления реакции окисления углерода при сварке в среде углекислого газа применяют электрод­ную проволоку с повышенным содержанием марганца и кремния. При сварке мало — и среднеуглеродистых сталей присутствие в метал­ле шва кремния более 0,2% и марганца более 0,4% предупреждает образование пор.

На степень окисления углерода, кремния и марганца при свар­ке в среде углекислого газа сильно влияют напряжение и величина сварочного тока, а также диаметр электродной проволоки. С повы­шением напряжения окисление увеличивается, а при возрастании сварочного тока и уменьшении диаметра проволоки (повышении плотности тока)—уменьшается. Сварка на постоянном токе обратной полярности дает меньшее окисление, чем на токе прямой полярно­сти. При сварке проволокой диаметром 0,5—1,2 мм происходит значительно меньшее окисление элементов, чем при сварке проволо­кой диаметром 1,6—2 мм. Поэтому более тонкая проволока, имею­щая низкое содержание кремния и марганца, обеспечивает получе­ние плотных беспористых швов. Плотность тока при сварке в среде углекислого газа должна быть не ниже 80 а/мм2. При этом потери металла на разбрызгивание не превышают 10—15%.

В качестве электрода применяется проволока различных марок по ГОСТ 2246—60 в соответствии с маркой основного металла. Диаметр проволоки может колебаться в пределах 0,5—2,5 мм в зависимости от толщины свариваемого металла и типа сварочного полуавтомата. Поверхность проволоки должна быть чистой, не за­грязненной смазкой, органическими антикоррозийными веществами, ржавчиной, окалиной и пр., повышающими разбрызгивание и по­ристость швов. Иногда проволоку подвергают травлению в 20%-ном растворе серной кислоты с последующей прокалкой в печи при 250—280° в течение 2—2,5 час. Это обеспечивает получение плотного наплавленного металла с минимальным содержанием водорода. Хорошие результаты дает сварка омедненной (покрытой слоем меди) проволокой.

С каждым днем лазерная резки металла становиться все более востребованной. Давайте разберемся в этом почему же так?

В наши дни, работа сварочным оборудованием используется во многих сферах жизни: начиная от строительства высокоэтажных домов и заканчивая созданием предметов интерьера. Но что же скрывается за этим, малопонятным непосвященному, словом? …

Лазерная резка является чрезвычайно распространенным процессом во многих отраслях. Она используется на производственных предприятиях, для лазерной хирургии и даже в качестве инструмента искусства. Несмотря на это использование, резка вместе со …

Металлургические процессы при сварке под слоем флюса и в среде защитных газов

Металлургические процессы при сварке под слоем флюса и в среде защитных газов

Основные металлургические процессы в сварочной ванне

Размеры и время существования сварочной ванны могут сильно изменяться в зависимости от способа и режима сварки; в то же время эти два фактора имеют важнейшее значение с точки зрения полноты проходящих химических реакций, очистки жидкого металла от газов и шлаков, формирования шва. Необходимо учитывать различие в степени участия основного и электродного металла в формировании шва в зависимости от способа сварки

Количество и состав шлаков при ручной сварке и при сварке под флюсом различны. При ручной сварке капли из дугового промежутка, двигаясь с большой скоростью, погружаются в сварочную ванну, перемешиваются в ней с металлом и перемещаются от дугового пятна назад и в стороны. При движении капель в ванне происходит разделение металла и шлака вследствие разрушения шлаковых оболочек из-за значительного газообразования внутри капель и разницы в удельном весе металла и шлака. Весь металл в ванне энергично перемешивается и выделяющиеся нерастворимые газы удаляются в атмосферу. В сварочной ванне продолжаются интенсивные окислительно-восстановительные реакции с образованием легкоплавких шлаков, всплывающих на поверхность шва и создающих шлаковый покров. Кроме того, происходит очищение металла ванны от серы. Основное значение металлургических реакций в сварочной ванне — раскисление металла шва и очищение его от вредных примесей и газов. Указанные процессы в полной мере заисят от состава толстого покрытия электрода, чистоты свариваемых кромок, влажности кромок и покрытия электрода, размеров и времени существования сварочной ванны.  Наилучшим образом раскисляют и очищают металл шва электроды, содержащиe в покрытии большой процент мрамора (СаСО3) и значительный процент ферросплавов. При наличии на кромках окалины в сварочную ванну попадает кислород, что вызывает интенсивное образование FeO, в свою очередь, приводящее к выгоранию углерода и возможному образованию пор в шве. Влажность кромок или покрытия и наличие ржавчины приводят к окислению металла шва и насыщению его водородом по реакции Fe + h3O = FeO + 2H.

Автоматическая сварка и наплавка под слоем флюса

Автоматическая и полуавтоматическая сварка плавящимся электродом, под слоем флюса или в среде защитных газов дает более стабильный шов с повышением производительности в 2.. .8 раз по сравнению с ручной дуговой сваркой.

Основное промышленное применение находит сварка под флюсом одной вертикально расположенной электродной проволокой сплошного сечения . Нагрев и плавление основного и присадочного металлов происходят за счет тепла, получаемого при преобразовании подводимой к дуге электрической энергии. Дуга возникает между электродной проволокой 2 и основным металлом 3, присоединенным к полюсам источника питания. В качестве такого источника используют специальные однофазные или трехфазные сварочные трансформаторы переменного тока с пологопадающей внешней характеристикой, генераторы и выпрямители с пологопадающей или падающей внешней характеристикой. Сварку на постоянном токе преимущественно ведут при обратной полярности. Возможна сварка и при прямой полярности.

Подвод тока к электродной проволоке и ориентацию ее конца по отношению к свариваемым кромкам осуществляют мундштуком 4. Ток к изделию подводят через неподвижные или подвижные контактные устройства (струбцины, щетки и др.). Режим существования дуги при сварке под слоем флюса определяется силой тока, напряжением и длиной дуги. Обычно применяют силу тока 1000. ..1200 А, что при открытой дуге невозможно вследствие разбрызгивания металла шва. Сварку ведут короткой дугой. Некоторые современные автоматы поддерживают отклонение длины дуги в пределах ±0.2. ..0,3 мм. Напряжение колеблется в пределах 18. ..55 В.

В процессе сварки электрод и основной металл со всех сторон окружены слоем флюса 5, насыпаемым из флюсоалпарата 6, работающего обычно от заводской сети сжатого воздуха (при массовом производстве). Высоту и ширину слоя устанавливают, исходя из условия обеспечения эффективной изоляции зоны сварки от окружающего воздуха и создания плотного формирующего жидкий металл барьера. Обычная высота слоя флюса 20.. .60 мм. При нагреве и плавлении флюс выделяет газы и пары, способствующие стабилизации дугового разряда.

Дуга находится в заполненном парами и газами пузыре, сводом которого является прослойка 7 из жидкого шлака. Таким образом, флюс при этом способе сварки защищает расплавленный металл электрода и ванны от воздуха; концентрирует тепло в зоне сварки; замедляет остывание ванны, позволяя попавшим в нее газам выйти наружу; облегчает ионизацию дугового промежутка, обеспечивая стабильность процесса; легирует металл шва дополнительными элементами; предотвращает выгорание полезных примесей.

Для автоматической сварки применяют плавленые и керамические неплавленые флюсы. Керамические неплавленые флюсы представляют собой крупинки (гранулы) размером 1…3 мм, изготовленные из материалов, входящих в состав обычных покрытий электродов Для электродуговой ручной сварки. По характеру шлака различают кислые и основные флюсы, а по назначению— для сварки низкоуглеродистых сталей, легиро-1анных спецсталей, цветных’металлов для наплавочных работ и т. д.

стабилизации горения дуги

Довольно широко применяют флюсы марок АН-348А, ОСЦ-45, АН-15, АВ-5, 48-ОФ-10, в которых основой служат окислы марганца и кремния. Дополнительно в флюс добавляют компоненты для повышения жидкотекучести шлаков (CaF2), и легирования

металла шва (феррохром, ферротитан и др.).

Для автоматической сварки и наплавки промышленность выпускает аппараты марок АБСК, А1401, А1423, А384МК, А580М, тракторы ТС-17М-1, АДС-1004-04, АДФ-1001, ТС-44, ДТС-38 и др.

При ремонте сельскохозяйственной техники широко используют наплавку под слоем флюса для восстановления геометрических параметров изношенных деталей.

Для защиты металла от воздействия воздуха, кроме шлакового покрытия, применяют газовую защиту вокруг дуги и расплавленного металла. В качестве защитных применяют инертные (аргон, гелий) и активные газы (водород, окись углерода или их смесь с азотом). Наибольшее распространение получили аргонодуговая сварка и сварка в среде углекислого газа. При аргонодуговой сварке наплавящимся электродом через специальную горелку, в которой установлен вольфрамовый электрод 3, пропускают инертный газ (аргон или гелий). Возбуждение дуги происходит между электродом и свариваемым изделием. Для заполнения разделки кромок в зону вводят присадочный материал 2, химический состав которого близок к составу свариваемого материала. Применяют электроды диаметром 2.. .6 мм. Аргон подают в горелку под давлением 0,03.. .0,05 МПа.

Аргонодуговую сварку применяют для сварки легированных сталей, алюминия и его сплавов, титана, магниевых сплавов.

В ряде случаев сварку выполняют и плавящимся электродом. В этом случае применяют проволоку диаметром 0,6.. .3 мм, которую автоматически подают в наконечник 2 горелки. Защитный газ через специальный канал 4 наконечника горелки попадает в пламя дуги .

Сварка в углекислом газе — наиболее дешевый способ по сравнению с другими видами сварки в защитных средах, широко применяется при восстановлении деталей сельскохозяйственных машин, особенно чугунных. Процесс наплавки в среде углекислого газа, по существу, аналогичен процессу сварки.

Для наплавки в среде углекислого газа используют электродные проволоки с повышенным содержанием кремния, марганца и титана (Св. 08ГС, Св. 08Г2С, Св. 10ХГ2С и др.). Для образования износостойкого наплавленного слоя применяют порошковые проволоки (ПП-6ХЗВ10,ПП-сормайт-1, ПП-сормайт-2, ПП-10Х10В4 и др.).

Наплавку тел вращения производят, используя токарно-винторезный станок.

Для восстановления изношенных деталей в ремонтной практике нередко применяют вибродуговую наплавку, в основе которой контактная сварка и электрическая дуга. Наплавку можно вести на воздухе, в среде защитного газа, в жидкости. Процесс состоит из трех этапов: замыкание электрода с деталью, размыкание, холостой ход. В момент короткого замыкания конец электрода оплавляется. При отрыве электрода перемычка взрывообразно разрушается и процесс переходит в дуговой. В этот момент и происходит перенос металла электрода на наплавляемую деталь. Наплавку чаще ведут на постоянном токе, что обеспечивает лучшую стабильность процесса.

Установки для автоматической вибродуговой наплавки обычно монтируют на базе токарно-винторезных станков, на суппорте которых устанавливают вибродуговую головку ЭВГ-2, КУМА-5М, ОКС-1252 и др.

. Сварка в среде аргона. Сущность. Область применения.

Сварка в среде аргона используется в ответственных случаях так как аргон очень дорогой. Аргон идеальный защитный газ он имеет большие атомы которые не растворимы. Аргон тяжелее воздуха он не горюч не ядовит. Применяется в завариваем трещины , пробои картеров КПП на отечественных и иностранных автомобилях в среде аргона. Сварка аргоном позволяет обеспечить высокую производительность сварки, максимально сократить зону термического влияния, появляется возможность производства сварки при повышенной плотности мощности.

Сварка в среде углекислого газа. Сущность. Область применения.

Углекислый газ тяжелее воздуха, не горюч, не ядовит Сущность процесса сварки в углекислом газе заключается в следующем. Поступающий в зону сварки углекислый газ защищает ее от вредного влияния атмосферы воздуха. Причем при высокой температуре сварочной дуги углекислый газ частично диссоциируется на окись углерода и кислород 2С022СО + O2.

В результате в зоне дуги образуется смесь из трех различных газов: углекислого газа, окиси углерода и кислорода. для того что бы О2 нетрилизовать вводят в него окислители Si,Mg,Al и таким образом эта самый распостраненый способ качественной сварки стали. Применяют в самолетостроении, где преобладает сварка металлов малых толщин (1-3 мм), в производстве химической аппаратуры. Важное значение имеет газовая сварка в прокладке и монтаже трубопроводов самых разнообразных назначений, в особенности малых диаметров, до 100 мм. Газовая сварка является незаменимым мощным средством при ремонте и с этой целью широко используется в ремонтных мастерских для всех видов транспорта, в сельском хозяйстве и т. Д

Плазменно-дуговая сварка

Плазменная струя, применяемая для сварки, представляет собой направленный поток частично или полностью ионизированного газа, имеющего температуру 10 000 – 20 000 °С. Плазму получают в плазменных горелках, пропуская газ через столб сжатой дуги. Дуга горит в узком канале сопла горелки, через который продувают газ. При этом столб дуги сжимается, что приводит к повышению в нем плотности энергии и температуры. Газ, проходящий через столб дуги, нагревается, ионизируется и выходит из сопла в виде высокотемпературной плазменной струи. В качестве плазмообразующих газов применяют азот, аргон, водород, гелий и воздух и их смеси.

Металлургические процессы при проведении сварки

Металлургические процессы при сварке протекают в зоне формирования сварочной ванны. Металлургию сварки характеризуют определенные физические и химические реакции, которые определяются взаимодействием плавящегося сплава со сварочными спецфлюсами, формирующимися в результате сварки шлаками и газами. Дополнительно в процессе проведения сварки происходят реакции, связанные со снижением температуры расплавленного сплава и кристаллизацией металла сварочной ванны.

Сварка

Процесс плавления металла при скреплении деталей, с использованием специального инструмента, называется сваркой.

Физические и химические реакции, связанные с изменениями в металле, происходят на всех этапах осуществления дуговой электросварки. Основными этапами дуговой электросварки являются:

  • плавление электрода, используемого в процессе электросварки;
  • переход капель металла через электродуговой промежуток;
  • попадание сварочного металла в сварочную ванну.
Схема дуговой сварки

Схема дуговой сварки.

В отличие от реакций общей металлургии, которые протекают в сталеплавильных агрегатах, условия плавления металлической заготовки и протекания всех реакций при электродуговой сварке сильно отличаются целым комплексом особенностей. Эти особенности влияют на развитие плавления и на конечный результат. Основные особенности металлургических процессов при сварке следующие:

  • небольшой объем зоны плавления;
  • высокие температурные показатели и перегрев расплавленных компонентов в ванне;
  • перемещение расплавленного сплава, его перемешивание и обновление;
  • высокая скорость снижения температуры и кристаллизации компонентов, входящих в состав сварочной ванны.

При таких условиях происходит интенсивное взаимодействие между компонентами сплава.

Реакции, возникающие при проведении электродуговой сварки

Среди огромного количества реакций, которые протекают в процессе осуществления электросварочных работ, основными являются следующие:

Схемы движения электрода при ручной дуговой сварке

Схемы движения электрода при ручной дуговой сварке.

  • диссоциация образующихся газов и химсоединений;
  • окисление расплавленного металла;
  • раскисление компонентов сплава;
  • раскисление под действием марганца;
  • раскисление под воздействием кремния;
  • раскисление под влиянием титана;
  • раскисление под воздействием углерода;
  • взаимодействие с газообразным азотом;
  • химвзаимодействие с водородом;
  • взаимодействие с серой и фосфором.

Все эти химпроцессы, происходящие при сварке плавлением, в той или иной мере оказывают воздействие на качество сварного соединения.

Вернуться к оглавлению

Характеристика реакций при дуговой сварке

При диссоциации осуществляется распад сложных компонентов на отдельные атомы или составляющие части. Возникновению диссоциации способствует высокий температурный режим в зоне проведения сваривания и каталитическое действие металлического расплава. При проведении электродугового сваривания диссоциации подвергаются молекулы различных газов: кислорода, водорода и азота, дополнительно происходит распад углекислого газа, водяных паров и некоторых других.

В зависимости от условий проведения электродуговой сварки, получаемые при диссоциировании молекул водяного пара компоненты могут как восстанавливать, так и окислять компоненты сплава, присутствующие в сварочной ванне.

, присутствующий в составе флюса, также подвергается распаду. Получающийся свободный атом фтора связывает атомы водорода, препятствуя его растворению.

Принцип газовой сварки

Принцип газовой сварки.

Окисление металлических компонентов происходит под влиянием газов, которые в процессе сваривания переходят в атомарное состояние. В первую очередь на процесс окисления огромное влияние оказывает атомарный кислород, получаемый из молекулярного, входящего в состав атмосферы, окисление металла снижает его качество. Дополнительно окислять атомы металла могут пары воды, которые в результате диссоциации образуют атомарный кислород. Получаемая при окислении окись двухвалентного железа, растворяясь в расплаве, резко снижает его физсвойства. При проведении дугового сваривания окислению подвергаются практически все компоненты, входящие в сталь заготовки, подвергаемой обработке.

Применяемая при проведении работы защита не всегда позволяет избежать окисления, поэтому для улучшения качества шва проводят раскисление компонентов сплава. Раскисление представляет собой восстановительный процесс, при котором осуществляется восстановление железа, содержащегося в электросварочной ванне. Образуемый при раскислении кислород переводится в металле в нерастворимые химсоединения. В качестве спецраскислителей применяется марганец, кремний, титан, алюминий и углерод. Раскислители вводятся в зону сваривания через проволоку, покрытие электросварочных электродов и флюсы.

Взаимодействие с азотом в атомарном состоянии возникает в процессе распада молекулярного газа при попадании в электросварочную дугу. Это ведет к синтезу нитридов, ухудшающих качество.

Взаимодействие с серой и фосфором понижает качество электросварного шва в области сваривания.

Вернуться к оглавлению

Физико-химические реакции, происходящие при проведении газосварки

Металлургические процессы при газовой сварке полностью зависят от состава сплава, вводимых в расплав добавок и состава газового пламени.

Способы и режимы газовой сварки

Способы и режимы газовой сварки: А — ванночками; Б — по отборочным кромкам.

При проведении газовой сварки осуществляется взаимодействие расплавленных компонентов сплава, находящихся в сварочной ванне с пламенем газовой горелки. Реакции, происходящие при взаимодействии, полностью определяются физическими и химическими свойствами металлического расплава и составом пламени горелки. Сваривание осуществляется в восстановительном секторе факела, который состоит из оксида углерода и водорода. Различные компоненты по-разному реагируют с пламенем факела. Легче всего происходит окисление компонентов расплава, которые имеют большое сродство к кислороду. Окисление осуществляется за счет участия оксидов, входящих в состав основного металла и присадочной проволоки, дополнительно на скорость окисления оказывает влияние кислород атмосферного воздуха. При увеличении концентрации кислорода происходит снижение качества сварного шва и ухудшение его мехсвойств. Для снижения воздействия окислителей при проведении газосварочных работ в присадки вводятся специальные химсоединения – раскислители.

Раскислители представляют собой химвещества, имеющие большее сродство к кислороду, нежели компоненты основного расплава, из которого формируется электросварной шов. При проведении сваривания стали раскисляющим действием обладает углерод, оксид двухвалентного углерода и водород, которые образуются в процессе горения сварочного пламени. Это позволяет производить сваривание углеродистых сталей без использования присадочных флюсов.

Образуемый при проведении сваривания оксид двухвалентного углерода вызывает кипение расплава. Во время кипения происходит удаление нежелательных включений из расплава. При осуществлении кипения в момент кристаллизации образуются пузырьки, что снижает качество газосварки. Для уменьшения этого эффекта вводятся марганец и кремний.

Вернуться к оглавлению

Влияние химсостава газосварочного пламени на окислительно-восстановительные реакции

Состав газосварочного пламени оказывает огромное влияние на химические и физические процессы, происходящие в расплаве при проведении газосваривания. В составе нормального ацетиленокислородного пламени в средней его части, имеющей восстановительную среду, содержится 60% оксида двухвалентного углерода и по 20% молекулярного и атомарного водорода. Основным восстановителем железа является водород в атомарном состоянии. Образуемые при газосварке окислы кремния и марганца не проникают в жидкий металл, а всплывают на его поверхности, превращаясь в шлак. В жидком расплаве содержится большое количество разных оксидов, которые взаимодействуют между собой. Результатом таких взаимодействий является формирование химических соединений с низкой температурой плавки, что позволяет значительно легче удалить окислы из состава расплава газосварочной ванны. Окислы удаляются в виде разных шлаков.

При проведении газосваривания латуни, меди или алюминия в зону сваривания вводятся разные добавки. Раскисление проводится углеродом, оксидом двухвалентного углерода и водородом. При проведении сварки пламя обеспечивает восстановление металла и защиту расплава от кислорода и азота атмосферы.

Металлургия сварки в защитных газах

Газы по защитному свойству расплавленного металла сварочной ванны от воздействия азота и кислорода воздуха подразделяются на инертные и активные.

К инертным газам относятся аргон и гелий, которые практически не взаимодействуют с расплавленным металлом сварочной ванны.

К активным газам относятся углекислый газ, азот, водород и кислород.

Активные газы по своему химическому взаимодействию с расплавленным металлом сварочной ванны могут быть нейтральными и реагирующими. Например, азот по отношению к меди является нейтральным газом, т. е. не образует с медью никаких химических соединений. Активные газы и продукты их распада в процессе дугового разряда, т. е. во время сварки, могут соединяться с расплавленным металлом сварочной ванны и растворяться в нем, из-за чего резко снижаются механические свойства сварного шва, а его химический состав не будет соответствовать установленным требованиям стандартов. Однако следует отметить,что некоторые растворимые в металле активные газы не всегда бывают вредными примесями.

Например, азот в углеродистых сталях является вредной примесью (образуются нитриды), из-за чего резко снижаются механические свойства сварного шва и стойкость к старению, тогда как в сталях аустенитного класса азот является полезной добавкой. При аргоно дуговой сварке углеродистых сталей для поддува можно применять не только аргон или углекислый газ, но и азот, если в сварочную ванну будут введены элементы-раскислители в виде кремния и марганца. Поэтому выбор газа и присадочного материала должны обеспечивать заданные механические свойства, химический состав и структуру сварного шва. При сварке в защитной среде инертных газов расплавленный металл сварочной ванны изолирован от воздействия кислорода и азота воздуха; поэтому металлургические процессы могут происходить между элементами, содержащимися только в расплавленном металле сварочной ванны.

Так, например, если в сварочной ванне содержится некоторое количество кислорода в виде закиси железа РеО, то при наличии достаточного количества углерода будет образовываться нерастворимая в металле окись углерода  [C] + [O] = CO,

Вследствие того, что расплавленный металл сварочной ванны кристаллизуется, а газ выйти не успевает, то в нем будут образовываться поры.

Расплавленный металл сварочной ванны может насыщаться кислородом, находящимся в инертном газе, в виде свободного кислорода и паров воды. Поэтому для подавления реакции окисления углерода в период кристаллизации расплавленного металла сварного шва в сварочную ванну через присадочный материал должны быть введены элементы-раскислители в виде кремния и марганца. При сварке легированных сталей, имеющих в своем составе необходимое количество раскислителей, реакция образования окиси углерода подавляется. Таким образом,при сварке в защитных газах для подавления образования окиси углерода,способной образовывать поры в сварном шве и устранения азотирования сварного шва, необходимо в сварочную ванну ввести элементы-раскислители.

При сварке в защитной среде углекислого газа последний, защищая расплавленный металл сварочной ванны от кислорода и азота воздуха, сам в свою очередь, разлагаясь в дуговом разряде, является окислителем металла где FеО — закись железа, растворяющаяся в железе.

Таким образом, как и при сварке в защитной среде инертных газов, в этом случае образуется окись углерода, которая в процессе кристаллизации металла сварочной ванны создает в нем поры. Для подавления образования окиси углерода (СО) через присадочную проволоку в расплавленный металл сварочной ванны вводятся элементы-раскислители — кремний и марганец.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о