Металлургические процессы при сварке плавлением: Металлургические процессы при сварке плавлением — Студопедия — НПФ Техсервис — Техническое оборудование общепромышленного и нефтепромыслового назначения

Содержание

Металлургические процессы при сварке плавлением — Студопедия

Группа СТ- 09/17

Тема. Металлургические процессы при сварке плавлением.

Задачи:

Изучить и законспектировать лекцию.

Проанализировать особенности процессов.

Отличительные черты металлургических процессов в сварке

Сваркой называется формирование неразъемного соединения деталей, при котором изменяются старые связи между атомами и образуются новые. Для обеспечения техпроцесса нужна энергия.

Соединение материалов может достигаться благодаря механическим усилиям. В результате происходит пластическое деформирование, называющееся сваркой давлением.

Сварочный процесс, который обеспечивается сильным нагреванием материалов, называют плавлением. Изменения металлов при высокотемпературной сварке подобны классическим металлургическим превращениям.

· 1 Плавление

· 2 Технологические особенности

· 3 Расщепление молекул

· 4 Окислительные реакции

· 5 Раскисление

· 6 Очистка и применение неплавящихся электродов

· 7 Электрошлаковая и плазменная технология Плавление

Одним из основных металлургических процессов является плавление. Температура плавления – это показатель, при котором вещества переходят из твердого состояния в жидкое. В сварочных процессах температуры достигают 5-7 тысяч градусов.

В твердых материалах атомы расположены близко друг от друга. В металлах маленькая длина междуатомных связей приводит к обобществлению электронов.

Образующиеся группы подвижных электронов называются металлической связью. Она обуславливает все свойства металлов: высокие значения тепло- и электропроводности, пластичность, химическую активность.

Тепловые процессы при сварке приводят к отдалению друг от друга атомов на кромке соединяемых металлов, продвижению их в зону расплава, перемешиванию в ней. В результате металлургических процессов плавления в сварочной ванне образуется новый расплавленный материал, из которого после застывания получается шов.

Характер источника тепловой энергии определяет виды сварки. Чаще всего выполняется электродуговое, электрошлаковое, электроннолучевое, диффузное сваривание. При необходимости используют другие технологии термического воздействия.

Технологические особенности

Понятие о металлургических процессах, реализующихся при сварке, полностью формируется при рассмотрении всех физико-химических явлений, химических реакций в рабочей зоне.

Они подобны преобразованиям, проходящим на сталеплавильных комбинатах. Существует несколько технологических особенностей сварки, отличающих ее от металлургии:

в небольшом пространстве взаимодействует сразу несколько фаз;

в разных точках сварочной ванны значительно отличаются показатели температур. Для центральной части зоны характерен большой перегрев;

расплавленная масса интенсивно движется, перемешивается, обновляется;

место сплава быстро охлаждается, образуя новую твердую фазу.

В таких специфических условиях идет быстрое взаимодействие частиц расплава с молекулами окружающих газов, флюсов, присадок. Взаимодействие между плавящимся материалом и окружающей средой в зоне дуги разнообразны.

Одновременно протекают реакции окисления, раскисления (восстановления), легирования. В зоне шва могут поглощаться или выделяться газообразные продукты.

Часто реакции идут не до полного завершения. Все превращения сказываются на качестве шва. Чтобы обеспечить прочное соединение материалов, нужно регулировать процесс со знанием его металлургических особенностей.

Расщепление молекул

Расщепление молекул газов и других сложных веществ во время сварки часто называют диссоциацией. Это не совсем верно, но термин прижился.

При классической диссоциации образуются ионы. При распаде молекул в металлургических процессах сварки образуются только атомы или новые молекулярные вещества и атомы.

Так расщепление простых газов (водорода, кислорода, азота) приводит в каждой реакции к образованию атомов. Причем, первые два из приведенных газов расщепляются почти полностью.

Распад азота идет медленнее. Расщепление молекулы воды при разных температурах дает принципиально отличающиеся продукты. В одном случае образуется атомарный кислород, который инициирует реакции окисления. В других условиях выделяется атомарный водород – сильнейший восстановитель.

Металлургические процессы при сварке плавлением

Для случаев сварки плавлением взаимодействующими фазами являются жидкий и твердый металл, газ и жидкий шлак. Последний образуется при расплавлении шлакообразующих веществ электродного покрытия или флюса, а также в результате взаимодействия металла и газа.

Процессы сварки плавлением обязательно включают нагрев свариваемого и присадочного металла до расплавления, их последующее охлаждение и затвердевание. В связи с этим взаимодействие фаз сперва идет в условиях повышения, а затем понижения температуры. Это взаимодействие может быть эндотермическим, проходящим с поглощением теплоты, или экзотермическим, сопровождающимся выделением теплоты. Повышение температуры усиливает эндотермические процессы и ослабляет экзотермические. При понижении температуры имеет место противоположная тенденция.

При постоянных условиях (температура, давление и др.) реакции взаимодействия фаз с течением времени стремятся достигнуть равновесного состояния, при котором скорости прохождения этих реакций в одном направлении становятся равными скоростям их прохождения в противоположном направлении. Состояние равновесия реакций взаимодействия фаз зависит от температуры. Ввиду того, что температура в зоне сварки постоянно изменяется, реакции взаимодействия фаз могут изменять как направление, так и степень своего прохождения. При этом равновесие между реагирующими веществами, как правило, не успевает устанавливаться.

При всех способах сварки плавлением сварочная зона может быть разделена на высокотемпературную и низкотемпературную части. В высокотемпературной части сварочной зоны происходит нагрев металла, в низкотемпературной — его охлаждение. При дуговых способах сварки к высокотемпературной части зоны относятся сварочная дуга и прилегающие к ней области, а именно передняя часть сварочной ванны, конец электрода и капли электродного металла. К низкотемпературной относится хвостовая часть сварочной ванны. При электрошлаковой сварке к высокотемпературной части сварочной зоны следует отнести область вблизи конца (торца) электрода, к низкотемпературной — остальной объем сварочной ванны. Имеются высокотемпературная и низкотемпературная части зоны и при других способах сварки плавлением.

Наиболее интенсивное взаимодействие фаз имеет место при газовой и электродуговой сварке, когда длительность существования металла в жидком состоянии относительно велика. Вследствие большой концентрации энергии и малой площади пятна нагрева при электроннолучевой и импульсной лазерной сварке длительность существования металла в жидком состоянии мала. Скорость плавления, охлаждения и затвердевания металла велика, что затрудняет взаимодействие фаз. При электрошлаковой сварке газовая атмосфера с металлом сварочной ванны непосредственно не контактирует, вследствие чего основное значение имеет лишь взаимодействие металла со шлаком.

Процессы взаимодействия фаз в зоне сварки протекают одновременно, однако для удобства описания сначала рассмотрим взаимодействие металла с газовой фазой, а затем со шлаком.

Одной из главных задач при сварке плавлением является предупреждение вредного воздействия воздуха на металл. Эта задача обычно решается с помощью газовой или шлаковой защиты зоны сварки. Благодаря такой защите предупреждается доступ воздуха и взаимодействие составляющих его азота и кислорода с жидким металлом. Существенную роль при сварке может также играть водород. Перечисленные газы при взаимодействии с металлом могут физически в нем растворяться или же реагировать с ним с образованием химических соединений. В первом случае металл поглощает теплоту, во втором обычно происходит выделение теплоты. Химические реакции в зависимости от растворимости в жидком металле образовавшихся соединений можно разделить на три подгруппы: реакции, продукты которых хорошо растворимы в расплаве, реакции со средней их растворимостью и реакции, дающие нерастворимые соединения.

В табл. 2-6 приведены характеристики растворимости водорода, азота и кислорода в жидких металлах при их температуре плавления. В жидких, промышленно важных металлах, водород растворяется физически, тогда как азот и кислород преимущественно вступают с ними в химическое взаимодействие.

Так как водород растворяется в металлах с поглощением теплоты, то с повышением температуры его растворимость возрастает.

Однако затем следует снижение растворимости водорода, т. е. кривые растворимости водорода, а также некоторых других газов имеют восходящую и нисходящую ветви (см. рис. 2-49). Такой характер зависимости растворимости обусловлен влиянием паров самого металла. С повышением температуры упругость паров металла повышается, что соответственно снижает парциальное давление газа. При температуре кипения металла атмосфера над ним полностью состоит из паров металла, а парциальное давление газа равно нулю. Поэтому в кипящем металле водород и другие газы не растворяются.

При температуре плавления металла наблюдается резкое изменение растворимости газа. Ввиду того, что в твердом металле растворимость газа меньше, чем в жидком, при затвердевании металла газ должен из него удаляться. При неблагоприятных условиях это выделение может сопровождаться образованием пористости.

Большинство промышленно важных металлов взаимодействуют с кислородом и азотом с образованием химических соединений, которые или растворяются в металле, ухудшая его качество, или же удаляются в шлак. Поэтому весьма важно обеспечить надежную защиту зоны сварки от доступа воздуха. Особенно тщательной должна быть защита таких химически активных металлов, как титан, алюминий и их сплавы. С этой целью рекомендуется применять инертную атмосферу или инертный флюс. Такую же защиту рекомендуется применять при сварке сталей и сплавов, содержащих химически активные элементы. При сварке титана и его сплавов необходимо защищать не только зону сварки, но и участки металла, нагретые до температуры свыше 300° С.

Кроме кислорода воздуха жидкий металл может окисляться водяным паром, двуокисью углерода и другими кислородсодержащими газами, присутствующими в зоне сварки. При электрошлаковой сварке кислород, а также водород могут передаваться металлу из окружающей атмосферы через жидкий шлак.

Испаряясь, металл, в свою очередь, влияет на состав газовой фазы, изменяя этим условия прохождения дугового разряда, а также электронного или лазерного излучения. Это испарение носит избирательный характер, причем интенсивнее испаряются элементы с более высокой упругостью пара. При сварке стали, например, наиболее интенсивно испаряется Марганец, при сварке латуни — цинк. В результате избирательного испарения заметно снижается концентрация летучих элементов в металле шва, что необходимо учитывать при разработке технологии сварки.

Длительность взаимодействия жидких шлака и металла при сварке плавлением обычно невелика. При дуговой сварке она может колебаться от 10 с до 1 мин, а при электрошлаковой сварке достигать нескольких минут. Это взаимодействие прекращается после затвердевания металла и шлака,

Несмотря на относительную кратковременность, реакции взаимодействия шлака и металла при электродуговой сварке могут проходить довольно энергично, что обусловлено высокими температурами нагрева металла и шлака, большими поверхностями их контактирования и сравнительно большим относительным количеством шлака. Последнее в среднем составляет 30—40% массы металла сварочной ванны при сварке под флюсом и до 10% — при сварке по флюсу. Примерно такие же количества шлака образуются и при ручной дуговой сварке качественными электродами. В связи с весьма небольшим расходом флюса при электрошлаковой сварке металл и шлак взаимодействуют слабее, чем при дуговой.

Происходящие между жидким шлаком и металлом реакции взаимодействия являются или реакциями замещения, т. е. вытеснения из шлака в металл одного элемента другим, или же реакциями распределения элемента между металлом и шлаком. Реакции замещения могут быть записаны в молекулярной или ионной форме в зависимости от принятых взглядов на строение жидкого шлака. Так, например, реакции восстановления кремния и марганца из шлака железом, при принятии молекулярной теории строения шлаков, записывают так:

Символы в квадратных скобках здесь и далее обозначают металлическую фазу, в круглых скобках — шлаковую фазу. В ионной форме указанные реакции имеют вид

Различие между молекулярной и ионной формой записи ре акций замещения состоит в том, что принимают существующими в шлаке и реагирующими с металлом или молекулы свободных окислов, или ионы. Стрелки в уравнениях реакций показывают, что взаимодействие может идти в обоих направлениях. При высоких температурах указанные реакции преимущественно идут слева направо (восстановление кремния и марганца из шлака). При снижении температуры равновесие этих реакций смещается справа налево, т. е. марганец и кремний окисляются и переходят из металла в шлак. Направление прохождения реакций зависит также от концентраций (вернее активностей) реагирующих веществ.

Реакции распределения записывают так:

В данном случае сера распределяется между шлаком и металлом путем перехода через межфазную границу молекул сульфида железа. Такой характер распределения серы наблюдается при взаимодействии с жидкой сталью кислого шлака.

Ввиду существенной зависимости взаимодействия фаз от температуры рассмотрим характер изменения температуры металла в процессе сварки. Термические циклы, которые проходят основной и электродный металлы при сварке, неодинаковы. Капли расплавленного электродного металла пролетают через дуговой промежуток или переходят через шлаковую ванну. При этом поверхность их нагревается до высоких температур (при переходе через дуговой промежуток — до температуры кипения металла). Затем капли попадают в сварочную ванну. Основной металл свариваемых кромок подвергается менее интенсивному воздействию дуги или шлаковой ванны, а поэтому меньше перегревается над температурой плавления. Последующее охлаждение попавших в сварочную ванну основного и электродного металлов происходит совместно. В связи с этим металлургические реакции между металлом и шлаком в разных частях сварочной зоны проходят по-разному.

О характере прохождения металлургических реакций в разных частях сварочной ванны можно судить по химическому составу металла на конце электрода. После прекращения сварки на конце электродной проволоки обычно остаются капли затвердевшего металла. Они представляют собой оплавленный, но не прошедший через дугу электродный металл. В табл. 2—7 приведены данные о составе капель на конце электродной проволоки и металла шва, сваренного под флюсом АН-348 независимой дугой, неплавящимся и плавящимся электродами. В качестве основного металла использовали кипящую низкоуглеродистую сталь, электродного — сварочную проволоку Св-08А. В результате взаимодействия жидких флюса и металла последний обогащается кремнием и марганцем.

Как видно из табл. 2-7, больше всего кремния и марганца содержится в металле шва, сваренного независимой дугой. Это свидетельствует о том, что интенсивнее всего реагирует с флюсом электродный металл, попадающий в шов через дуговой промежуток. Однако и в других участках зоны сварки, находящихся вблизи дуги, — на конце электрода, в передней части сварочной ванны, металлургические реакции идут в том же направлении. При понижении температуры металла и флюса реакции идут в обратном направлении. Это позволяет условно разделить зону сварки на две области. Первая из них находится вблизи дуги, где плавятся металл и флюс, и вторая — в хвостовой части ванны, где понижается температура металла и шлака.

Наиболее интенсивно взаимодействуют в сварочной ванне шлак и металл в жидком состоянии, менее интенсивно действует жидкий шлак на затвердевший металл. Это происходит в течение сравнительно короткого времени, когда шов уже затвердел, а шлак еще находится в жидком состоянии. Интервал температур, в котором может происходить указанное действие, с одной стороны ограничен температурой плавления шлака, а с другой — температурой плавления металла. Например, для сварки низкоуглеродистой стали под высококремнистым марганцевым флюсом этот интервал температур составляет 300— 400° С, время взаимодействия жидкого шлака и твердого металла шва для обычных режимов сварки не превышает 15—30 с. Вследствие взаимодействия со шлаком в поверхностном слое затвердевшего шва могут происходить окислительные процессы, причем составы поверхностного слоя и основной массы шва не успевают выравниваться (за счет диффузии).

С понижением температуры раскисляющая сила элементов возрастает. Поэтому, если при высоких температурах возможен переход кремния и марганца из шлака в металл, то при понижении температуры эти легирующие элементы в стали окисляются и переходят в шлак. Слои металла на поверхности шва окисляются шлаком с образованием окисной пленки, которая прочно удерживается на поверхности металла и способствует сцеплению с этой поверхностью слоя шлака. При значительной величине силы сцепления шлак с поверхности шва удаляется с трудом, при ее отсутствии или малой величине шлаковая корка самопроизвольно отделяется от шва.

Жидкие шлаки, в том числе и сварочные, являются электролитами. При прохождении через них электрического тока они подвергаются электролитической диссоциации, что может влиять на взаимодействие шлака и металла. Наиболее вероятно такое мнение при электрошлаковой сварке, когда весь сварочный ток проходит через жидкий шлак. При дуговой сварке под флюсом доля тока, проходящего через шлаковую перемычку, невелика, и поэтому возможное влияние электролиза мало.

При сварке переменным током ввиду частой смены полярности влияние электролиза на химический состав металла шва незначительно. Существенное значение электролиз может иметь лишь при электрошлаковой сварке на постоянном токе. Например, в результате применения постоянного тока при электрошлаковой сварке и электрошлаковом переплаве можно достигнуть очистки металлической ванны от таких нежелательных примесей, как сера или водород.

В сварных швах всегда находятся неметаллические включения— микроскопически малые частицы неметаллического вещества. Они могут состоять из окислов, сульфидов, соединений фосфора, нитридов и др. Большинство неметаллических включений имеет эндогенное происхождение, т. е. образуются в металле сварочной ванны или металле шва из растворенных загрязняющих элементов. Лишь небольшая часть неметаллических включений имеет экзогенное происхождение, представляя собой мелкие частицы застрявшего в металле шлака.

Основная причина образования неметаллических включений — уменьшение растворимости загрязняющих элементов в металле при снижении температуры. Это характерно для металлов и в жидком, и в твердом состоянии. Резкое падение растворимости примесей имеет место при кристаллизации жидкого металла. Растворимость загрязняющих элементов изменяется и при фазовых превращениях металла в твердом состоянии (см. § 36).

В отличие от неметаллических включений шлаковые включения являются достаточно крупными частицами шлака, попавшими в металл шва вследствие резких нарушений технологического процесса сварки.

В зависимости от состава основного металла и предъявляемых к сварному соединению требований выбирают оптимальный химический состав металла шва. Требуемый состав шва может быть получен путем введения в него легирующих элементов из основного и электродного металлов, электродного покрытия или флюса. При условии постоянства режима сварки химический состав металла шва может быть рассчитан заранее. При этом исходят из доли основного и электродного металлов в металле шва и их химического состава, а также учитывают взаимодействие металла с газовой фазой и шлаком. Расчетное содержание элементов в металле шва определяют по формуле

— аналитическое содержание элемента в электродном

— коэффициент усвоения, определяющий переход данного элемента из составляющих покрытия, флюса или из газа в металл шва (+) или из металла шва в окружающую среду или шлак (—).

Величину AR определяют опытным путем. Для примера в табл. 2-8 приведены значения AR при сварке низкоуглеродистой стали низкоуглеродистой проволокой под флюсом АН-348-А (сварка под флюсом) и под флюсом АН-8 (электрошлаковая сварка).

Из приведенных в табл. 2-8 данных и уравнения (2-16) видно, что при заданном химическом составе основного металла состав металла шва можно регулировать главным образом за счет изменения состава сварочной или присадочной проволоки и долей основного и электродного металлов в металле шва. Требуемое легирование металла шва при сварке качественными электродами осуществляется в основном за счет входящих в покрытие ферросплавов. Степень легирования шва может быть при этом настолько велика, что, например, с применением обычной низкоуглеродистой проволоки можно получить высоколегированный наплавленный металл.

Чтобы обеспечить постоянство химического состава металла шва и стабильность качества сварного соединения, необходимо гарантировать постоянство состава и качества сварочных материалов.

Лекция № 24 Металлургические процессы при сварке плавлением

Сварка отличается от других металлургических процессов следующими особенностями: а) происходит при высокой температуре нагрева; б) протекает с большой скоростью; в) характеризуется очень малыми объемами нагретого и расплавленного металла; г) при сварке имеет место быстрый отвод тепла от расплавленного металла сварочной ванны в прилегающие к ней зоны твердого основного металла; д) на расплавленный металл в зоне сварки воздействуют окружающие его газы и шлаки;

Высокая температура при сварке сильно ускоряет процессы плавления электродного и основного металла, электродного покрытия и флюса. При этом происходит выделение газов (в основном за счет окисления углерода), испарение, разбрызгивание и окисление веществ, участвующих в химических реакциях в зоне сварки.

Молекулы кислорода, азота, водорода при высоких температурах дуги частично распадаются па атомы (диссоциируют). В атомарном состоянии эти элементы обладают высокой химической активностью. Вследствие этого окисление элементов, насыщение металла азотом, поглощение водорода в процессе сварки протекают более интенсивно, чем при обычных металлургических процессах.

Малые объемы расплавленного металла в сварочной ванне и интенсивный отвод тепла в окружающий металл обуславливают кратковременность протекающих химических реакций,

Химический состав, структура и плотность металла шва зависят от состава основного и присадочного металла, характера и состава газов, окружающих жидкий металл, режима сварки и прочих факторов.

Указанные особенности металлургических процессов при сварке затрудняют получение сварных швов высокого качества.

Рассмотрим основные реакции в зоне сварки для стали, как наиболее распространенного металла, подвергаемого сварке.

Окисление.

Кислород является наиболее вредной примесью в зоне сварки, так как окисляет элементы, входящие в состав металла шва, и ухудшает его качество, образуя химические соединения— окислы.

Окисление элементов в основном происходит за счет кислорода, содержащегося в газах и шлаках сварочной зоны. В меньшей степени окисление может быть вызвано кислородом поверхностных окислов свариваемого металла (окалины, ржавчины). При случайном увеличении длины дуги капли электродного металла могут окисляться кислородом окружающего воздуха.

С железом кислород образует три окисла:FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄.

Наибольшее влияние на свойства стали оказывает оксид железа FeO, так как только он растворяется в железе. Растворимость оксида железа в стали зависит главным образом от содержания углерода и температуры металла. С увеличением содержания углерода в стали растворимость оксида железа снижается. При высокой температуре стали растворимость оксида железа выше, чем при низкой температуре.

Поэтому при охлаждении стали происходит выпадение из раствора оксида железа FеО. При высоких скоростях охлаждения часть оксида железа остается в растворе, образуя шлаковые прослойки между зернами металла.

При сварке стали в первую очередь окисляется железо, поскольку оно является основным элементом в стали.

Другие элементы, входящие в состав стали (углерод, кремний, марганец), окисляются (выгорают) тем быстрее, чем больше химическое сродство данного элемента с кислородом.

При сварке металла, покрытого ржавчиной, содержащаяся в ней влага испаряется, пары воды разлагаются на водород и водород, который окисляет железо в FeO.

Присутствие кислорода в металле шва в виде твердого раствора или включений окислов понижает механические свойства, снижает стойкость металла против коррозии, делает металла ломким.

Таким образом, главным условием получения наплавленного металла высокого качества является его защита от окисления кислородом окружающей среды. Это достигается созданием вокруг расплавленного металла защитной среды из газов и шлаков, а также раскислением металла шва.

Раскисление

Процесс удаления кислорода из наплавленного металла с целью повышения его качества называется раскислением.Раскисление ведется путем введения в сварочную ванну элементов – раскислителей (марганец, кремний, алюминий, титан). Раскислители входят в состав сварочной проволоки или электродных покрытий и флюсов, откуда они поступают в сварочную ванну, вступают в реакцию с оксидом железа FeO, выводя его в шлак.

Рафинирование

Процесс удаления вредных примесей из сварного шва (сера, фосфор).Серу удаляют введением марганца, который образует химическое соединение (сернистый марганец) не растворимое в жидком металле, которое полностью переходит в шлак. Фосфор также в ходе химических реакций переходит в шлак.

Легирование

Процесс введения в сплав элементов, придающих ему требуемые свойства. Путем легирования металла шва пополняют элементами, содержание которых уменьшилось вследствие выгорания их при сварке. Легирующие элементы входят в состав проволоки электрода, его покрытие, во флюс. Чем лучше раскислен наплавленный металл, тем большее количество легирующего элемента им усваивается.

ФОРМИРОВАНИЕ МЕТАЛЛА ШВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ОСНОВНЫХ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ СВАРКЕ ПЛАВЛЕНИЕМ

ОСНОВЫ СВАРКИ СУДОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Химический состав металла шва часто отличается от состава основного металла. Это необходимо, чтобы обеспечить равнопрочность литого металла шва с прокатным основным металлом и получить сварной шов нужного качества без трещин и пор.

Любой способ сварки плавлением дает возможность получить шов, представляющий сплав наплавленного (электродного) металла и расплавленного основного металла. Исключением из этого правила является шов, выполненный неплавящимся электродом без присадки — здесь в шве присутствует лишь расплавленный основной металл.

Содержание любого химического элемента в сварном однопроходном шве можно определить, пользуясь правилом смешения, по формуле

=*оУ„+*Л„

где Хш, Хо, Хп — концентрации данного элемента соответственно в шве, основном и наплавленном металле; у и у — доли участия в металле шва основного и наплавленного металла; ДХ — поправка на изменение концентрации элемента, вызванная химическими реакциями между данным элементом и окружающими газами и шлаками.

Величины уо и у определяются экспериментальным путем измерения площадей на поперечном макрошлифе (рис. 5.1) и вычисляются с помощью формул

Рис. 5.1. Доля участия наплавленного и основного Г (расплавленного) металла » металле шва

Отсюда ясны способы регулирования химического состава металла шва. которые осуществляются путем подбора состава наплавляемого металла (выбор электродов, проволоки и флюса, проволоки и защитного газа), а также изменения долей у и у путем выбора соответствующей разделки кромок и параметров режима сварки. Еще на заре развития сварки плавлением было обнаружено, что при сварке без защиты (голой электродной проволокой) качество металла шва резко ухудшается; виной тому является кислород и азот, которые активно растворяются в жидком металле сварочной ванны (табл. 5.1)

ТаГіли ца 5.1

Химический состав проволоки и наплавленного металла (сталь)

Объект измерения	Химический состав, %
С	Si	Мп	0	N
Сварочная проволока	0,08	0,03	0,4	0,02	0,007
Наплавленный металл	0,04	0,02	0,15	0,28	0,15

Из данных таблицы хорошо видно выгорание таких элементов как С, Si и Мп и значительное увеличение содержания в шве N и О. Последнее приводит к изменению свойств металла шва (рис. 5.2).

SHAPE * MERGEFORMAT

б)

0,05 0.10 0,Г> N.%

6,% 25

20 Е 15 10

Рис. 5.2. Влияние содержания кислорода (п) и алела (б) па основные механические свойства иизкоуі деродистой пали

При остывании металла, пересыщенного кислородом, на границах зерен выделяется закись железа FeO. Это приводит к снижению временного сопротивления разрыву ов и предела текучести о с одновременным уменьшением пластических характеристик металла шва. Азот при охлаждении выделяется из твердого раствора в виде игл нитридов железа Fe^N, располагающихся по объему зерна в плоскостях его скольжения, что приводит к охрупчиванию металла. Совместное действие кислорода и азота значительно увеличивает прочность металла шва и резко уменьшает его пластичность. Так, наплавленный голой низкоуглеродистой проволокой металл показывает следующие свойства:

ст = 340-400 МПа; 5 = 5-10%; KCV = 0,05-0,25 МДж/м2.

Поэтому уже первооткрыватели сварки обращали большое внимание на предотвращение отрицательного влияния кислорода и азота на металл шва.

Механизм ликвидации вредного воздействия этих газов заключается в изоляции плавильного реакционного пространства при сварке плавлением (ванны жидкого металла и дуги) от воздушной атмосферы, которая может осуществляться путем шлаковой или газовой защиты (при способах дуговой сварки и ЭШС) либо созданием вакуума (при ЭЛ С).

В современных способах сварки используется шлаковая защита (при автоматической сварке под флюсом), комбинированная газошлаковая защита (при ручной сварке покрытыми электродами) либо газовая защита (при сварке плавящимися и неплавящимися электродами в инертных газах и плавящимся электродом в среде активных газов или их смесей). С отрицательным действием кислорода можно бороться применением специальной легированной проволоки.

Электродные покрытия представляют собой смесь газообразующих и шлакообразующих компонентов, которые в процессе сварки предохраняют металл от воздействия воздуха и производят желаемую металлургическую обработку металла (для чего в покрытие могут быть введены различные металлические добавки). Вводимые в покрытие газообразующие (они служат для оттеснения воздуха) и шлакообразующие (они частично изолируют поверхность расплавленного металла) при сварке, как правило, не нейтральны к расплавленному металлу. В качестве газообразующих в покрытия вводят органические добавки (крахмал, декстрин, целлюлозу) или углекислые соли — карбонаты (мрамор, магнезит). Первые при разложении образуют водород, газы СО, С02, пары воды при наличии некоторого количества кислорода. Вторые дают СО и СО^, кислород, некоторое количество паров воды (в зависимости от технологии изготовления покрытия). Шлакообразующие вещества представляют собой системы окислов различных элементов и галоидных соединений (чаще всего фторидов). Некоторые из них при сварке взаимодействуют с металлом, в частности, окисляя его. Флюсы — шлаки (автоматическая под флюсом и электрошлаковая сварка) по составу, как правило, проще электродных покрытий, но и они содержат окислы (а иногда и газообразующие добавки), а также то или другое количество влаги. Для газовой защиты сварочного пространства применяют либо активные, реагирующие с металлом при сварке, либо инертные, с ним не реагирующие, газы. Наиболее часто применяемый активный газ — углекислота (СОД. В сварочных условиях он может взаимодействовать с металлом в виде СО.,, СО, а также углерода и кислорода; если в нем есть примеси воды, то в реакционном пространстве появляются пары воды и водород. В применяемых инертных газах часто имеются примеси (пусть даже в небольших количествах) кислорода, азота, паров воды, которые могут приносить вред металлу шва, особенно при сварке химически активных металлов.

Из изложенного становится ясно, что практически при всех способах сварки плавлением (кроме сварки в глубоком вакууме) необходимо учитывать взаимодействие металла, его примесей или легирующих добавок с окружающей газовой, шлаковой или газошлаковой средой. При этом основными газами являются О.,, N2, Н^, СО.,, СО, шлаки же представляют собой системы окислов и галоидов. Известно, что протекание реакций взаимодействия как между простыми веществами, так и сложными соединениями определяется внешними факторами, в частности, такими как температура, давление, скорость поступления вещества в реакционную зону, время взаимодействия и др. Все эти параметры присутствуют при нахождении в сварочной ванне жидкого металла в процессе кристаллизации шва.

Химический состав металла шва, от которого во многом зависят его свойства и дефекты, формируется в результате физико-химической обработки электродного металла и металла сварочной ванны. Весь комплекс этих процессов, протекающих при сварке между жидким металлом и шлаком (газом) и в объеме этих фаз, принято называть сварочным металлургическим процессом.

Большое значение имеют температурные условия в дуге. При плавлении электрода с некоторыми интервалами времени (0,1…0,5 с) капли, образовавшиеся на его торце, отделяются от электрода и переносятся в сварочную ванну. Перенос может осуществляться в момент короткого замыкания дугового промежутка каплей расплавленного металла, а при большой плотности тока капли отрываются от электрода и пересекают дуговой промежуток. В процессе переноса (его продолжительность составляет 0,01…0,05 с) капли продолжают нагреваться в столбе дуги до температуры 4500…8000 °С, причем их средняя температура может повышаться, В соответствии с различными данными калориметрического измерения температура капель в дуговом промежутке при ручной сварке стальными электродами составляет 2100…2150 °С, повышаясь по мере увеличения силы и плотности тока в электроде. Средняя температура сварочной ванны определяется -1800 °С, причем с уменьшением объема ванны (например, при ручной сварке, когда ванна меньше, а доля перегретого электродного металла больше) температура ванны достигает 2000 °С. Максимальное время пребывания металла в сварочной ванне в жидком состоянии для различных случаев составляет от нескольких до 30…40 с.

Внешнее давление, при котором происходят реакции во время сварки, обычно равно атмосферному (исключая случаи сварки под водой на значительной глубине и сварку в вакууме). Частое применение для сварки газовых смесей приводит к необходимости учета парциальных давлений (отдельных газов) в смеси.

Капельное плавление добавочного металла усиливает его взаимодействие с окружающей средой, а наличие внутри капель и сварочной ванны шлаковых и газовых частиц еще более увеличивает поверхность взаимодействия шлак-металл и газ-металл. Учитывая высокую температуру, скорости прохождения реакций в этом случае могут быть весьма велики, а транспортировка реагентов не должна совершаться на большие расстояния. Это приводит к необходимости учета кинетики процесса.

Процесс сварки характеризуется изменяющейся во времени температурой и поступлением в реакционную зону порций еще не прореагировавших веществ, поэтому термодинамического равновесия в сварочных условиях достичь нельзя. Однако термодинамические расчеты в металлургии сварочных процессов применяются с учетом следующих обстоятельств:

1) в любом участке общей реакционной зоны реакции стремятся к состоянию равновесия, что позволяет по термодинамическим данным определить наиболее вероятное направление протекания реакции в этом объеме;

2) вследствие большой скорости протекания реакций на отдельных стадиях процесса можно предполагать достижения в отдельных объемах состояний, близких к равновесным, и применительно к определенным условиям приближенно рассчитать состав металла, газов и получить представление о влиянии различных параметров процесса на изучаемое явление.

При любом процессе сварки, в котором участвует сварочная дуга, существует парогазовая область (в ее объеме горит дуга), расплавленный металл и шлак (плавильное или сварочное пространство). Все металлургические процессы в плавильном пространстве происходят на двух стадиях — капли и ванны (рис. 5,3).

Рис. 5.3. Продольный разрез спародіюй иамиы при сварке иод флюсом:

1 — слой флюса; 2 — злскі ролімн проволока; Ї — парогазовый пузырь;

Г — жидкий шлак: 5 — сварочная ванна; ti — выделяющиеся і азы;

7 — закристаллизовавшийся металл ниш; Я — застывший шлак

На первой стадии плавящийся металл перегрет, и наблюдаются максимальные изменения в его химическом составе, вызванные его легированием и испарением из шлака покрытия или флюса, а также растворением газов в металле.

На стадии ванны металл перегрет значительно меньше, и развитие получают процессы рафинирования (очищения) металла шва, от которых зависит и его конечный химический состав, и образование в нем дефектов типа неметаллических включений, трещин и пор.

В зоне дуги существуют две основные фазы — газовая и шлаковая. Газовая состоит из газообразных продуктов разложения компонентов покрытий (флюса), защитных газов и паров металлов, Степень химического воздействия газовой фазы на металл зависит

от содержания в ней кислорода, азота, водорода, углекислого газа и окиси углерода.

Поскольку сварка никогда не производится голым электродом в воздушной среде, то источником кислорода в газовых смесях служит углекислый газ, который либо вводится в сварочное пространство в виде защитного, либо образуется при диссоциации содержащихся в покрытии карбонатов с последующим разложением по реакции 2СО, = 2СО +Ог

Источником азота является воздух, поглощенный при сварке. Азот практически полностью остается в металле, и его конечное содержание хорошо характеризует качество защиты от воздуха. Допустимым при разных способах сварки считается содержание азота в металле шва в пределах 0,002…0,025%.

Водород попадает в металл при диссоциации молекул воды, содержащейся в покрытиях, флюсах, газах, а также в виде химически связанной воды в гидроокисях на поверхности проволок или свариваемых кромок (ржавчина). Источником водорода могут быть и органические соединения, содержащиеся в покрытиях некоторых марок электродов. Попадаемое в реакционное пространство количество влаги зависит от относительной влажности и температуры воздуха.

Шлаковая фаза, как уже было сказано, представляет собой сплав окислов металлов и солей. Сварочные шлаки состоят из основных окислов (MgO, MnO, FeO, К^О, Na.,0), кислых (SiOr TiO„ Zr_,02) » амфотерных (Al.,0,, B2Oj, Fe.,0,). В качестве солей при сварке сталей и медных сплавов широкое применение находит плавиковый шпат (фторид кальция CaF.,), во флюсах для сварки таких химически активных металлов как алюминий и титан — фториды и хлориды калия, натрия, лития, бария.

Химическая активность шлака определяется только содержанием в нем свободных (активных) окислов. Она зависит от соотношения количеств основных и кислотных окислов и приближенно оценивается коэффициентом основности

Ca0+Mg0+Mn0+K,0+Na,0 Si02+Ti02+Zr0,

Шлаки называют основными, если В > 1, и кислыми, если В < 1. При В = 1 шлак нейтрален.

Все металлургические процессы, происходящие в плавильном пространстве, можно разделить на физические и химические. К физическим относятся испарение металла и растворение в нем газов.

Испарение связано с перегревом металла на стадии капли. Ввиду высокой температуры столба дуги и ее электродных пятен может испаряться 8…25% металла. Процесс этот неизбежен и вреден, так как он ведет к потере легирующих элементов и загрязнению окружающей среды парами металла (которые при сварке цинка, магния, свинца и некоторых других металлов ядовиты).

Растворение газов в жидком металле. При сварке к таким газам относятся в основном водород и азот (рис. 5.4).

Металлургические процессы при сварке плавлением

из «Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением »

Под термином металлургические процессы понимают высокотемпературные процессы взаимодействия фаз, имеющие целью получение металла. Они, как правило, сопровождаются переходом вещества из одной фазы в другую и могут являться реакциями перехода, замещения и распределения элементов между фазами. Так как металлургические процессы могут оказывать существенное влияние на качество сварного соединения, их необходимо учитывать и по возможности использовать при сварке. [c.95]
Для случаев сварки плавлением взаимодействующими фазами являются жидкий и твердый металл, газ и жидкий шлак. Последний образуется при расплавлении шлакообразующих веществ электродного покрытия или флюса, а также в результате взаимодействия металла и газа. [c.95]
Процессы сварки плавлением обязательно включают нагрев свариваемого и присадочного металла до расплавления, их последующее охлаждение и затвердевание. В связи с этим взаимодействие фаз сперва идет в условиях повышения, а затем понижения температуры. Это взаимодействие может быть эндотермическим, проходящим с поглощением теплоты, или экзотермическим, сопровождающимся выделением теплоты. Повышение температуры усиливает эндотермические процессы и ослабляет экзотермические. При понижении температуры имеет место противоположная тенденция. [c.95]
При постоянных условиях (температура, давление и др.) реакции взаимодействия фаз с течением времени стремятся достигнуть равновесного состояния, при котором скорости прохождения этих реакций в одном направлении становятся равными скоростям их прохождения в противоположном направлении. Состояние равновесия реакций взаимодействия фаз зависит от температуры. Ввиду того, что температура в зоне сварки постоянно изменяется, реакции взаимодействия фаз могут изменять как направление, так и степень своего прохождения. При этом равновесие между реагирующими веществами, как правило, не успевает устанавливаться. [c.95]
При всех способах сварки плавлением сварочная зона может быть разделена на высокотемпературную и низкотемпературную части. В высокотемпературной части сварочной зоны происходит нагрев металла, в низкотемпературной — его охлаждение. При дуговых способах сварки к высокотемпературной части зоны относятся сварочная дуга и прилегающие к ней области, а именно передняя часть сварочной ванны, конец электрода и капли электродного металла. К низкотемпературной относится хвостовая часть сварочной ванны. При электрошлаковой сварке к высокотемпературной части сварочной зоны следует отнести область вблизи конца (торца) электрода, к низкотемпературной — остальной объем сварочной ванны. Имеются высокотемпературная и низкотемпературная части зоны и при других способах сварки плавлением. [c.96]
Наиболее интенсивное взаимодействие фаз имеет место при газовой и электродуговой сварке, когда длительность существования металла в жидком состоянии относительно велика. Вследствие большой концентрации энергии и малой площади пятна нагрева при электроннолучевой и импульсной лазерной сварке длительность существования металла в жидком состоянии мала. Скорость плавления, охлаждения и затвердевания металла велика, что затрудняет взаимодействие фаз. При электрошлаковой сварке газовая атмосфера с металлом сварочной ванны непосредственно не контактирует, вследствие чего основное значение имеет лишь взаимодействие металла со шлаком. [c.96]
Процессы взаимодействия фаз в зоне сварки протекают одновременно, однако для удобства описания сначала рассмотрим взаимодействие металла с газовой фазой, а затем со шлаком. [c.96]
Одной из главных задач при сварке плавлением является предупреждение вредного воздействия воздуха на металл. Эта задача обычно решается с помощью газовой или шлаковой защиты зоны сварки. Благодаря такой защите предупреждается доступ воздуха и взаимодействие составляющих его азота и кислорода с жидким металлом. Существенную роль при сварке может также играть водород. Перечисленные газы при взаимодействии с металлом могут физически в нем растворяться или же реагировать с ним с образованием химических соединений. В первом случае металл поглощает теплоту, во втором обычно происходит выделение теплоты. Химические реакции в зависимости от растворимости в жидком металле образовавшихся соединений можно разделить на три подгруппы реакции, продукты которых хорошо растворимы в расплаве, реакции со средней их растворимостью и реакции, дающие нерастворимые соединения. [c.96]
В табл. 2-6 приведены характеристики растворимости водорода, азота и кислорода в жидких металлах при их температуре плавления.. В жидких, промышленно важных металлах, водород растворяется физически, тогда как азот и кислород преимущественно вступают с ними в химическое взаимодействие. [c.96]
Форма зависимости указывает, что газ растворяется в металле в диссоциированном на атомы состоянии, например по реакции На 1 2 [Н]. [c.97]
Так как водород растворяется в металлах с поглощением теплоты, то с повышением температуры его растворимость возрастает. [c.97]
Однако затем следует снижение растворимости водорода,, т. е. кривые растворимости водорода, а также некоторых других газов имеют восходящую и нисходящую ветви (см. рис. 2-49). Такой характер зависимости растворимости обусловлен влиянием паров самого металла. С повышением температуры упругость паров металла повышается, что соответственно снижает парциальное давление газа. При температуре кипения металла атмосфера над ним полностью состоит из паров металла, а парциальное давление газа равно нулю. Поэтому в кипящем металле водород и другие газы не растворяются. [c.98]
При температуре плавления металла наблюдается резкое изменение растворимости газа. Ввиду того, что в твердом металле растворимость газа меньше, чем в жидком, при затвердевании металла газ должен из него удаляться. При неблагоприятных условиях это выделение может сопровождаться образованием пористости (см. 35). [c.98]
Большинство промышленно важных металлов взаимодействуют с кислородом и азотом с образованием химических соединений, которые или растворяются в металле, ухудшая его качество, или же удаляются в шлак. Поэтому весьма важно обеспечить надежную защиту зоны сварки от доступа воздуха. Особенно тщательной должна быть защита таких химически активных металлов, как титан, алюминий и их сплавы. С этой целЙю рекомендуется применять инертную атмосферу или инертный флюс. Такую же защиту рекомендуется применять при сварке сталей и сплавов, содержащих химически активные элементы. При сварке титана и его сплавов необходимо защищать не только зону сварки, но и участки металла, нагретые до температуры свыше 300° С. [c.98]
Кроме кислорода воздуха жидкий металл может окисляться водяным паром, двуокисью углерода и другими кислородсодержащими газами, присутствующими в зоне сварки. При электрошлаковой сварке кислород, а также водород могут передаваться металлу из окружающей атмосферы через жидкий шлак. [c.98]
Длительность взаимодействия жидких шлака и металла при сварке плавлением обычно невелика. При дуговой сварке она может колебаться от 10 с до 1 мин, а при электрошлаковой сварке достигать нескольких минут. Это взаимодействие прекращается после затвердевания металла и шлака. [c.99]
Несмотря на относительную кратковременность, реакции взаимодействия шлака и металла при электродуговой сварке могут проходить довольно энергично, что обусловлено высокими температурами нагрева металла и шлака, большими поверхностями их контактирования и сравнительно большим относительным количеством шлака. Последнее в среднем составляет 30—40% массы металла сварочной ванны при сварке под флюсом и до 10% — при сварке по флюсу. Примерно такие же количества шлака образуются и при ручной дуговой сварке качественными электродами. В связи с весьма небольшим расходом флюса при электрошлаковой сварке металл и шлак взаимодействуют слабее, чем при дуговой. [c.99]
В данном случае сера распределяется между шлаком и металлом путем перехода через межфазную границу молекул сульфида железа. Такой характер распределения серы наблюдается при взаимодействии с жидкой сталью кислого шлака. [c.100]
Ввиду существенной зависимости взаимодействия фаз от температуры рассмотрим характер изменения температуры металла в процессе сварки. Термические циклы, которые проходят основной и электродный металлы при сварке, неодинаковы. Капли расплавленного электродного металла пролетают через дуговой промежуток или переходят через шлаковую ванну. При этом поверхность их нагревается до высоких температур (при переходе через дуговой промежуток — до температуры кипения металла). Затем капли попадают в сварочную ванну. Основной металл свариваемых кромок подвергается менее интенсивному воздействию дуги или шлаковой ванны, а поэтому меньше перегревается над температурой плавления. Последующее охлаждение попавших в сварочную ванну основного и электродного металлов происходит совместно. В связи с этим металлургические реакции между металлом и шлаком в разных частях сварочной зоны проходят по-разному. [c.100]
О характере прохождения металлургических реакций в разных частях сварочной ванны можно судить по химическому составу металла на конце электрода. После прекращения сварки на конце электродной проволоки обычно остаются капли затвердевшего металла. Они представляют собой оплавленный, но не прошедший через дугу электродный металл. В табл. 2—7 приведены данные о составе капель на конце электродной проволоки и металла шва, сваренного под флюсом АН-348 независимой дугой, неплавящимся и плавящимся электродами. В качестве основного металла использовали кипящую низкоуглеродистую сталь, электродного — сварочную проволоку Св-08А. В результате взаимодействия жидких флюса и металла последний обогащается кремнием и марганцем. [c.100]

Вернуться к основной статье

Металлургические процессы при сварке плавлением

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ СВАРКЕ ПЛАВЛЕНИЕМ [c.17]

Особенностью металлургических процессов при сварке плавлением являются весьма высокие температуры и кратковременность всех процессов, что и приводит к изменению структуры металла в зоне термического влияния. [c.333]

Особенности металлургических процессов при сварке плавлением. -К металлургическим процессам при сварке относятся процессы взаимодействия жидкого металла с газами и сварочными шлаками, а также взаимодействия затвердевающего металла с жидким шлаком. [c.45]

Физико-металлургические процессы при сварке плавлением [c.32]

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ ПРИ СВАРКЕ ПЛАВЛЕНИЕМ [c.42]

Однако на металлургические процессы при сварке плавлением, как правило, значительное влияние оказывает окружающая среда. С целью регулирования сварочных процессов в желаемом направлении применяют флюсы, всевозможные газовые защиты места сварки, включая и защиту инертными газами, а в некоторых случаях сварку выполняют в вакууме. [c.18]

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ СВАРКЕ ПЛАВЛЕНИЕМ [c.197]

Металлургические процессы при сварке плавлением связаны с протеканием химических реакций, в результате которых может [c.61]

Для металлургических процессов при сварке характерны высокие температуры на отдельных участках дуги, кратковременность пребывания металла в жидком состоянии и быстрое изменение температурного режима. Расплавленный металл электрода или присадочной проволоки переходит в сварочную ванну в виде небольших капель, которые взаимодействуют с газовой фазой и жидким шлаком. Расплавленный слой шлака образуется при плавлении электродного покрытия и защищает металл капли и сварочной ванны от воздействия окружающего воздуха, раскисляет и легирует металл сварочной ванны, в шлаке растворяются вредные примеси. В процессе плавления электродного покрытия наряду с образованием слоя расплавленного шлака выделяются газы, возникающие при разложении газообразующих компонентов покрытия. Реакции между газообразными веществами и жидким металлом протекают быстрее, чем со ш лаком, поэтому действие газовой защиты более интенсивное. Расплавленный металл сварочной ванны взаимодействует также с окружающим ее основным металлом. Поэтому химический состав наплавленного металла может существенно отличаться от химического состава электродов или присадочной проволоки, а металл зоны термического влияния — от исходного состояния основного металла. [c.18]

Расплавление электродного металла сопровождается обильным выделением газов, которое происходит главным образом вследствие окисления углерода. На интенсивность газовыделения, а следовательно, и на характер металлургических процессов при сварке существенное влияние оказывает величина поверхности капель. В табл. 82 приведены средние количественные характеристики газообразования в процессе плавления электрода. [c.149]

Особенности металлургических процессов при сварке стали плавлением [c.112]

Металлургические процессы при сварке металлов плавлением очень сложны и в значительной степени отличаются от процессов в обычней металлургии следующими характерными особенностями [c.57]

Металлургические процессы при сварке под плавлеными флюсами [c.98]

Источники кислорода в металле шва при сварке под флюсом. Один из наиболее важных металлургических процессов при сварке под флюсом — окисление металла в зоне плавления. Источниками окисления металла при сварке могут быть окислы на поверхности свариваемого металла или проволоки окислы, находящиеся во флюсе-шлаке и растворяющиеся в металле химически активные шлаки, отдающие кислород металлу посредством обменных окислительно-восстановительных реакций влага, находящаяся во флюсе-шлаке и на поверхности свариваемого металла. [c.41]

Металлургические процессы протекают на всех стадиях сварки плавлением в период плавления электрода, перехода капли жидкого металла через дуговой промежуток и в самой сварочной ванне. Однако в отличие от общей металлургии условия протекания металлургических процессов при сварке имеют ряд особенностей, влияющих как на их развитие, так и на получаемые результаты. К таким особенностям относятся [c.61]

Особенности металлургических процессов при дуговой сварке под слоем плавленых флюсов. При дуговой сварке под слоем плавленого флюса следует различать высокотемпературную зону, охватывающую плавящийся торец электрода, капли металла, проходящие дуговой промежуток, и активное пятно дугового разряда в сварочной ванне, и низкотемпературную зону — хвостовая часть ванны, где температура приближается к температуре кристаллизации металла (см. рис. 9.40). [c.369]

Изучение упомянутых дисциплин предполагает достаточно глубокое изучение студентами таких вопросов, как классификация способов сварки, теоретические основы источников теплоты, используемых при сварке, физико-металлургические и тепловые процессы при сварке, процессы кристаллизации металла сварного шва и технологическая прочность сварных соединений и т.п. Поэтому основное внимание в данном учебнике уделено технологии сварки плавлением, а по сварочному оборудованию приведены только сведения, дополняющие курс источников питания. В разделах по технологии сварки авторы не стремились привести все данные о сварочных материалах, режимах и т.п., учитывая, что эти данные имеются в справочной литературе, и уделили основное внимание освещению основ выбора технологии. [c.7]

Особенности металлургических процессов при автоматической сварке под слоем плавленых флюсов. Электродуговой процесс. При автоматической сварке под флюсом можно выделить высокотемпературную и низкотемпературную зоны. [c.343]

Процессы тепловые при сварке дуговой 55—57 лазерной 59—60 электроннолучевой 59 электрошлаковой 57—59 Процесс сварки, схема И—14 Процессы физико-металлургические при сварке плавлением 32—103 в защитных газах 77—81 дуговой 32—44 лазерной 52—54 под флюсом 76—77 покрытыми электродами 75—76, 308—314 электроннолучевой 49—52 электрошлаковой 44—49 Пушки электроннолучевые, системы 50—51 [c.762]

Характер металлургических процессов при ЭШС в основном такой же, как и при дуговой сварке. Шлаковая ванна образуется за счет плавления сварочного флюса, который должен удовлетворять след)тощим специфическим требованиям [c.148]

Все металлы и сплавы в твердом состоянии являются кристаллическими телами. Этим определяется их структура и свойства. Для большинства металлургических процессов, в частности при сварке плавлением, характерно получение кристаллического строения посредством кристаллизации из жидкого состояния. Поэтому кристаллизацией называют процесс формирования структуры при затвердевании жидкого металла. [c.296]

Процесс сварки плавлением сопровождается резким термическим воздействием источника теплоты на основной металл и нежелательными в большинстве случаев металлургическими процессами, происходящими при образовании шва, [c.293]

При всех способах сварки плавлением в сварочной ванне происходят те же процессы, что и в металлургических печах при выплавке металлов и их сплавов. Это плавление, взаимодействие жидкого металла с газами и компонентами шлаков, легирование металла и выгорание (испарение, окисление) легирующих компонентов, затвердевание металла, структурные изменения в нем. [c.17]

В процессе сварки наплавленный металл и прилегающие к нему участки основного металла детали нагреваются до температуры плавления. При этом в наплавленном и основном металле протекают процессы, которые оказывают вредное влияние на. качество восстанавливаемых деталей. К числу этих процессов относятся металлургические процессы, протекающие в наплавленном металле, структурные изменения и образование внутренних напряжений и деформаций в основном металле детали. [c.139]

Сварка представляет собой процесс получения неразъемных соединений металлических деталей в узлы и целые конструкции. По своей природе сварка является сложным и разнообразным по форме металлургическим процессом. Образование сварных соединений происходит в большинстве случаев при нагреве в узкой зоне металлов до плавления и последующей их кристаллизации с образованием шва. [c.452]

В пользу активного вмешательства в ход металлургических процессов при сварке плавлением ауетенитных сталей и сплавов говорит еще одно весьма важное обстоятельство — необходимость f управления химическим составом металла шва. [c.60]

Особенностями металлургических процессов при сварке плавлением являются весьма высокие температуры и кратковременность всех процессов. На рис. 153 показана структура зоны влияния (строение сварного шва) после затвердевания и распределение температуры в малоуглеродистой стали в зоне термического влияния. Наплавленный металл 1 (участок 0—1) имеет столбчатое (дендритное) строение, характерное для литой стали при ее медленном затвердевании. Если наплавленный металл или соседний с ним участок 1 был сильно перегрет, то при охлаждении на участке 2 зерна основного металла (низкоуглеродистой стали) имеют игольчатую форму, образуя грубоигольчатую структуру. Этот участок имеет крупнозернистую структуру и обладает наибольшей хрупкостью и весьма низкими механическими свойствами. На участке 3 температура металла не превышает 1000° С. Здесь имеет место нормализация, структура получается мелкозернистой с повышенными механическими свойствами по сравнению с основным металлом. На участке 4 происходит неполная перекристаллизация стали, так как температура нагрева находилась между критическими точками Ас1 и Асз. На этом Участке наряду с крупными зернами феррита образуются и мелкие зерна феррита и перлита. [c.338]

Особенности металлургических процессов при сварке под керамическими флюсами. Керамические или неплавленые флюсы для сварки металлов позволяют сохранять все преимущества автоматической сварки под слоем плавленого флюса (малые потери) металла, высокая производительность, высокое качество сварных соединений), но в то же время позволяют легировать и раскислять металл сварочной ванны в очень широких пределах. Керамические флюсы представляют собой порошки различных компонентов, образующих шлаковую фазу, изолирующую металл от окисления, н ферросплавы или свободные металлы для раскисления и легирования. Все эти порошковые материалы замешивают на растворе силиката натрия NaaSiOs ( жидкое стекло ) и подвергают грануляции на специальных устройствах. После этого их просушивают, прокаливают для удаления влаги и хранят в герметической таре. Так как в процессе изготовления они не подвергаются нагреву, то все даже активные металлы в них сохранены и при плавлении флюса они переходят в металл шва, раскисляя его и легируя до нужного состав а. [c.373]

Особенности металлургических процессов при сварке под керамическим флюсом. Керамические или неплавленые флюсы, сохраняя все преимущества сварки под слоем плавленого флюса (высокая производительность процесса, малые потери металла), дают возможность тщательно раскислить металл шва, легировать его в широких пределах различными элементами, а также осуществить сварку по кромкам, покрытым ржавчиной. Состав керамических флюсов в значительной степени повторяет состав электродных покрытий, что обусловливает характер металлургических процессов, аналогичный процессам при дуговой сварке толстопокрытыми электродами (см. 15.2). [c.349]

Особенности металлургических процессов при сварке толстопокрытыми электродами. В общем виде схему процесса сварки толстопокрытым электродом можно представить следующим образом (рис. 15.11). Под действием высокой температуры дугового разряда плавятся электрод и кромки основного металла, образуя сварочную ванну. При плавлении конца электрода, как видно из схемы, нагреваеТ ся и плавится внутренний слой покрытия, которое у конца электрода принимает вид втулки. Шлак тонким слоем покрывает расплавленный металл конца электрода и капли. Несмотря на то, что капли электродного металла находятся в дуговом промежутке весьма малое время, необходимо учитывать результат и.х взаимодействия с газовой атмосферой дуги, состоящей из продуктов, выделяющихся при плавлении обмазки, — СОз, СО, Н2О, Нг. Пройдя дуговой промежуток, капли растворяются в сварочной ванне. При этом шлак всплывает на поверхность металла, вытесняется давлением дуги в стороны и, соприкасаясь с xoлoд ным металлом, застывает. [c.358]

Металлургические процессы при дуговой сварке протекают совершенно в других условиях, чем при производстве стали. Это объясняется прежде всего небольшим объемом расплавленного металла, называемого сварочной ванной, и быстрым его затвердением. При ручной дуговой сварке объем расплавленного металла не превышает 8 см (длина сварочной ванны 20—30 мм, ширина 8—12 мм, глубина 2—3 мм), а время затвердевания — несколько секунд. Между тем при производстве стали объем расплавленного металла измеряется десятками и сотнями тонн, а время плавления и затвердевания— часами, хотя температура расплавленного металла ниже, чем в сварочной щанне. В результате быстрого затвердевания металла сварочной ванны химические реакции, протекающие в расплавленном металле, [c.14]

Железо с кислородом образует три соединения (окисла), имеющих весьма важное значение в металлургических процессах, происходящих при сварке плавлением закись железа РеО, содержащую 22,27% О2, закись-окись железа Рез04, содержащую 21,Ы% О2, окись железа РвгОз, содержащую 30,06% О2. [c.50]

Цугун представляет собой железо-углеродпстьп» сплав, который может свариваться при определенном металлургическом процессе расплавления. При сварке плавлением образуется три зоны, различные по структуре (рис. 69) зона шва / (I участок кристаллизации присадочного расплавленного металла без диффузионного перемешивания, — уча- [c.107]

Аустенитные стали и сплавы обычно содержат небольшое коли- чество серы (в 4—5 раз меньше, чем углеродистые стали), кисло- I рода и т. д. Поэтому сварку плавлением этих сталей и сплавов I можно рассматривать, как пассивный металлургический процесс. Важно только создать такие условия, при которых было бы обеспечено полное усвоение сварочной ванной легирующих эле-/ ментов, содержащихся в основном и присадочном металлах7 Иными словами, важно не допустить взаимодействия жидкого металла с окружающей атмосферой. Следовательно, главное внимание нужно уделять изоляции плавильного пространства от окружающей атмосферы. Эта точка зрения в ряде случаев, в частности применительно тонколистовым изделиям из аустенитны / сталей и сплавов, может быть признана правильной. [c.59]

Особенности металлургических процессов при сварке

СВАРКА И РЕЗКА МЕТАЛЛОВ

Процессы расплавления и затвердевания металла, сопровождающиеся изменением его химического состава и кристаллического строения, называются металлургическими.

Сварка также является металлургическим процессом, но отличается от других подобных процессов следующими особенностями: а) происходит при высокой температуре нагрева; б) протекает с большой скоростью; в) характеризуется очень малыми объемами нагретого и расплавленного металла; г) при сварке имеет место быстрый отвод тепла от расплавленного металла сварочной ванны в прилегающие к ней зоны твердого основного металла; д) на расплавленный металл в зоне сварки интенсивно воздействуют окружающие его газы и шлаки; е) в ряде случаев для образования металла шва используется присадочный металл, химический состав которого может значительно отличаться от состава основного металла.

Высокая температура нагрева при сварке значительно ускоряет процессы плавления электродного металла, основного металла, электродного покрытия и флюса. При этом имеет место значительное испарение, разбрызгивание и окисление веществ, участвующих в химических реакциях в зоне сварки.

Молекулы ряда элементов, таких, как кислород, азот, водород, при высоких температурах дуги частично распадаются на атомы (диссоциируют). В атомарном состоянии эти элементы обладают более высокой химической активностью, чем в молекулярном. Вследствие этого окисление элементов, насыщение металла азотом и поглощение водорода в процессе сварки протекает более интенсивно, чем при обычных металлургических процессах.

Малые объемы расплавленного металла в сварочной ванне и интенсивный отвод тепла в окружающий металл, обусловливают кратковременность протекающих химических реакций при

высоких температурах процесса, поэтому не всегда эти реакции могут полностью завершаться. С другой стороны, сильно ускоряются процессы затвердевания и кристаллизации металла шва, что существенно отражается на строении (структуре) твердого металла шва, получаемого после сварки, а также околошовной зоны основного металла.

Химический состав, структура и плотность металла шва зависят от состава основного и присадочного металла, характера и состава газов, окружающих жидкий металл, режима сварки и прочих факторов.

Указанные особенности металлургических процессов при сварке затрудняют получение сварных швов высокого качества, особенно для металлов, чувствительных к быстрому нагреву и охлаждению, легко окисляющихся, склонных к образованию пористости, закалочных структур, трещин и других дефектов. Для сварки конструкций из таких металлов приходится применять специальную технологию и режимы, особые присадочные металлы, электроды, электродные покрытия, флюсы, в ряде случаев использовать предварительный и сопутствующий подогрев, а также последующую термическую обработку швов и в некоторых случаях — целых изделий.

Критерии выбора сварочных аппаратов

Есть несколько факторов, анализировать которые при выборе сварочного аппарата нужно обязательно в магазине сварочного оборудования. Следует учесть рабочий диапазон температур, а также мощность. Рекомендуется учесть возможность смены полярности, и показатель …

Почему лазерная резка металла так востребована?

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

Электродуговая сварка для чайников

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? …

Металлургические процессы при сварке — Энциклопедия по машиностроению XXL

Закономерности формирования химического состава металла шва изложены в разд. III Физико-химические и металлургические процессы при сварке . Материал первых двух разделов дает описание тех физических и температурных условий, которые создаются над поверхностью металла и в самом металле в процессе сварки. В этом плане материал первых двух разделов представляет собой как бы описание того физического фона, от которого зависит протекание реакций, переход различных легирующих элементов в металл шва или их удаление и окисление. Вопросы защиты металла шва и массообмена на границе металл— шлак и металл — газ — центральные в разд. III. Эти процессы предопределяют химический состав металла шва, а следовательно, во многом и его механические свойства. Однако формирование свойств сварного шва, а тем более сварного соединения, определяется не только химическим составом металла. Характер кристаллизации шва во многом влияет на его свойства. Свойства околошовной зоны и в определенной мере металла шва существенно зависят от температурного и термомеханического циклов, которые сопровождают процесс сварки. Для многих легированных сталей и сплавов эта фаза формирования сварного соединения предопределяет их механические свойства. Процесс сварки может создавать в металле такие скорости нагрева и охлаждения металла вследствие передачи теплоты по механизму теплопроводности, которые часто невозможно организовать при термической обработке путем поверхностной теплопередачи. Образование сварного соединения сопровождается пластическими деформациями металла и возникновением собственных напряжений, которые также влияют на свойства соединений. Эти вопросы рассматриваются в IV, заключительном разделе учебника — Термодеформационные процессы и превращения в металлах при сварке . [c.6]
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ СВАРКЕ [c.250]

В металлургических процессах при сварке нежелательные примеси (оксиды, сульфиды и фосфиды) извлекаются с помощью шлаковых фаз, растворимость в которых для этих соединений гораздо выше, чем в жидких металлах. Полнота извлечения зависит от свойств шлака, его относительного объема и коэффициента распределения (см. гл. 9). [c.286]

Водорода, как правило, по возможности избегают в металлургических процессах при сварке металлов, так как, растворяясь в металлах при температурах сварки, он может привести к возникновению дефектов сварного соединения (поры, трещины) в процессе кристаллизации. Кроме того, растворяясь в твердом металле, водород резко снижает его пластичность (водородная хрупкость). Однако в некоторых процессах сварки (атомно-водородная, сварка в перегретом паре и газопламенная сварка) используется восстановительная способность водорода. [c.342]

Металлургические процессы при сварке сталей в струе СО2. В п. 9.5 мы ознакомились с системой С—О, а в п. 9.3 — с возможными реакциями между железом, СО2 и СО теперь необходимо рассмотреть развитие этих процессов в условиях сварки сталей в струе СО2. [c.380]

Металлургические процессы при сварке в инертных газах. [c.386]

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ СВАРКЕ ПОКРЫТЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ [c.389]

Рассмотрим металлургические процессы при сварке электродами различных групп. [c.394]

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. [c.396]

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ СВАРКЕ ПЛАВЛЕНИЕМ [c.17]

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ СВАРКЕ [c.14]

Особенности металлургических процессов при сварке являются весьма высокие температуры и кратковременность всех процессов. [c.253]

ОСНОВНЫЕ виды СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ и МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ СВАРКЕ [c.187]

Комбинированные плазмотроны. В таких плазмотронах совместно используются дуги постоянного и переменного токов. Они в последнее время получают все более широкое применение, особенно в металлургических процессах, при сварке, наплавке и т. п. Использование дуги постоянного тока как наиболее устойчивого электрического разряда позволяет создать плазмотроны с большим диапазоном изменения по току и расходу газа, а также в большинстве случаев упростить конструкцию и снизить требования к электродам. Кроме того, создаются возможности достаточно просто получить объемный поток плазмы. [c.99]

Особенности металлургических процессов при сварке под флюсом. Оболочка расплавленного флюса, окружающего зону сварки, высокая концентрация тепловой энергии и равномерное перемещение дуги вдоль свариваемых кромок обусловливают следующие особенности металлургических процессов при сварке под флюсом, отличающие ее от сварки открытой дугой покрытыми электродами [c.50]

Особенности металлургических процессов при сварке в углекислом газе. Особенностью сварки в углекислом газе является сравнительно сильное выгорание элементов, обладающих большим химическим сродством к кислороду (А1, Т1, N. g, Мп, 51, С и др.). Выгорание происходит за счет окисляющего действия как углекислого газа, так и атомарного кислорода, который образуется в ре- [c.57]

Особенности металлургических процессов при сварке стали плавлением [c.112]

Металлургические процессы при сварке под флюсом отличаются от металлургических проца сов при сварке открытой дугой покрытыми электродами следующими особенностями [c.36]

Металлургические процессы при сварке электродами с покрытиями первой группы [c.119]

ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ СВАРКЕ [c.210]

Наибольшее значение для металлургических процессов при сварке имеет область L, соответствующая сварочной ванне, поглощающей кислород. Она отделена от остальной сисемы линией, уравнение которой (9.17) приведено выше. [c.322]

Влиянне параметров режима сварки на развитие металлургических процессов при сварке под флюсом. Главными параметрами режима сварки являются напряжение на дуговом промежутке (7д, связанное с длиной дуги, сила тока /д и скорость сварки U Вместе они определяют энерговложение при сварке или значение погонной энергии. [c.374]

Ра витие Bapo.HOit техники в пэслевоеннjfn период. После окончания войны начался новый этан развития сварочной техники, которое шло но трем основным направлениям 1) дальнейшее усиление механизации и автоматизации сварочных процессов, приведшее в конце 50-х годов к комплексной механизации и автоматизации многих процессов сборки и сварки 2) изыскание новых источников тепла и способов нагрева металлов в процессе сварки 3) усиление изучения и совершенствования металлургических процессов при сварке. [c.123]

Металлургические процессы при сварке по сравненшо с металлургическими процессами при выплавке металлов отличаются нагревом металла сосредоточенным источником малым объемом ванны расплавленного металла вы- [c.89]

Металлургические процессы при сварке электродами первой группы рассматриваются на примере электродов ЦМ-7. Состав покрытия этих электродов 33% гематита 32% гранита 30% ферромарганца (Мн-1 или Мн-2) 5% крахмала (или целлюлозы). В замес вводится до 25—30% жидкого стекла. Коэффициен веса покрытия находится в пределах 38—42%. Электродный стержень иаго-совляется из ироволоки марок Св-08А и Св-08 (ГОСТ 2246-ЬО). [c.119]

Металлургические процессы при сварке электродами с покрытием второй группы рассматриваются на примере электродов ЦУ-1. Состап ггот.рытпя этих электродов 47% мрамора, 25″о плавикового шпата 8% каолина 8% ферромарганца (МН-1) 7% ферросилиция 1% алюминия 4% двуокиси титана. В замес вводится до 35% жидкого стекла. Коэффициент веса покрытия находится в пределах 28—32%. Электродные стержни изготовляются из проволок марок Св-08.4 илп Св-08 (ГОСТ 224(1-60). [c.124]

8.2 СВАРКА ПЛАВЛЕНИЕМ. Виды сварочных процессов. Кислородно-газовая сварка

1 Валерий Марино, Технология производства Сварка плавлением Сварка плавлением Типы сварочных процессов Сварка — это процесс соединения материалов для постоянного соединения двух (или более) частей, который вызывает плавление и последующее затвердевание материала из двух частей, таким образом образуя прочное соединение между их.Сборка деталей называется сварной конструкцией. В зависимости от состояния основного материала во время процесса сварки существует две группы сварочных процессов: сварка в жидком состоянии (сварка плавлением) и сварка в твердом состоянии. Сварка плавлением — гораздо более важная категория. При сварке плавлением основным материалом является плавление. Наиболее важные процессы в этой группе подразделяются на следующие категории: Сварка кислородным газом: кислородно-топливный газ создает пламя для плавления основного материала; Дуговая сварка: нагрев и плавление материала осуществляется электрической дугой; Сварка сопротивлением: источником тепла является электрическое сопротивление на границе раздела двух частей, удерживаемых вместе под давлением.При твердотельной сварке две части соединяются вместе под давлением или в сочетании давления и тепла. При нагреве температура контакта ниже точки плавления основного металла. Из этой группы наиболее популярны два процесса сварки. Диффузионная сварка: части соединяются посредством диффузии в твердом теле; Сварка трением: слияние достигается за счет теплоты трения между двумя частями; Большинство процессов сварки плавлением и сварки в твердом состоянии обсуждаются в данном разделе.Сварка кислородным газом Сварка кислородным газом — это термин, используемый для описания группы операций плавления, при которых сжигается жидкое топливо, смешанное с кислородом, для выполнения сварки или резки и разделения металлических пластин и других деталей. Наиболее важным процессом газовой кислородно-газовой сварки является кислородно-ацетиленовая сварка. Кислородно-ацетиленовая сварка (OAW) — это процесс сварки плавлением, осуществляемый высокотемпературным пламенем в результате сгорания ацетилена и кислорода. Пламя направляется сварочной горелкой, а присадочный металл в виде стержня добавляется, если процесс применяется для сварки.Состав наполнителя должен быть аналогичен составу основного металла. На рисунке схематически изображена типичная операция кислородно-ацетиленовой сварки. Операция газовой сварки кислородом.

2 154 Сварка плавлением Валерий Марино, производственные технологии Для кислородно-ацетиленовой сварки используется относительно дешевое и портативное оборудование. Таким образом, это экономичный и долговечный процесс, который хорошо подходит для небольших производственных и ремонтных работ.Он редко используется при сварке листов и листов толщиной более 6 мм из-за преимуществ дуговой сварки в таких случаях. Хотя OAW можно механизировать, оно обычно выполняется вручную и, следовательно, зависит от навыков сварщика для получения высококачественного сварного соединения. Дуговая сварка плавящимися электродами Дуговая сварка (AW) — это процесс сварки плавлением, в котором слияние металлов достигается за счет тепла от электрической дуги между электродом и изделием. Типовой процесс AW показан на рисунке: Базовая конфигурация операции дуговой сварки.Электрическая дуга — это разряд электрического тока через разрыв в цепи. Чтобы инициировать дугу в процессе AW, электрод вводят в контакт с изделием, а затем быстро отделяют от него на короткое расстояние. Электрическая энергия дуги, образованной таким образом, обеспечивает температуру 5000 o C или выше, достаточно горячую, чтобы расплавить любой металл. Рядом с кончиком электрода образуется ванна расплавленного металла, состоящая из основного металла (ов) и присадочного металла (если он используется). В большинстве процессов дуговой сварки присадочный металл добавляется во время операции для увеличения объема и прочности сварного соединения.Когда электрод перемещается по стыку, расплавленная сварочная ванна затвердевает. Момент электрода по отношению к работе осуществляется сварщиком-человеком (ручная сварка) или механическими средствами (машинная сварка, автоматическая сварка или роботизированная сварка). При ручной дуговой сварке качество сварного шва очень зависит от навыков и опыта сварщика. Качество сварки намного лучше при машинной, автоматической и роботизированной сварке. Электроды в процессе AW классифицируются как расходные материалы, которые непрерывно плавятся в процессе дуговой сварки, обеспечивая таким образом необходимый присадочный материал, и неплавящиеся, которые сопротивляются плавлению под действием дуги.Наполнитель поставляется отдельно. Такая же классификация применяется к процессам дуговой сварки; Некоторые из наиболее важных процессов на основе расходуемых электродов обсуждаются в этом разделе, а процессы, в которых используются неплавящиеся электроды, включены в следующий раздел. Дуговая сварка экранированного металла Дуговая сварка экранированного металла (SMAW) — это процесс дуговой сварки, в котором используется расходный электрод, состоящий из стержня присадочного металла, покрытого химическими веществами, которые образуют флюс и экранирование.Процесс показан на рисунке:

3 Валерий Марино, производственная технология сварки плавлением 155 Дуговая сварка защищенным металлом. Сварочный стержень с покрытием (SMAW иногда называют сваркой стержнем) обычно имеет длину от 200 до 450 мм и диаметр от 1,5 до 9,5 мм. Тепло процесса сварки плавит покрытие, создавая защитную атмосферу и шлак для сварки.Во время работы неизолированный конец сварочного стержня зажимается в электрододержателе, подключенном к источнику питания. Держатель имеет изолированную ручку, так что сварщик может держать его и манипулировать им. Токи, обычно используемые при SMAW, находятся в диапазоне от 30 до 300 А при напряжениях от I5 до 45 В в зависимости от свариваемых металлов, типа и длины электрода, а также глубины проплавления шва. Дуговая сварка защищенным металлом обычно выполняется вручную. Общие приложения включают строительство, трубопроводы, машиностроение, судостроение, производственные цеха и ремонтные работы.Для более толстых секций, до 5 мм, предпочтительнее использовать кислородную сварку из-за более высокой удельной мощности. Это портативное и дешевое оборудование делает SMAW очень долговечным и, вероятно, наиболее широко используемым из сварочных процессов AW. К основным металлам относятся стали, нержавеющие стали, чугуны и некоторые цветные сплавы. Дуговая сварка под флюсом Дуговая сварка под флюсом (SAW) — это процесс дуговой сварки, в котором используется непрерывный плавящийся неизолированный проволочный электрод. Экранирование дуги обеспечивается за счет гранулированного флюса.Электродная проволока автоматически подается из катушки в дугу. Флюс вводится в шов немного впереди сварочной дуги самотеком из бункера, как показано на рисунке. Сварка под флюсом. Покрытие из гранулированного флюса полностью поглощает процесс дуговой сварки, предотвращая появление искр, брызг и излучения, которые так опасны при других процессах дуговой сварки. Часть флюса, ближайшая к дуге, расплавляется, смешиваясь с расплавленным металлом сварного шва для удаления примесей, а затем затвердевает на поверхности сварного шва с образованием стеклоподобного шлака.Гранулы шлака и наплавленного флюса сверху обеспечивают хорошую защиту от атмосферы и хорошую теплоизоляцию зоны сварного шва. Это приводит к относительно медленному охлаждению и качественному сварному шву. Проплавленный флюс, оставшийся после сварки, можно восстановить и использовать повторно. Твердый шлак, покрывающий сварной шов, обычно необходимо удалить вручную. Этот процесс широко используется для автоматической сварки профилей, продольных и кольцевых швов труб большого диаметра, резервуаров и сосудов высокого давления.Из-за высокой плотности гранулированного флюса детали всегда должны располагаться горизонтально.

4 156 Сварка плавлением Валерий Марино, производственная технология Газовая дуговая сварка металлов Газовая дуговая сварка металлов (GMAW) — это процесс дуговой сварки, в котором электродом является расходуемая неизолированная металлическая проволока, а защита достигается за счет заливки дуги газом. Оголенная проволока подается непрерывно и автоматически с катушки через сварочный пистолет, как показано на рисунке.Газовая дуговая сварка металла. В GMAW используются проволоки диаметром от 1 до 6 мм, размер которых зависит от толщины соединяемых петель. Газы, используемые для защиты, включают инертные газы, такие как аргон и гелий, и активные газы, такие как двуокись углерода. Выбор газов зависит в основном от свариваемого металла. Инертные газы используются для сварки алюминиевых сплавов и нержавеющей стали, и в этом случае процесс часто называют сваркой MIG / MAG (для сварки металл-инертный газ / металл-аргон).При сварке стали используется диоксид углерода (CO 2), который обходится дешевле, чем инертные газы. Следовательно, применяется термин сварка CO 2. Дуговая сварка неплавящимся электродом В процессе дуговой сварки Seeral используются неплавящиеся электроды. Газовая дуговая сварка. Газовая вольфрамовая дуговая сварка Газовая вольфрамовая дуговая сварка (GTAW) — это процесс дуговой сварки, в котором используется неплавящийся вольфрамовый электрод и инертный газ для защиты от дуги. Обычно используемые защитные газы включают аргон, гелий или смесь этих газов.Процесс GTAW может осуществляться с присадочным металлом или без него. Рисунок иллюстрирует последний случай. Когда тонкие листы свариваются с жесткими допусками, присадочный металл обычно не добавляется. Когда используется присадочный металл, его добавляют в сварочную ванну из отдельного прутка или проволоки. Термин TIG-сварка (сварка вольфрамовым электродом в среде защитного газа) часто применяется к этому процессу. GTAW применима практически ко всем металлам в широком диапазоне толщины материала. Его также можно использовать для соединения различных комбинаций разнородных металлов.Чаще всего он применяется для алюминия и нержавеющей стали. Процесс может выполняться вручную или машинно-автоматизированным способом для всех типов соединений. Преимущества GTAW в тех областях применения, для которых она подходит, включают в себя высококачественные сварные швы, отсутствие брызг при сварке, поскольку присадочный металл не переносится через дугу, и небольшую очистку после сварки или ее отсутствие, поскольку не используется флюс.

5 Валерий Марино, производственная технология сварки плавлением 157 Плазменно-дуговая сварка Плазменно-дуговая сварка (PAW) — это особый вид дуговой сварки газом вольфрамовым электродом, при которой плазменная дуга направляется в зону сварки.Вольфрамовый электрод находится в специально разработанном сопле, которое фокусирует высокоскоростной поток инертного газа (например, аргона или смеси аргона с водородом и гелия) в область дуги для создания высокоскоростной плазменной струи небольшого размера. диаметр и очень высокая плотность энергии, как на рисунке: операция газовой дуговой сварки металла. Температуры при плазменно-дуговой сварке достигают 30 000 o C или выше, достаточно горячей, чтобы расплавить любой известный металл. Плазменно-дуговая сварка используется в качестве замены GTAW в таких областях применения, как автомобильные узлы, металлические шкафы, дверные и оконные рамы, а также бытовая техника.С помощью этого процесса можно сваривать практически любой металл, включая вольфрам. Качество сварного шва при дуговой сварке Быстрый нагрев и охлаждение в локальных областях работы во время сварки плавлением, особенно дуговой сварки, приводит к тепловому расширению и сжатию, которые вызывают поперечные и продольные остаточные напряжения в сварном изделии. Эти напряжения могут вызвать деформацию сварного узла: (слева) профиль поперечных и продольных остаточных напряжений; и (справа) вероятная деформация сварной сборки.Сварка начинается с одного конца и переходит к противоположному концу сварного соединения. По мере продвижения расплавленный металл быстро затвердевает за дугой. Части изделия, непосредственно прилегающие к сварному шву, становятся очень горячими и расширяются, в то время как части, удаленные от сварного шва, остаются относительно холодными. Это приводит к дополнительной усадке по ширине сварной детали, как показано на рисунке. Остаточные напряжения и усадка также возникают по длине сварного шва.

6 158 Сварка плавлением Валерий Марино, производственная технология Для минимизации деформации сварного изделия можно использовать различные методы.Некоторые из этих методов включают следующее: сварочные приспособления, которые физически ограничивают подвижность деталей во время сварки; Сварка прихваточными швами в нескольких точках вдоль стыка для создания жесткой конструкции перед непрерывной сваркой; Предварительный нагрев деталей основания, что снижает степень термических напряжений, испытываемых деталями; Термообработка сварного узла для снятия напряжений. Помимо остаточных напряжений и деформации в окончательной сборке, при сварке также могут возникать другие дефекты. Трещины: разрывы по типу трещин либо в сварном шве, либо в основном металле рядом со сварным швом.Этот тип, возможно, является наиболее серьезным сварочным дефектом, поскольку он представляет собой нарушение сплошности металла, вызывающее значительное снижение прочности сварного соединения. Как правило, этот дефект можно и нужно исправить. Caities: К ним относятся пористые и усадочные масла. Пористость состоит из небольших отложений в металле шва, образованных газами, захваченными во время затвердевания. Пористость обычно возникает в результате включения атмосферных газов или загрязняющих веществ на поверхности. Усадочные масла — это образования, образованные в результате усадки во время затвердевания.Твердые включения: твердые включения — это любые неметаллические твердые материалы, захваченные металлом сварного шва. Самая распространенная форма — это включения шлака, образующиеся в процессе сварки с использованием флюса. Неполное сращение: срастание не происходит по всему поперечному сечению сустава. Сварка сопротивлением Сварка сопротивлением (RW) — это группа процессов сварки плавлением, в которых используется сочетание тепла и давления для достижения коалесценции. Требуемое тепло создается за счет электрического сопротивления току на границе раздела двух свариваемых деталей.Процессы контактной сварки, имеющие наибольшее коммерческое значение, — это точечная и шовная сварка. Контактная точечная сварка Контактная точечная сварка (RSW) — это процесс контактной сварки, при котором сплавление основного металла достигается в одном месте с помощью противоположных электродов. Цикл в операции точечной сварки состоит из шагов, изображенных на рисунке: Шаги в цикле точечной сварки: (1) детали вставляются между открытыми электродами, (2) электроды замыкаются и прикладывается сила, (3) время сварки (ток равен переключается), (4) ток отключается, но сила сохраняется, и (5) электроды открываются, и сварная сборка снимается.

7 Валерий Марино, производственная технология сварки плавлением 159 Точечная контактная сварка широко используется в массовом производстве автомобилей, бытовой техники, металлической мебели и других изделий из листового металла толщиной 3 мм и менее. Из-за его широкого промышленного использования доступны различные машины и методы для выполнения точечной сварки. В состав оборудования входят коромысла и машины для точечной сварки прессового типа для более крупных работ.Для больших и тяжелых работ доступны портативные пистолеты для точечной сварки различных размеров и конфигураций. Они широко используются на заводах окончательной сборки автомобилей для точечной сварки кузовов автомобилей из листового металла. Некоторые из этих орудий используют рабочие-люди, но промышленные роботы стали предпочтительной технологией. Сварка контактным швом При сварке контактным швом (RSEW) электроды представляют собой два вращающихся колеса, как показано на рисунке: Операция газовой дуговой сварки. В процессе сварки выполняется серия точечных швов внахлест вдоль стыка внахлест.Этот процесс позволяет создавать герметичные соединения, а его промышленное применение включает производство бензобаков, автомобильных глушителей и множества других контейнеров из листового металла. Расстояние между сварными швами при сварке контактным швом зависит от движения электродных колес по отношению к приложению сварочного тока. В обычном методе работы, называемом сваркой в непрерывном движении, колесо вращается непрерывно с постоянной скоростью, и ток включается с интервалами времени, соответствующими желаемому расстоянию между точечными сварными швами вдоль шва, так что образуются перекрывающиеся точки сварки.Но если частота переключения тока значительно уменьшится, между точками сварки будет промежуток, и этот метод называется точечной сваркой вальцовой сваркой. В другом варианте сварочный ток остается постоянным, так что получается действительно непрерывный сварной шов. Эти варианты изображены на рисунке: различные типы шовной сварки, (слева направо) произвольная шовная сварка, точечная сварка на роликах, непрерывная контактная сварка швом. Поскольку операция обычно выполняется непрерывно, а не дискретно, швы должны проходить по прямой или равномерно затвердевшей линии.Следует избегать острых углов и подобных дефектов.

Сварка плавлением и сварка твердым телом

Презентация на тему: «Сварка плавлением и сварка твердым телом» — стенограмма презентации:

1 Сварка плавлением и сварка твердым телом
Группа 6: Кристофер Чавес Стив Де Ла Торре Дэвид Джо Мэтью Витковски 23 ноября 2005 г. ME260L

2 Темы: Общая безопасность Общая сварка Дуговая сварка кислородно-топливной сваркой
Процессы сварки в твердом состоянии Электронно-лучевая сварка (ЭЛС) Газокислородная резка Дуговая резка Сопротивление сварке

3 Общая безопасность при сварке:
Ежегодно происходит около 500 тыс. Сварочных происшествий. Управление по охране труда и здоровья (OSHA) Стандартные сварка, резка и пайка Установка оборудования Контроль окружающей среды Пределы воздействия (пары, пары и время) Эксплуатация и техническое обслуживание Общие аварии Вспышка и Опасность ожога сетчатки паром Поражение электрическим током Пожары или несчастные случаи с воспламенением

4 Общие правила техники безопасности при сварке:
Средства индивидуальной защиты (СИЗ) Сварщик правильно заземлен Надлежащая вентиляция Работа в пожаробезопасной зоне Аптечка первой помощи

Металлургические процессы при сварке плавлением: Металлургические процессы при сварке плавлением — Студопедия

Металлургические процессы при сварке плавлением — Студопедия

Лекция № 24 Металлургические процессы при сварке плавлением

Похожие статьи:

ФОРМИРОВАНИЕ МЕТАЛЛА ШВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ОСНОВНЫХ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ СВАРКЕ ПЛАВЛЕНИЕМ

Металлургические процессы при сварке плавлением

из «Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением »

Металлургические процессы при сварке плавлением

Особенности металлургических процессов при сварке

Критерии выбора сварочных аппаратов

Почему лазерная резка металла так востребована?

Электродуговая сварка для чайников

Металлургические процессы при сварке — Энциклопедия по машиностроению XXL

8.2 СВАРКА ПЛАВЛЕНИЕМ. Виды сварочных процессов. Кислородно-газовая сварка

Сварка плавлением и сварка твердым телом

Презентация на тему: «Сварка плавлением и сварка твердым телом» — стенограмма презентации:

Добавить комментарий Отменить ответ