Способы раскисления металла шва: Раскисление металла при сварке | Теория сварочных процессов — НПФ Техсервис — Техническое оборудование общепромышленного и нефтепромыслового назначения

Содержание

Раскисление металла при сварке | Теория сварочных процессов

Раскисление металла при сварке

Раскисление металла при сварке – это процесс удаления из него кислорода любыми путями.

Необходимость раскисления объясняется неизбежностью некоторого окисления металла газовой или шлаковой фазами и сваркой недостаточно раскисленных сталей (кипящих или полуспокойных). Так, при сварке углеродистых кипящих сталей проволокой марок Св-08, Св-08А или Св-08АА даже в аргоне в хвостовой части сварочной ванны будет протекать реакция восстановления железа углеродом:

[C] + [FeO] = [Fe] + CO . (4.27)

Нерастворимая в жидком металле окись углерода может не успеть выделиться из кристаллизующегося металла сварочной ванны. Образуются поры – газовые включения. Чтобы не допустить выгорания углерода в металле сварочной ванны надо иметь не менее 0,15 % кремния и 0,75 % марганца.

Раскисление металла может идти двумя путями – химическим (осаждающее раскисление) и физическим (диффузионное раскисление).

При химическом раскислении реакция протекает по следующей схеме:

[FeO] + [Pa] = (PaO) + [Fe]. (4.28)

Продукты раскисления (PaO) нерастворимы в металле (как бы выпадают в осадок, поэтому и называют осаждающим раскислением), а растворимы в шлаке.

Элементы-раскислители должны иметь сродство к кислороду больше, чем раскисляемый элемент. Окисел раскислителя должен быть конденсированным, нерастворимым в металле, а растворимым в шлаке. Температура плавления окисла должна быть ниже температуры плавления раскисляемого металла, а удельный вес меньше удельного веса металла.

Обычно для химического раскисления применяют не менее двух раскислителей. Это объясняется следующим:

– ни один раскислитель не может полностью удалить кислород, так как реакция всегда идет до равновесного состояния;

– при наличии двух раскислителей в передней части сварочной ванны действует более сильный раскислитель, в хвостовой – менее сильный. При наличии только одного раскислителя по мере его сгорания в хвостовой части сварочной ванны усиливается реакция выгорания углерода, что может привести к пористости металла шва;

– применяемые раскислители должны образовавать разные по своему характеру оксиды (кислотные и основные или основные и амфотерные), чтобы взаимодействуя между собой, они образовывали комплексные соединения, легко растворимые в шлаке. В этом случае удается вывести в шлаковую фазу большую часть эндогенных продуктов реакции раскисления.

Для химического раскисления сталей углерод обычно не используют, так как углерод:

– приводит к пористости металла шва;

– способствует образованию как холодных, так и горячих трещин при содержании в сталях более 0,2 %;

– увеличивает радиационную хрупкость металла;

– увеличивает склонность нержавеющих сталей к межкристаллитной коррозии;

– при увеличении своего содержания в сталях на 0,1 % повышает порог хладноломкости на 20

0С;

– способствует крупнокапельному переносу электродного металла.

Поэтому обычно при сварке сталей содержание углерода в сварочной проволоке не превышает 0,12 %.

Для раскисления сталей чаще всего применяют кремний и марганец. Например, для сварки низкоуглеродистых сталей используют сварочные проволоки Св-08ГА, Св-10ГА, Св-10Г2, Св-10ГС, Св-12ГС.

Вводить Si и Mn в сварочную ванну можно из электродного покрытия или керамического флюса, где данные элементы содержатся в виде ферросплавов – Fe-Mn, Fe-Si. В составе керамического (неплавленного) флюса содержание металлических добавок ограничивают до 20 % во избежание перехода дугового процесса в электрошлаковый.

Введение Si и Mn в сварочную ванну в небольших количествах (до 1%) возможно за счет восстановительных процессов. Для перехода из флюса кремния в сварочную ванну в количестве (0,1 ¸ 0,2) % необходимо иметь во флюсе двуокиси кремния не менее (40 ¸ 45) %. Для перехода марганца из флюса в сварочную ванну в количестве (0,3 ¸ 0,4) % надо иметь во флюсе закиси марганца не менее (35 ¸ 38) %.

При использовании бескремнистого флюса, содержащего двуокись титана TiO₂ = (10 ¸ 20) %, возможен переход титана в сварочную ванну в количестве (0,02 ¸ 0,10) %.

Диффузионное (физическое) раскисление основано на образовании комплексных оксидов на поверхности раздела фаз шлак-металл. Образовавшиеся комплексные соединения переходят в шлаковую фазу. Для удаления FeO из сталей необходимо иметь в шлаке свободные кислотные оксиды – SiO₂ или TiO₂. Реакция протекает следующим образом:

[FeO] + (SiO₂) ® (FeO×SiO₂). (4.29)

Диффузионное раскисление протекает медленно. С увеличением содержания в шлаке SiO₂ шлак становится густым, длинным, малоподвижным. Для увеличения его химической активности повышают содержание в нем CaF₂ или заменяют часть SiO₂

на TiO₂. По своему характеру SiO₂ и TiO₂ сильные кислотные оксиды, но если SiO₂ увеличивает вязкость шлака, то TiO₂ ее уменьшает. Кроме того, замена SiO₂ на TiO₂ улучшает сварочно-гигиенические условия труда, так как образующийся при изготовлении флюса и в процессе сварки SiF₄ существует в газообразном состоянии до температуры –95 ⁰С, а ТiF₄– только до +290 ⁰С. Следовательно, в зоне дыхания сварщика ТiF₄ будет отсутствовать.

Для повышения химической активности шлака его еще могут раскислять, например, следующим образом:

(FeO×SiO₂) + (Mn) ® (MnO×SiO₂) + [Fe]. (4.30)

Диффузионное раскисление в процессе сварки не играет большой роли, оно сопровождает химическое раскисление, способствуя большему удалению продуктов раскисления из сварочной ванны.

Раскисление цветных металлов осуществляется как и сталей химическим и диффузионным путем.

При сварке медных сплавов в принципе можно использовать те же раскислители, что и при сварке сталей, так как сродство меди к кислороду меньше, чем у железа. Но коэффициент теплопроводности меди почти в 10 раз больше, чем у низкоуглеродистых сталей. Поэтому скорость охлаждения больше, а время существования сварочной ванны соответственно меньше. Следовательно, для лучшего раскисления надо применять более сильные раскислители.

Диффузионное раскисление осуществляется за счет использования во флюсах борной кислоты Н₃ВО₃ или буры Na₂B₄O₇×10H₂O. В этом случае образуются бораты ZnO×B₂O₃, Cu₂O×B₂O₃, MnO×2B₂O₃, удаляемые в шлаковую фазу.

Никелевые сплавы используются главным образом в химической промышленности. Поэтому в металле шва не должно быть шлаковых включений. Никель имеет высокую чувствительность к примесям (прежде всего к углероду и сере) и растворенным газам. Сварка в среде аргона в настоящее время является основным способом сварки никеля и его сплавов. При этом применяют комплексное легирование титаном, алюминием, кремнием, марганцем (£ 1,5 %), магнием (£ 0,1 %) путем использования соответствующей проволоки.

Титан и его сплавы раскисляют только соответствующей проволокой.

Используют комплексное легирование алюминием (до 1%), цирконием (до 1%), рением (Re £ 0,2 %), редкоземельными металлами (иттрием U, гадолинием Gd), гафнием Hf.

Алюминий и его сплавы раскисляют растворением алюминиевой пленки во флюсе. Входящий во флюс криолит – Na₃AlF₆ при температуре 1000 ⁰С (средняя температура сварочной ванны при дуговой сварке алюминия) растворяет до 20 % от своего веса Al₂O₃. Входящие в состав флюсов фтористые и хлористые соли приводят к образованию HCl и HF, которые переводят Al

2O₃ в летучее соединение. Кроме того, при взаимодействии Al₂O₃ с фтористыми солями образуется оксифторид алюминия переменного состава Al_xO_yF_z, легко растворяющийся в шлаке.

Серия статей МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ:

1. Общая характеристика процессов в зоне плавления
2. Шлаковая фаза при сварке плавлением
3. Раскисление металла при сварке
4. Легирование металла шва при сварке плавлением
5. Рафинирование металла шва при сварке плавлением

Окисление и раскисление металла при сварке

ОКИСЛЕНИЕ И РАСКИСЛЕНИЕ МЕТАЛЛА ПРИ СВАРКЕ [c.126]

Раскисление металла при сварке. Применяемые при сварке защитные меры не всегда обеспечивают отсутствие окисления расплавленного металла. Поэтому требуются меры по его раскислению. Раскислением называют процесс восстановления металла из его оксида и перевод кислорода в форму нерастворимых соединений с последующим их удалением в шлак. Окисление и раскисление, в сущности, представляют два противоположных направления одного и того же химического процесса. В общем случае реакция раскисления ста-

[c.64]

Описанная схема окисления и раскисления металла весьма упрощенно отражает процессы, происходящие при сварке в активных газах. При сварке покрытыми электродами и под флюсом реакции взаимодействия металла с защитными шлаками значительно сложнее. При этих способах сварки шлаки содержат различные окислы легирующих элементов, а также некоторые примеси. В результате окислительно-восстановительных реакций легирующие элементы и примеси либо восстанавливаются из флюса и переходят в металл шва, либо, наоборот, окисляются и переходят в шлак. [c.230]

Советские ученые разработали теорию металлургических процессов, вопросы термических воздействий и напряжений при сварке, а также теоретические основы сварочного металловедения и создали теорию сварочных процессов. Эта теория позволила глубоко проанализировать существо вопросов окисления и азотирования в процессе сварки, раскисления наплавленного металла, действия защитных газов, флюсов, сварочных шлаков. Она же определила обоснованный подход к вопросам разработки электродов и их покрытий и обусловила возможность управления этими процессами и регулирования их в нужном направлении в зависимости от конкретных потребностей производственной практики [79].

[c.140]

При газовой сварке металл ванны интенсивно перемешивается с газовым потоком пламени и вступает во взаимодействие с ним, в результате чего происходит окисление (соединение с кислородом), испарение отдельных компонентов (составляющих) металла, раскисление расплавленного металла, насыщение металла углеродом, водородом и др. В основном металл шва окисляется газами пламени горелки или кислородом воздуха. Растворяясь в стали, кислород вступает в соединение с легирующими компонентами, что увеличивает общее содержание кислорода в металле шва. Таким образом, избыточное содержание кислорода (в виде окислов или в чистом виде) приводит к снижению механических свойств сварного соединения. Кроме того, в процессе сварки содержание некоторых элементов (углерода, кремния, марганца и т. д.) в металле шва уменьшается, так как они выгорают. Вследствие этого также происходит — снижение механических свойств наплавленного металла. Процессы окисления и раскисления происходят одновременно и находятся во взаимосвязи. Так, например, восстановление железа из окислов в условиях сварки осуществляется в основном за счет окисления углерода, кремния, и марганца. Возможность протекания этих реакций зависит от температуры и процентного содержания элементов.

[c.90]

Первоначальная высокая раскисленность как основного, так и добавочного (присадочного) металла при сварке высоколегированных аустенитных сталей позволяет обойтись без необходимости обязательного раскисления металла, что требуется при сварке некоторых углеродистых сталей [84]. Однако при этом необходимо по возможности исключать дополнительное окисление л еталла в процессе выполнения сварки. [c.49]

При сварке расплавленный металл активно взаимодействует с окружающей газовой средой и флюсами, нагретыми до высоких температур. Процессы взаимодействия протекают с большими скоростями. Однако в связи с кратковременностью существования расплава и вступлением во взаимодействие все новых порций реагирующих фаз большинство реакций в сварочной ванне полностью не завершаются и состояние равновесия не достигается. Металлургические процессы сопровождаются химическими реакциями, которые приводят к окислению, раскислению, легированию сварочной ванны определенными элементами, растворению и выделению в ней газов и др. [c.25]

При сварке железа и никеля газы средней зоны нормального ацетиленокислородного пламени предотвращают образование оксидов этих металлов, так как они сравнительно хорошо восстанавливаются оксидом углерода СО и водородом Н2. Однако такие металлы, как медь, магний, алюминий и цинк, не восстанавливаются газами пламени. Для их восстановления используют флюсы — вещества, вводимые в сварочную ванну для раскисления расплавленного металла и извлечения из него образующихся оксидов и неметаллических включений. Кроме того, флюсы создают на поверхности ванны пленку шлака и тем самым предохраняют металл от дальнейшего окисления и азотирования. [c.284]

При сварке плавлением происходит окисление наплавленного металла и выгорание его составных элементов, легирование наплавленного металла и его раскисление, диффузия между наплавленным и основным металлом, выравнивание их состава и поглощение наплавленным металлом различных газов (азота и др.). [c.340]

Для улучшения качества сварного соединения при газовой сварке часто применяют флюсы, вводимые в сварочную ванну. Назначением флюсов является раскисление металла сварочной ванны, извлечение из него неметаллических включений и образование шлаковой пленки на поверхности расплавленного металла, защищающей его от окисления. [c.504]

При сварке некоторых металлов (алюминий, медь, латунь) применяют флюсы, в состав которых входят отдельные компоненты, способствующие образованию легкоплавких соединений. Таким образом, под раскислением следует понимать удаление из металла шва кислорода, находящегося в нем в виде различных окислов. Процессы раскисления и окисления происходят одновременно и взаимосвязанно. [c.19]

При сварке малоуглеродистой стали всегда следует помнить о неразрывной связи между окислением железа и потерей углерода, так как, применяя раскисление, мы можем удалить кислород из металла сварочной ванны, но углерод, потерянный в виде-газообразных окислов, компенсировать при сварке удается с большим трудом. [c.291]

Достаточно высокое содержание в покрытии электродов сильных раскислителей (например, в электродах УОНИ-13 суммарное содержание Ti, Si, Мп составляет около 20%) позволяет получить хорошо раскисленный металл, малочувствительный к образованию горячих трещин вследствие связывания марганцем серы (MnS). Несмотря на то что электроды второй группы по сравнению с электродами первой группы характеризуются меньшей окисленностью наплавленного металла и более высокими механическими свойствами сварного соединения, они не могут обеспечить требуемых свойств металла шва при сварке высоколегированных сталей и сплавов, содержащих элементы с высоким сродством к кислороду (А1, Ti). [c.360]

Флюс предназначен для раскисления металла сварочной ванны и перевода неметаллических включений в шлак. При сварке на поверхности расплавленного металла образуется шлаковая пленка, которая защищает металл от окисления. [c.268]

При осаждающем раскислении процессы окисления железа и его восстановления происходят при сварке беспрерывно. Окисление железа происходит в передней части ванны, где температура более высокая. Восстановление железа из закиси, находящейся в металле, происходит преимущественно в задней части сварочной ванны, где температура более низкая. [c.29]

В качестве присадочного металла при газовой сварке чугуна применяют чугунные прутки или забракованные поршневые кольца двигателей следующего химического состава углерода 3,4% кремния 2,45% марганца 0,6% хрома до 0,3% никеля до 0,2% серы 0,1 % и фосфора 0,6%. Присадочный металл должен содержать повышенное количество таких графитизирующих элементов, как кремний и марганец. При пайке чугуна применяют латунные и бронзовые прутки, в которых содержится меди 60—65%, олова 2,5—3,0% и цинка — 30—40%. Для раскисления, а также для защиты от окисления расплавленного металла применяют флюсы, состав которых зависит от рода свариваемого металла. Флюс, состоящий из 34,0% буры 6,5% хлористого натрия 58,0% углекислой соды и 1,5% окиси железа или 70% борной кислоты и 30% углекислого натрия, применяют для сварки углеродистых и легированных сталей. Для горячей сварки серого чугуна применяют либо буру (100%), либо смесь, состоящую из 50% буры, 47% двууглекислого натрия и 3% окиси кремния, или из 56% буры, 22% углекислого калия и 22% углекислого натрия. Для сварки—пайки ковкого чугуна латунным сплавом применяют флюс, состоящий из борной кислоты (50%) и буры (50%). [c.234]

Основное условие получения качественного наплавленного металла — это предупреждение окисления путем создания различных защитных сред. Принимаемые при сварке защитные меры не всегда обеспечивают отсутствие окисления, поэтому требуется произвести раскисление наплавленного металла, т. е. восстановить металл из окислов и каким-либо путем удалить окислы из наплавленного металла. [c.59]

Степень окисления металла зависит также и от техники сварки. В ряде случаев при работе длинной дугой получают окисление больше, чем при сварке короткой дугой. Применение качественных электродов обеспечивает частичное удаление из металла шва кислорода, находящегося там в виде различных окислов. Этот металлургический процесс называется раскислением, или восстановлением. [c.16]

Металлургические процессы, происходящие при сварке в среде углекислого газа, слагаются из окисления, раскисления и легирования металла шва. Все эти процессы происходят одновременно и связаны друг с другом. Реакции окисления нежелательны. Но так как они неизбежны из-за способности углекислого газа окислять металл, то процессом сварки управляют так, чтобы устранить последствия вредного действия окисления. [c.26]

Более эффективным является применение активированного пламени, т. е. пламени с несколько повышенным количеством кислорода. При этом одновременно с повышением эффективности прогрева и расплавления будет происходить и окисление расплавленного металла. Для раскисления жидкого металла необходимо в ванну вводить достаточное количество раскислителей (при сварке углеродистых сталей обычно 51 и Мп), которые, как правило, вводятся с присадочным металлом (например, для стали применяется присадочная проволока с содержанием 51 0,5—0,8% и Мп [c.100]

Более эффективным является применение активированного пламени, т. е. пламени с несколько повышенным количеством кислорода. Но, одновременно с повышением эффективности прогрева и расплавления, будет происходить и окисление расплавленного металла. Для раскисления жидкого металла необходимо в ванну вводить достаточное количество раскислителей (при сварке углеродистых сталей обычно 51 и Мп), которые, как правило, вводятся с присадочным металлом (например, для стали применяется присадочная проволока с содержанием 51 = 0,5-т-0,8% и Мп = 0,8-н1%). Добиваясь повышения производительности сварки, следует учитывать увеличение стоимости присадочного металла. [c.107]

В процессе сварки все металлы и их сплавы, соединяясь с кислородом окружающего воздуха и кислородом сварочного пламени, образуют оксиды, которые имеют более высокую температуру плавления, чем сам металл. Для защиты расплавленного металла от окисления и удаления образовавшихся при сварке оксидов применяют сварочные порошки или пасты, называемые флюсами. Следовательно, флюсы — это вещества, которые вводят в сварочную ванну для раскисления расплавленного металла и удаления из него образовавшихся окидов и неметаллических включений. [c.33]

Высокие температуры, используемые при сварке плавлением, с одной стороны, понижают термодинамическую устойчивость оксидов, как это было показано в п. 9.2, но, с другой стороны, скорость их образования резко увеличивается и за очень небольшое время сварочного цикла металлы поглощают значительное количество кислорода. Поглощенный кислород может находиться в металле или в растворенном состоянии в виде оксидов (обычно низшей степени окисления), или субоксидов (TieO, TisO, Ti20), а также может создавать неметаллические включения эндогенного типа, образовавшиеся при раскислении металла более активными элементами. И то, и другое резко снижает качество сварных соединений, особенно пластичность металла шва. Исследования этого вопроса показали, что основная масса кислорода в металле обычно находится в неметаллических включениях [20]. Источниками кислорода в металле при сварке служат окислительно-восстановительные реакции между металлом и атмосферой сварочной дуги, металлом и шлаками, образующимися в результате плавления флюсов или при разложении и плавлении компонентов электродного покрытия, а также при взаимодействии с наполнителями порошковой проволоки. [c.317]

В связи с ЭТИМ При наличии СОг в газовой фазе необходимо применять меры для предохранения металла при сварке от окисления, либо раскислять окисленный металл. Поэтому применение СО2 в качестве защитного газа может обеспечить защиту от азота воздуха, но не исключает окисления. В связи с этим для раскисления металла в электродную проволоку обычно вводятся в необходимом количестве раскнслители, как правило, 51 и Мп, при определенном соотношении ме>вду ними. [c.224]

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]

В определеиной степени раакйсяение сварочной ванны осуществляется окисью углерода или водорода, имеющимся в сварочном пламени горелки, при этом пламя не только восстанавливает окислы, но и защищает расплавленный металл от воздействия кислорода и азота воздуха, при растворении которых в металле шов становится хрупким. Следует отметить, что ацетилено-кислородное пламя по отношению к расплавленному металлу является в основном защитной средой, затрудняющей доступ кислорода к сварочной ванне и замедляющей окисление металла. Особенно это ярко выявляется при сварке высокоуглеродистых сталей, а также при сварке меди, лату- ней, бро1нз и других цветных металлов и шлавов, раскисление которых одним пламенем недостаточно. В этом случае применяются флюсы, способствующие удалению окислов из металла. Для полного раскисления ме- [c.90]

Сварка угольным или графитовьш электродом производится электродами диаметром 4—20 мм на постоянном токе прямой полярности длинной дугой (10—15 мм) в нижнем положении при напряжении 40—55 В. Для предотвращения образования закиси меди сварку необходимо выполнять быстро, без остановок и перерывов, со скоростью не менее 0,25 м/мин. Сечение присадочного прутка должно быть не меньше 20—25 мм . В этом случае расплавленный металл прутка не перегревается и предохраняется от интенсивного окисления. Конец присадочного прутка должен находиться между концом электрода и сварочной ванной, а сам присадочный пруток наклоняется под углом 30° к свариваемому изделию. Электрод располагается углом вперед под 20—30° к вертикали, стыковые швы рекомендуется сваривать за один проход, так как повторное воздействие термического цикла на металл шва приводит к снижению его прочности. Для раскисления металла шва в качестве флюса применяют плавленую буру или борный шлак. Флюс обычно наносится на смоченную жидким стеклом поверхность прутка присадочного металла или на свариваемые кромки в виде пудры с последующей просушкой на воздухе. Перед нанесением флюса кромки необходимо тщательно очи- [c.143]

Рутиловое покрытие (условное обозначение Р) содержит значительное количество титановых соединений (рутил, титановый концентрат, ильменит), создающих шлаковую защиту, а газовая защита обеспечивается целлюлозой, мрамором, мелом, декстрином. Раскисление и легирование производится ферромарганцем. Электроды с рутиловым покрытием обладают хорошими сварочно-технологическими свойствами — дуга горит стабильно на переменном и постоянном токе любой полярности, хорошо формируется шов с плавным переходом к основному металлу, легко отделяется шлаковая корка, потери металла на разбрызгивание небольшие. Металл шва мало склонен к образованию пор при сварке ржавого, влажного и окисленного металла, при колебаниях длины дуги. Технологические свойства электродов зависят также от толщины покрытия. Но технологическим свойствам и содержанию железного порощка в покрытии электроды разделяют на три группы для сварки в любом положении для сварки в любом, но преимущественно в нижнем для сварки в нижнем и наклонном положениях. Основное назначение электродов первой группы — сварка металлов средней толщины (3—12 мм) в монтажных и заводских условиях, где преобладают короткие и криволинейные швы, расположенные э различ [c.54]

Кромки металла перед сваркой должны быть хорошо очищены, аргон защищает мета.ал от окисления, но он не восстанавливает окислов, имевшихся до сварки. Некоторые затруднения может представлять сварка обычной малоуглеродистой стали. Если это спокойная сталь хорошо раскисленная при изготовлении и имеющая некоторый избыток кремния, то она хорошо сваривается в аргоне, если же сталь плохо раскислена, является кипящей по способу изготовления, содержит очень мало кремния, то при расплавлении дугой сталь кипит за счет содержащегося в ней кислорода и дает пористьп наплавленный металл. [c.444]

Сварочное пламя по отношению к расплавленному металлу является не раскислителем, а защитной средой, затрудняющей доступ кислорода к сварочной ванне и замедляющей окисление металла. Особенно ярко это выявляется при сварке высокоуглеродистых и высоколегированных сталей, а такй е при сварке меди, латуни, бронзы и алюминиевых сплавов, раскисление которых одним пламенем недостаточно. В этом случае необходимо применять флюсы, способствующие удалению окислов из металла. [c.19]

Окисленный во время сварки металл необходимо раскислить, т. е. удалить из него кислород, находящийся в металле в виде различных окислов. Процессы раскисления и окисления происходят при сварке одновременно. Наиболее полно процесс раскисления произойдет в том случае, если окислы, попадая в шлак, связываются в сложные соединения, не растворимые в стали (силикаты, алюмосиликаты). В связи с большой скоростью кристаллизации сварочной ванны значительная часть образующихся окислов — продуктов раскисления не успевает всплыть и остается в металле шва в виде неметаллических включений. Полнота удаления продуктов раскисления из жидкого металла в большой степени зависит от их состава и свойств. Количество кислорода, находящегося в металле шва в виде неметаллических включений, зависит от состава покрытия (рис. 7-21). [c.319]

Электроды с рудно-кислым покрытием. Шлакообразующую основу рудно-кислого покрытия составляют окислы железа и марганца (преимущественно в виде руд) и различные алюмосиликаты (полевой шпат, пегматит, гранит и др.). Газовая защита расплавленного металла в основном обеспечивается за счет разложения органических составляющих покрытия (оксицеллюлозы, крахмала, декстрина, древесной муки). Раскисление металла осуществляется марганцем, который вводят в покрытие в виде ферромарганца. При сварке электродами с рудно-кислым покрытием активно протекают реакции окисления марганца (7-2) и железа [c.321]

При сварке латуней окисление металла не опасно, так как цинк является хорошим рас-кислителем, связывающим кислород, поэтому металл шва достаточно раскислен. При растворении водорода в жидком металле значительно интенсивнее начинает испаряться цинк. Вместе с тем, любое выгорание и испарение цинка снижают прочность металла шва. Поэтому при электродуговых видах сварки и газовой сварке для з еньшения потерь цинка в сварочные прутки, проволоки, флюсы, покрытия электродов и т.д. вводят более активные раскислители, например кремний, образующий тугоплавкий оксид 8Ю2, температурный интервал кристаллизации которого 1625…1750 °С. Пленка этого оксида покрывает ванну жидкого металла и препятствует окислению и испарению цинка. [c.117]

Электродная проволока, применяемая для сварки углеродистых сталей, должна содержать повышенное количество марганца и кремния. Это необходимо для того, чтобы обеспечить процессы раскисления металла, поскольку окисление легирующих компонентов повышается за счет кислорода, выделяющегося в дуге при диссоциации углекислого газа по реакции СОг СО-ЬО. Обычная сварочная проволока Св-08 и Св-08А непригодна для сварки в углекислом газе. Наибольшее применение находят проволоки Св-08ГС, Св-08Г2С и др. Для сварки легированных сталей следует применять проволоки, имеющие несколько большую степень легирования, чем у основного металла. Для полуавтоматической сварки применяются проволоки малого диаметра. Поскольку длина участка сварочной проволоки, нагруженного током, невелика, то сварку выполняют на режимах, характеризуемых повышенной плотностью тока. Это обеспечивает возмож- [c.47]

Раскисление металла при сварке — Энциклопедия по машиностроению XXL

ЛЕГИРОВАНИЕ И РАСКИСЛЕНИЕ МЕТАЛЛОВ ПРИ СВАРКЕ ЧЕРЕЗ ШЛАК [c.360]

Раскисление металла при сварке. Это процесс восстановления металла из его оксида и перевод кислорода в форму нерастворимых соединений с последуюш им удалением их в шлак. В качестве раскислителей применяют кремний, марганец, титан, алюминий и углерод. Эти веш ества поступают в сварочную ванну из электродной проволоки, покрытий электродов и флюсов, в состав которых они входят, в процессе раскисления железа марганцем, кремнием, титаном и углеродом происходят следующие химические реакции [c.27]

РАСКИСЛЕНИЕ МЕТАЛЛА ПРИ СВАРКЕ [c.157]

Раскисление металла при сварке чаще всего производится за счет следующих элементов углерода, кремния, марганца, титана, а иногда алюминия. [c.74]

ПРОЦЕССЫ РАСКИСЛЕНИЯ МЕТАЛЛА ПРИ СВАРКЕ ПЛАВЛЕНИЕМ [c.265]

Каковы общие закономерности раскисления металла при сварке [c.285]

ОКИСЛЕНИЕ И РАСКИСЛЕНИЕ МЕТАЛЛА ПРИ СВАРКЕ [c.126]

Поры могут образовывать также и другие газы, выделяющиеся в металле вследствие реакций восстановления окислов. Поэтому высокая степень раскисленности металла при сварке латуни является основным условием получения плотного бес-пористого шва. [c.234]

Помимо этой основной физической причины, появлению дефектов способствуют 1) тугоплавкость, повышенная вязкость или высокий удельный вес шлаков электродных покрытий и флюсов 2) недостаточное раскисление металла шва 3) большое поверхностное натяжение шлака, замедляющее слияние отдельных мелких капель в более крупные и всплывание их на поверхность расплавленного металла 4) неудовлетворительная зачистка кромок или отдельных валиков наплавленного металла при сварке многослойных швов 5) затекание шлака в зазоры [c.660]

Керамические флюсы. Керамические флюсы в отличие от плавленых могут раскислять наплавляемый металл. При сварке под керамическим флюсом раскисление металла шва производится за счет введения в состав флюса свободных металлов-раскислителей, чаще всего ферросплавов, обладающих более высоким, чем железо, сродством к кислороду. В качестве раскислителей в керамических флюсах применяют ферромарганец, ферросилиций, ферротитан, алюминиевый порошок, силикокальций и др. При этом раскисление наплавляемого металла керамическим флюсом принципиально отличается от раскисления элементами, вводимыми в сварочную ванну посредством электродной проволоки. [c.328]

Ферросплавы и порошки металлов. При сварке под керамическими флюсами для раскисления, легирования и модифицирования наплавляемого металла используют ферросплавы, металлы и сплавы, приведенные в табл. 8.9. Учитывая дефицитность и высокую стоимость указанных материалов, вводить их во флюсы целесообразно только в случае необходимости обеспечения особых свойств наплавляемого металла. [c.526]

Кремний как компонент флюса положительно влияет на раскисление появляющихся окислов металла при сварке. [c.125]

Раскисление и легирование металла при сварке [c.80]

Удаление фосфора из металла при сварке ряда сплавов также имеет большое значение для получения необходимых конечных свойств. Способы удаления фосфора обычно аналогичны способам, применяемым для получения минимального содержания серы. Однако при сварке медных сплавов в ряде случаев фосфор специально вводится сварочными материалами (присадкой, флюсами) для необходимого раскисления ванны. [c.61]

Аналогичные процессы раскисления с образованием газообразной фазы могут происходить при взаимодействии окисленного металла с водородом. Особенно сильное влияние на свойства сварного соединения такое раскисление оказывает при сварке меди. [c.268]

При сварке титана и алюминия — металлов очень высокой химической активности — раскисление осаждением невозможно, поэтому их сварку осуществляют с внешней защитой от окружающей среды — в инертных газах, в вакууме или под флюсами, не содержащими кислородных соединений. [c.330]

А л о в А А Раскисление металла шва при дуговой сварке, Автогенное дело >6 1, 1947. [c.357]

Взаимодействие расплавленного металла и шлака определяется составом шлака и условиями перераспределения растворимых соединений между контактирующими жидкими фазами. Шлаки образуются в результате расплавления покрытий электродов или флюсов. Они состоят из смеси оксидов, фторидов, хлоридов различных элементов и чистых металлов. В результате взаимодействия со шлаком происходят раскисление металла сварочной ванны, удаление вредных примесей путем связывания их в нерастворимые соединения и вывода в шлак, легирование шва определенными элементами для восполнения их выгорания при сварке или придания шву специальных свойств. [c.228]

FeO, таким образом, связывается в стойкий силикат, который переходит в шлак. При большом содержании в шлаке силиката кремния реакция может пойти в обратную сторону, и металл будет окисляться, растворяя FeO. Поэтому содержание SiOa в шлаке должно быть в количестве, необходимом для диффузионного раскисления. Следует иметь в виду, что SiO2 делает шлак длинным , малоподвижным и ухудшает его газопроницаемость. При необходимости добавляют в покрытие другие материалы, повышающие жид-котекучесть шлака. Из приведенных выше химических реакций видно, что раскисление металла при сварке осуществляется при введении в покрытие химических элементов-раскислителей Мп, Si, Al, T и др. в виде порошка или ферросплавов (сплавов с железом), а также при увеличении содержания этих элементов в электродных стержнях. [c.120]

Некоторые закономерности раскисления металла, при сварке электродами с покрытиями фтористокальциевого типа могут быть рассмотрены на основе экспериментальных исследований Т. Н. Дубовой. Если в покрытие на базе мрамора ( 50%) и плавикового шпата (—20%) вводить различные количества ферросилиция, то можно получить различные количества кремния, отнесенные к металлической части электрода [81 ]э. Зависимость количества кремния в наплавленном металле [811н.м от [81 ]э для этого случая показана на рис. У.35, а. Как следует из этого рисунка, даже при отсутствии кремния в проволоке ([81 ]э.п—0) и в покрытии, т. е. при [81]э = О, в наплавленном металле анализом обнаруживается около 0,04- 0,05% 81 как результат восстановления ЗЮг, находящегося [c.269]

Кислород — вредная прймесь в металле при сварке, снижающая пластические свойства металла, поэтому при всех видах сварки предусматривается процесс раскисления металла шва до допустимой нормы. При сварке металлов высокой активности (А1, Ti, Zr) следует создавать бескислородную атмосферу — аргон, гелий, вакуум, галидные флюсы, так как раскислителей для таких металлов подобрать нельзя. [c.403]

Для сварки толстой латуни (40 мм и более) ВНИИавтогенмаш разработал способ порошковой газофлюсовой сварки. Сущность способа заключается в том, что сварку ведут спец)1альной горелкой, в пламя которой с помощью струи азота или осушенного воздуха непрерывно подается дозированное количествЬ порошкообразного флюса из бачка флюсопитателя. Горелка имеет водяное охлаждение, позволяющее работать в тяжелых условиях, при сильном нагреве мундштука. В качестве флюса используют техническую (не обезвоженную) буру. Расход флюса равен 2 г/кг расплавленного металла. При сварке латуни ЛЖМц толщиной 40 мм получают плотный, хорошо раскисленный металл шва с пределом прочности 42 кгс мм и относительным удлинением 34%. [c.133]

Для электродов используются стержни, по составу идентичные основному металлу. При сварке раскисленной меди, содержащей не более 0,01% кислорода, можно применять электродные стержни из бронзы БрКЛ1цЗ-1 с покрытием ЗТ. Сварка этими электродами, а также электродами с покрытием Комсомолец-100 и ЗТ производится постоянным током обратной полярности. Покрытие ММЗ-2 наносится окунанием толщиной 0.35—0,8 мм на сторону (в зависимости от диаметра). После нанесения покрытия электроды просушиваются при комнатной температуре в течение 4—6 час., а затем прокаливаются при температуре 200—400° в течение 3—4 час. Сварка производится на постоянном токе обратной полярности или на переменном токе. При сварке на переменном токе повышается разбрызгивание. [c.448]

Наряду с плавлеными флюсами в некоторых случаях применяются неплавленые (керамические) флюсы, способствующие легированию наплавленного металла при сварке малоуглеродистой проволокой и обеспечивающие интенсивное раскисление металла сварочной ванны. Сварка под керамическими флюсами может осуществляться на постоянном и переменном токе. Режимы сварки нелегированных сталей примерно те же, что и при сварке под флюсом типа АН-348А или ОСЦ-45. [c.199]

Для электродов используются стержни, по составу идентичные основному металлу. При сварке раскисленной меди, содержащей не более 0,01% кислорода, применяют электродные стержни из бронзы БрКМцЗ-1 с покрытием ЗТ. Сварка этими электродами, а также электродами с покрытием Комсомолец-100 и ЗТ производится постоянным током обратной полярности. Покрытие ММЗ-2 наносится окунанием толщиной 0,35—0,8 мм иа сторону (в зависимости от диаметра). После нанесения покрытия электроды просушиваются при комнатной температуре в течение 4—6 ч, а затем прокаливаются при [c.61]

В качестве присадочного металла при сварке пропано-бутано-кислородным пламенем следует применять металл, обеспечивающий раскисление расплавленного металла сварочной ванны, так как пламя при жидких газах бывает окислительным. Поэтому применяют легированную сварочную проволоку марки С8-10ГС, Св-12ГС или Св-08ГМ. Применение низкоуглеродистой проволоки Св-09 и т. п. не рекомендуется (табл. 32). [c.151]

В качестве флюса используется необезвоженная бура (прокаленная бура сильно выдувается пламенем и поэтому применять ее нецелесообразно) расход флюса—2 г/кг расплавленного металла. При сварке этим способом латуни ЛЖМЦ толщиной 40 мм. получается плотный, хорощо раскисленный металл щва, с пределом прочности 42 кГ мм и относительным удлинением 3 4 о/ [c.237]

В зависимости от рода получаемого шлака электродные покрытия могут быть разбиты на кислые и основные. Важнейшим моментом, определяющим качество покрытия, является степень его раскислённости или окислительная способность образуемых им шлаков. Даже в условиях весьма эффективной защиты расплавленного металла от вредного внешнего воздействия атмосферного кислорода нераскис-лённые или слабо раскисленные шлаки могут насытить металл шва значительным количеством кислорода за счёт перехода свободных окислов из шлака в металл. Аналогичное явление может иметь место при использовании в покрытии рудных компонентов, которые при нагреве выделяют свободный кислород, например, марганцевая руда. В советской практике для многих марок толстопокрытых электродов применяются главным образом основные рас-кислённые покрытия, особенно при сварке легированных сталей. Для регулирования химического состава металла шва и его механических свойств в советской практике в подавляющем большинстве марок покрытых электродов, применяемых для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей, практикуется легирование через покрытие. Для этой цели используются в основном различные ферросплавы, которые одновременно осуществляют и другие функции в электродном покрытии (раскисление, создание мелкозернистости металла шва, повышение устойчивости дуги, улучшение технологических свойств шлака). [c.297]

Корпуса турбин высокого и промежуточного давлений из-за их сложной формы и толстых сечений почти исключительно изготавливают методом литья в песчаные формы, и только внутренние корпуса высокого давления для высокотемпературных турбин изготавливают на станках из специальных поковок аустенитных сталей. Отливки для корпусов турбин (и некоторых паровых камер) должны быть очень высокого, качества и как можно лучше сопротивляться ползучести. Правильный выбор и очень тщательный контроль аа изготовлением стали и последующей отливкой имеет существенное значение. Сам литой металл не только должен обладать требуемыми свойствами высокотемпературной прочности и пластичности, но и удовлетворительно свариваться, так как возможно подсоединение паропроводов. Кроме того, дефекты, получающиеся при отливке, должны быть исправлены сваркой. Металл д 1я отливки может быть получен из скрапа или из жидкого чугуна с применением кислородного дутья. В обоих случаях ркрап или руда должны быть тщательно отобраны по минимальному количеству примесей, причем материалы футеровки печи н топливо не должны вносить в них серу и фосфор. Литье в песчаные формы должно производиться полностью раскисленной сталью, предотвращающей возникновение усадочной пористости металла при затвердевании. [c.206]

Раскисление металла сварочной ванны

ТЕОРИЯ сварочных процессов

Восстановление металла сварного соединения требует удаления кислорода из сварочной ванны, пока она находится в жидком состоянии. 4Fe + COf *с=[%0] [%C]=/(7).

Углерод, всегда присутствующий в стали, также можно рассматривать как раскислитель:

Го],

0,500 О, КО

в, ко

0,350

0,300

0,250

0200

от

0,100

ощ

а)

			л /,1	г~ t
		1 4<v /
			‘
1		А Г
1 1	/ /			V


	V
		<<

0,2 0,0 0,6 0,8 1,0 fMn]%






к	,1800К

1			4-
V		Що к

0,010,050,1 0,15 0,2 0,25 0,3 [Si], 7»

[0],%

0,000500

0,000050

0,000000

0,000350

0,000300

0,000250

0,000200

0,000150

0,000100

0,000050

0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 [Ті], %



	і

		І


\|			4й
IV				л
V			’04-
N	4-І I—

0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 [At ],%

Рис. 9 16 Изотермы раскисления железа марганцем (а), кремнием (б), титаном (в) и алюминием (г)

Реакция между углеродом и оксидом железа эндотермичная и поэтому углерод будет выступать как раскислитель только при высоких температурах — в каплях электродного металла или в сварочной ванне в основании дугового разряда, что приводит к выгоранию углерода при сварке сталей плавлением.

Кремний — более активный раскислитель стали и для него характерны малые остаточные концентрации кислорода в металле. При высоких температурах активность Si как раскислителя уменьшается и он сам может восстанавливаться марганцем и даже железом.

Рис. 9.17. Обобщенная диаграмма плавкости Me—S (массовые доли)

Раскисление чистой меди (МО; Ml) при сварке, несмотря на ее малую химическую активность, осложняется ее физическими свойствами:

1. Высокая температуропроводность меди резко сокращает время пребывания сварочной ванны в жидком состоянии и равновесие реакций раскисления не достигается.

2. Высокая электропроводность меди резко снижается от присутствия легирующих компонентов и поэтому остаточные концентрации элемента раскислителя должны быть минимальными.

Для раскисления меди приходится применять раскислители высокой химической активности (А1, Ті, Zr и даже редкоземельные металлы).

При введении раскислителей через специальные электродные проволоки удается получить плотные и прочные сварные швы с удельным сопротивлением на уровне основного металла (~ 1,7 мк ОмХсм). Сварка медных сплавов — латуни и бронзы — не предъявляет таких требований к раскислителям.

Большой недостаток процесса раскисления осаждением — образование эндогенных неметаллических (шлаковых) включений, образующихся по реакции:

[МеО] + [Э] ї±Ме -)- (ЭО),

так как оксиды других элементов обычно не растворяются в основном металле. Эти включения представляют собой концентраторы напряжений и могут снижать как прочностные, так и пластические свойства наплавленного металла, особенно если они будут иметь неправильную форму с малыми радиусами кривизны. Чтобы избежать этого, вводят не один раскислитель, а два или более (например, Мп и Si одновременно), с тем чтобы их оксиды взаимно понижали температуры плавления и включения имели глобулярную форму. Исследования содержания кислорода мето
дом вакуумной экстракции в наплавленном металле показали, что основная масса кислорода заключена в таких шлаковых включениях.

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

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

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

Раскисление — металл — сварочная ванна

Cтраница 1

Раскисление металла сварочной ванны осуществляется элементами, обладающими большим сродством с кислородом, чем железо. К ним относятся марганец, титан, молибден, хром, кремний, алюминий и углерод. [1]

Раскисление металла сварочной ванны, несмотря на защиту от окружающей среды продуктами сгорания, проводится извлечением закиси меди флюсами или введением раскис-лителей через присадочную проволоку. [2]

Раскисление металла сварочной ванны достигается за счет введения в состав покрытия ферромарганца, ферросилиция, ферроти-тана, алюминия, а также и за счет имеющихся в сварочной проволоке элементов-раскислителей кремния и марганца. Газовая защита обеспечивается диссоциацией мрамора СаСО3 в процессе нагрева и плавления покрытия. Металл, направленный электродами второго типа, достаточно хорошо раскислен. [3]

Нормальное пламя способствует раскислению металла сварочной ванны и получению качественного сварного шва. Поэтому большинство металлов и сплавов сваривают нормальным пламенем. [5]

Химический способ борьбы с загрязнениями состоит в раскислении металла сварочной ванны, а также в удалении сульфидов, фосфидов, нитридов и водорода при помощи химических реакций. В результате этих реакций образуются новые химические соединения, нерастворимые в железе и переходящие в сварочный шлак. [6]

В большинстве случаев при сварке применяют нормальное пламя, которое способствует раскислению металла сварочной ванны и получению качественного сварного шва. Окислительным называют пламя, в котором Такое пламя сильно окисляет металл сварочной ванны, способствует получению пористости и низкого качества сварного шва. Пламя с избытком ацетилена имеет желтый цвет и удлиненный коптящий факел. Оно науглероживает металл сварочной ванны. [7]

В большинстве случаев при сварке применяют нормальное пламя, которое способствует раскислению металла сварочной ванны и получению качественного сварного шва. [9]

В большинстве случаев при сварке применяется нормальное пламя, которое способствует раскислению металла сварочной ванны и получению качественного сварного шва. [10]

ЭП-439, при применении которой стабильность дуги обеспечивается церием и цирконием, а раскисление металла сварочной ванны — марганцем, кремнием, алюминием и титаном. [11]

Состав покрытия электродов определяется рядом функций, которые он должен выполнять: защита зоны сварки от кислорода и азота воздуха, раскисление металла сварочной ванны, легирование ее нужными компонентами, стабилизация дугового разряда. Производство электродов сводится к нанесению на стальной стержень электродного покрытия определенного состава. Электродные покрытия состоят из целого ряда компонентов, которые условно можно разделить на ионизирующие, шлакообразующие, газообразующие, рас кис лит ели, легирующие и вяжущие. Некоторые компоненты могут выполнять несколько функций одновременно, например мел, который, разлагаясь, выделяет много газа ( СО2), оксид кальция идет на образование шлака, а пары кальция имеют низкий потенциал ионизации и стабилизируют дуговой разряд, СО2 служит газовой защитой. [13]

Наряду с плавлеными флюсами в некоторых случаях применяются неплавленые ( керамические) флюсы, способствующие легированию наплавленного металла при сварке малоуглеродистой проволокой и обеспечивающие интенсивное раскисление металла сварочной ванны. Сварка под керамическими флюсами может осуществляться на постоянном и переменном токе. [14]

При применении аргоно-дуговой, ручной дуговой угольным электродом и газовой сварки медных трубопроводов на поверхность трубы в зоне стыка и на свариваемые кромки наносится флюс для удаления окислов и раскисления металла сварочной ванны. [15]

Страницы: 1 2

Загрязнение металла шва — Процессы при сварке

Загрязнение металла шва

Категория:

Процессы при сварке

Загрязнение металла шва

В процессе нагрева при сварке молекулы кислорода, азота и водорода, содержащиеся в воздухе, распадаются на атомы и ионы. В атомном состоянии они обладают высокой химической активностью и сравнительно легко образуют химические соединения с элементами, входящими в состав стали. В свою очередь, химические соединения могут растворяться в железе, составляющем основу стали (более 99%). Способность растворения химического соединения в железе тем выше, чем больше температура нагрева’ и меньше содержание углерода в стали. Например, закись железа FeO при температуре плавления железа 1539° С растворяется в железе до концентрации 0,21% кислорода, нитриды железа Fe4N и FesN — до 0,065% азота, атомарного водорода — 0,008%, сульфида железа FeS — до 0,7% серы, также много растворяется в железе фосфидов Fe3P, Fe2P, FeP.

Растворимость этих соединений еще больше при температуре кипения железа, равной 2460 °С.

Если смесь этих растворов внезапно охладить до комнатной температуры, то вся масса металла будет находиться в состоянии перенасыщенного твердого раствора, обладающего весьма большой хрупкостью.

Однако с течением времени из твердых растворов выпадают отдельные компоненты. Они образуют новую структуру, отличающуюся от структуры основного металла.

Распад любого твердого раствора в течение длительного времени называют химическим старением металла. Обычно оно сопровождается снижением вязкости и пластичности металла и в этом отношении является вредным процессом. Поэтому нельзя допускать насыщения сварного шва вредными примесями, находящимися в растворе.

Источниками насыщения шва вредными веществами служит окружающий воздух, ржавчина, масло, влага, минералы, входящие в состав сварочных материалов, химические соединения, образующиеся в процессе взаимодействия сварочных материалов с расплавленным металлом.

Борьба с загрязнениями металла шва производится в процессе образования капель на торце электрода, при переносе капель в сварочную ванну и в самой сварочной ванне в процессе нагрева и охлаждения ее. Применяются физический и химический способы борьбы с загрязнениями металла шва.

Физический способ борьбы с загрязнениями заключается в сушке и прокаливании сварочных материалов для удаления из них влаги, а следовательно, кислорода и водорода, в удалении ржавчины, масла и влаги с поверхностей свариваемых деталей; в создании газовой и шлаковой оболочек вокруг дуги, препятствующих проникновению воздуха.

При высоких скоростях охлаждения нерастворимые соединения, содержащие кислород, азот, водород, серу и фосфор, внесенные сварочными материалами или из воздуха, могут остаться в шве в виде окислов, нитридов, газов, сульфидов и т. п. и тем самым ухудшить механические свойства металла шва. Но отрицательное влияние этих примесей меньше тех, которые находятся в растворе.

Различные загрязнения (неметаллические включения) удаляются из металла шва флюсами-растворителями, вводимыми в состав сварочных материалов (проволока, покрытия штучных электродов, флюсы, порошки в порошковой проволоке и т. д.). Флюсы-растворители образуют с загрязняющими веществами легкоплавкую механическую смесь, имеющую низкую удельную плотность. Она легко всплывает наверх и переводит вредные вещества из металла шва в шлак.

Хорошим флюсом-растворителем, который часто применяется в сварочных материалах, является плавиковый шпат (CaF2).

Плавиковый шпат также и химически взаимодействует с азотом и водородом, образуя нерастворимые в железе вещества, которые удаляются из сварочной ванны в шлак. Атомный фтор, выделяющийся из фтористого кальция при высокой температуре, соединяется с атомным азотом или с атомным водородом и образует фтористый азот NF или фтористый водород HF, которые не растворяются в железе и легко удаляются из металла шва в шлак (NF)’ и в виде газа (HF) в атмосферу.

Химическим взаимодействием между жидким металлом и неметаллическими веществами можно не только очищать металл от загрязнений, но и легировать его. Под легированием понимают введение в металл шва различных элементов (хром, никель, марганец и др.), которые придают ему заданные свойства (прочность, вязкость, коррозионную стойкость и др.).

Рис. 1. Кристаллизация металла шва: а — дендритная (столбчатая) структура однопроходного шва, б — дендрит А (увеличен), т — неполностью оплавленное зерно основного металла; 1 — ось первого порядка кристаллизации, 2 — ось второго порядка, 3 — ось третьего порядка, кружки—зародыши кристаллизации (будущие зерна)

Статьи по теме:

Металлургические процессы при газовой сварке, кристаллизация металла шва

В процессе газовой сварки расплавленный металл сварочной ванны взаимодействует со сварочным пламенем. Это взаимодействие определяется свойствами свариваемого металла и составом сварочного пламени. Сваривают восстановительной зоной пламени, состоящей в основном из оксида углерода и водорода. Сварочная ванна характеризуется малым объемом расплавленного металла, высокой температурой в месте сварки и большой скоростью расплавления и кристаллизации металла.

Расплавленный металл ванны вступает во взаимодействие с газами сварочного пламени, в результате чего происходят реакции окисления и восстановления. Взаимодействие газов с различными металлами различно. Наиболее легко окисляются металлы, обладающие большим сродством к кислороду. Окисление расплавленного металла происходит как за счет оксидов, находящихся на поверхности свариваемого металла и присадочной проволоки, так и за счет кислорода окружающего воздуха. С увеличением содержания кислорода в свариваемом металле ухудшаются механические свойства сварного соединения. Поэтому при газовой сварке для большинства металлов и сплавов для устранения окислительных процессов в присадочные материалы и флюсы вводят специальные раскислители.

Раскислители: вещества, которые имеют большее сродство к кислороду, чем металл шва.

При газовой сварке стали раскисляющее действие оказывают углерод, оксид углерода и водорода, образующиеся при горении газовой смеси, подаваемой в сварочную горелку. Поэтому углеродистые стали можно сваривать без флюсов. Таким образом углерод (С), кремний (Si) и марганец (Мn) выполняют функции раскислители. Образующийся в процессе реакции оксид углерода вызывает кипение и разбрызгивание металла. Кипение сварочной ванны до начала кристаллизации способствует удалению посторонних металлических включений. Если металл кипит во время кристаллизации шва, то образующиеся пузыри оксида углерода не успевают выделяться и остаются в шве в виде газовых пор. Для уменьшения образования оксида углерода в сварочную ванну вводят раскислители (Мn и Si). На процесс окисления при сварке металлов большое влияние оказывает состав сварочного пламени. Образующиеся в процессе реакций оксиды кремния и марганца не растворяются в металле, всплывают на поверхность жидкого металла и переходят в шлаки. В жидком металле шва находится много разнородных оксидов, между которыми происходят химические реакции. В результате этих реакций образуются соединения с более низкой температурой плавления, чем сами оксиды, что облегчает удаление оксидов из расплавленного металла в виде шлака.

При газовой сварке алюминия, латуни и других металлов вводят флюсы, в состав которых входят компоненты, способствующие образованию легкоплавких соединений. Раскисление сварочной ванны частично осуществляется углеродом, оксидом углерода и водородом, имеющимися в сварочном пламени. При этом сварочное пламя не только восстанавливает оксиды но и защищает расплавленный металл от кислорода и азота воздуха. Нормальное ацетиленокислородное пламя в средней (восстановительной) зоне содержит 60% оксида углерода, 20% молекулярного и 20% атомарного водорода. Восстановителем железа из закиси железа в основном является атомарный водород. Он растворяется в расплавленном металле, а с понижением температуры стремится выделиться из сварочной ванны. Если затвердевание происходит достаточно быстро, то водород в виде газовых пузырей может остаться в сварном шве. Следовательно, водород, с одной стороны, защищает расплавленный металл от окисления, а также восстанавливает его из оксидов, а с другой стороны, может явиться причиной образования пористости и трещин.

Рисунок 1 — Схема химической неоднородности по слоям кристаллизации в сварных швах

Процесс газовой сварки характеризуется относительно медленным охлаждением металла, поэтому водород и другие газы успевают выделиться из сварочной ванны и металл шва получается без пор. Поступающий в сварочную ванну азот воздуха снижает пластические свойства свариваемого металла, а также вызывает пористость в металле шва.

Кристаллизация металла шва

Процесс образования сварного соединения начинается с нагрева и расплавления основного и присадочного металлов.

Кристаллизация: процесс образования зерен из расплавленного металла при переходе его из жидкого состояния в твердое

Процесс кристаллизации сварных швов отличается от кристаллизации слитков высокими скоростями. Различают первичную и вторичную кристаллизации. Первичная кристаллизация осуществляется при высоких скоростях охлаждения, вторичная начинается с распада первичной в результате структурных превращений и заканчивается при низких температурах. Как и во всех случаях сварки плавлением кристаллизация металла шва осуществляется на зернах основного металла. Более медленный прогрев при газовой сварке основного металла приводит к большему росту зерен нерасплавленных кромок металла, а следовательно, и уменьшению количества центров кристаллизации формирующегося шва. Процесс кристаллизации сварных швов осуществляется прерывисто, этим и объясняется появление кристаллизационных слоев. Чем сильнее тепло-отвод и меньше объем жидкого металла, тем тоньше кристаллизационный слой. Кристаллизационные слои можно рассмотреть на специально изготовленных макрошлифах в любом сечении шва. Первый участок возникает в результате кристаллизации тонкой прослойки жидкого металла, примыкающей к оплавленной поверхности. Второй участок кристаллизуется из жидкого металла исходного материала.

Справочник

— Проволочные электроды Справочник

— Проволочные электроды

2 Черные материалы Прежде чем перейти к конкретным проводам Для МиГ-сварки черных металлов есть основные сходства, которые каждая черная проволока участвует в легировании элементы добавлены в железо.Для МиГ-сварки углеродистых сталей основной функция легирующих добавок для контроля раскисления сварочной ванны и для определения механические свойства сварного шва. Раскисление представляет собой комбинацию элемента с кислородом из сварочной ванны приводит к образованию шлака или стекла на поверхности. Удаление кислорода из лужи устраняет его как причина пористости металла шва. Кремний (Si) — Кремний является наиболее часто используемым раскисляющим элементом в проволоке, используемой для миграции. сварка.В целом, провода содержат от 0,40% до 1,00% Si, в зависимости от их предполагаемого использования. В этом проценте диапазон, кремний проявляет очень хорошую раскисляющую способность. Увеличение количества Si будет увеличиваться прочность сварного шва с только небольшое снижение пластичности и вязкости. Однако выше 1-1,2% Si металл шва может стать чувствительность к трещинам. Марганец (Mn) — Марганец также использовали раскислитель и усилитель. Марганец составляет 1.От 00% до 2,00% проволоки из мягкой стали. Увеличение количества Mn увеличивает сварной шов прочность металла до в большей степени от Si. Марганец также снижает чувствительность к горячим трещинам. металла шва. Алюминий (Al), титан (Ti) и цирконий (Zr) — Эти элементы являются очень сильными раскислителями. Очень маленький иногда вносятся добавки этих элементов, обычно не более 0,20% в сумме. В этом диапазоне также достигается некоторое увеличение силы. Углерод (C) — Углерод влияет на конструкцию и механические свойства более глубокие, чем у любого другого элемент.Для сварки МиГ стали, содержание углерода в проволоке обычно составляет 0,05%. до 0,12%. Этого уровня достаточно для обеспечения необходимой прочности металла шва, не оказывая заметного влияния на пластичность, вязкость и пористость. Увеличение содержания углерода как в проволоке, так и в пластине влияет на пористость, особенно при сварке с CO ₂ защитный газ. Когда содержание углерода в проволочном электроде и / или заготовка превышает 0.12% металла шва потеряет углерод в виде CO. Это может вызвать пористость, но дополнительные раскислители помогают преодолеть это. Продолжение на следующей странице …

сталь | Состав, свойства, типы, марки и факты

Основной металл: железо

Основным компонентом стали является железо, металл, который в чистом виде не намного тверже меди. За исключением крайних случаев, железо в твердом состоянии, как и все другие металлы, является поликристаллическим, то есть состоит из множества кристаллов, которые соединяются друг с другом на своих границах.Кристалл — это упорядоченное расположение атомов, которое лучше всего можно представить в виде соприкасающихся друг с другом сфер. Они упорядочены в плоскостях, называемых решетками, которые определенным образом пронизывают друг друга. Для железа структуру решетки лучше всего представить единичным кубом с восемью атомами железа в углах. Для уникальности стали важна аллотропия железа, то есть его существование в двух кристаллических формах. В объемно-центрированном кубе (ОЦК) в центре каждого куба находится дополнительный атом железа.В расположении гранецентрированного куба (ГЦК) есть один дополнительный атом железа в центре каждой из шести граней единичного куба. Важно отметить, что стороны гранецентрированного куба или расстояния между соседними решетками в ГЦК-схеме примерно на 25% больше, чем в ОЦК-схеме; это означает, что в структуре ГЦК больше места, чем в структуре ОЦК, для удержания посторонних (, т.е. легирующих) атомов в твердом растворе.

Аллотропия ОЦК железа ниже 912 ° C (1674 ° F) и от 1394 ° C (2541 ° F) до точки плавления 1538 ° C (2800 ° F).Называемое ферритом, железо в его ОЦК-образовании также называется альфа-железом в более низком температурном диапазоне и дельта-железом в более высокотемпературной зоне. Между 912 ° и 1394 ° C железо находится в ГЦК-порядке, которое называется аустенитом или гамма-железом. Аллотропное поведение железа сохраняется, за некоторыми исключениями, в стали, даже когда сплав содержит значительные количества других элементов.

Существует также термин бета-железо, который относится не к механическим свойствам, а к сильным магнитным характеристикам железа.При температуре ниже 770 ° C (1420 ° F) железо является ферромагнитным; температуру, выше которой он теряет это свойство, часто называют точкой Кюри.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишись сейчас

В чистом виде железо мягкое и обычно не используется в качестве конструкционного материала; основной метод его упрочнения и превращения в сталь — добавление небольшого количества углерода. В твердой стали углерод обычно присутствует в двух формах. Либо он находится в твердом растворе в аустените и феррите, либо находится в виде карбида.Форма карбида может быть карбидом железа (Fe ₃ C, известный как цементит) или карбидом легирующего элемента, такого как титан. (С другой стороны, в сером чугуне углерод проявляется в виде чешуек или кластеров графита из-за присутствия кремния, который подавляет образование карбидов.)

Влияние углерода лучше всего иллюстрируется диаграммой равновесия железо-углерод. Линия A-B-C представляет точки ликвидуса (, т.е. — температуры, при которых расплавленное железо начинает затвердевать), а линия H-J-E-C представляет точки солидуса (при которых затвердевание завершается).Линия A-B-C указывает на то, что температуры затвердевания снижаются по мере увеличения содержания углерода в расплаве железа. (Это объясняет, почему серый чугун, содержащий более 2 процентов углерода, обрабатывается при гораздо более низких температурах, чем сталь.) Начало жидкой стали, содержащей, например, 0,77 процента углерода (показано вертикальной пунктирной линией на рисунке). затвердеть при температуре около 1475 ° C (2660 ° F) и полностью затвердеть при температуре около 1400 ° C (2550 ° F). С этого момента все кристаллы железа находятся в аустенитном состоянии — i.е., fcc — расположение и содержат весь углерод в твердом растворе. При дальнейшем охлаждении происходит резкое изменение примерно при 727 ° C (1341 ° F), когда кристаллы аустенита превращаются в тонкую пластинчатую структуру, состоящую из чередующихся пластинок феррита и карбида железа. Эта микроструктура называется перлитом, а изменение называется эвтектоидным превращением. Перлит имеет твердость алмазной пирамиды (DPH) приблизительно 200 килограммов-сил на квадратный миллиметр (285 000 фунтов на квадратный дюйм) по сравнению с DPH 70 килограммов-сил на квадратный миллиметр для чистого железа.Охлаждение стали с более низким содержанием углерода (, например, 0,25 процента) приводит к микроструктуре, содержащей около 50 процентов перлита и 50 процентов феррита; он мягче, чем перлит, с DPH около 130. Сталь с более чем 0,77% углерода, например 1,05%, содержит в своей микроструктуре перлит и цементит; он тверже перлита и может иметь DPH 250.

Диаграмма равновесия железо-углерод.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Узнайте о различных типах материалов труб из углеродистой стали
Прежде чем вы начнете изучать углеродистую сталь, вы должны знать термин, называемый убитой углеродистой сталью.
Полностью убитая углеродистая сталь против полуфабриката из стали
Во время производства стали в нее принудительно нагнетают кислород. Кислород соединяется с избытком углерода и выделяется в виде газа. Однако в расплавленной стали неизбежно остается избыток кислорода.
Это приводит к образованию оксидных включений в стали или пористости, которые появляются при затвердевании. Процесс удаления кислорода известен как раскисление. Раскисление достигается путем добавления в расплавленную сталь кремния, алюминия или других раскислителей.Степень раскисления создает три различных типа стали.
Убитая углеродистая сталь — это полностью раскисленная сталь, в стали не остается свободного кислорода. В результате получается однородный состав и превосходная вязкость по сравнению с другими типами.
Полугубой углеродистой стали частично раскислен, и в стали все еще остается некоторое количество свободного кислорода. Свойства полузабитой стали между полностью убитой сталью и сталью с ободком.
Сталь, произведенная без раскисления, известна как сталь с ободом .Которая хрупкая и имеет плохое удлинение.
В технологических трубопроводах используется только полностью очищенная сталь.
Чугун против литой стали
Есть разница между чугуном и литой сталью. Поговорим о чугуне.
Чугун
Черный металл, содержащий более или равный 2% углерода по весу, представляет собой чугун.
Это твердый и хрупкий материал, поэтому не подходит для технологических трубопроводов.
Однако трубы из высокопрочного чугуна широко используются в водопроводных сетях. из-за его хорошей устойчивости к коррозии.
Другим примером использования чугуна являются крышки люков для дренажа.
Существуют и другие типы чугуна, которые также используются для различных промышленных целей, кроме трубопроводов.Такие как серый чугун (ASTM A48), белый чугун, ковкий чугун (ASTM A47), A74, A746.
Литая сталь
Литая сталь — это черный металл, содержащий менее 2% углерода по весу.
Литая сталь используется в различных литейных материалах в обрабатывающих отраслях промышленности. Используется при производстве корпуса клапана и литых фитингов.
ASTM A216 Gr WCB, A352 Gr LCB / C являются примерами марок литой стали.
Углеродистая сталь (CS)
CS также подходит под определение литой стали, но основное отличие заключается в способе производства.Изготавливается методами прокатки, ковки и волочения.
Это широко используемый материал для трубопроводов в перерабатывающей промышленности.
Железо является основным элементом этого типа, а другие элементы в незначительном количестве.
Имейте в виду, что это легированная сталь.
Другие элементы, присутствующие в CS, являются как металлическими, так и неметаллическими по своей природе
Металлические легирующие элементы, присутствующие в CS:
Марганец, Никель, Хром, Молибден, Ванадий, Алюминий, Медь, Кремний и т. Д.
Неметаллические легирующие элементы, присутствующие в CS:
Углерод, Фосфор, Сера и т. Д.
Эти легирующие элементы по-разному влияют на металл, некоторые из этих элементов при добавлении в расчетном количестве значительно улучшают качество материала. недвижимость
Классификация углеродистой стали
В зависимости от содержания углерода сталь может быть классифицирована как
Низкоуглеродистая сталь: в которой углерод находится в диапазоне от -0.От 05% до 0,25%
Среднеуглеродистая сталь: в которой содержание углерода находится в диапазоне от -0,25% до 0,5%
Высокоуглеродистая сталь находится в диапазоне от -0,5% до менее 2%
Здесь вы можете увидеть некоторые из наиболее часто используемых марок материалов CS в технологических трубопроводах.
Для труб: ASTM A53 Gr A / B, A106 Gr A / B / C, API 5L Gr B
Для кованых изделий: ASTM A234 Gr.WPA / B, A420 Gr.WPL6
Для кованых изделий: ASTM A105 , A350 Gr LF1 / LF2, A181
Труба ASTM A53, сталь, черная и горячеоцинкованная, оцинкованная, сварная и бесшовная
ASTM A106 Бесшовная труба из углеродистой стали для работы при высоких температурах
Труба ASTM A134, сталь , Электросварная (дуговая) сварка (размеры NPS 16 и более)
ASTM A135 Стальная электросварная труба сопротивлением
ASTM A139 Стальная электросварная (дуговая) сварка ASTM A139 (NPS 4 и более)
ASTM A182 Кованые или катаные фланцы для труб из легированной стали, кованые фитинги, клапаны и детали для работы при высоких температурах
ASTM A252 Сварные и бесшовные стальные трубные сваи
ASTM A333 Бесшовные и сварные стальные трубы для работы при низких температурах
ASTM A335 Бесшовные трубы из ферритной легированной стали для работы при высоких температурах
ASTM A369 Углерод и Fe Кованые и расточные трубы из легированной стали для работы при высоких температурах
Стандартные технические условия ASTM A381 для стальных труб, сваренных дуговой сваркой, для использования в системах передачи высокого давления
ASTM A426 Центробежно литые трубы из ферритной легированной стали для работы при высоких температурах
ASTM A523 Бесшовные и электросварные стальные трубы с гладким концом для трубных кабельных цепей высокого давления
ASTM A524 Бесшовные трубы из углеродистой стали для атмосферных и более низких температур
ASTM A530 Общие требования к специализированным трубам из углеродистой и легированной стали
ASTM A691 Труба из углеродистой и легированной стали, сваренная электросваркой плавлением для работы под высоким давлением при высоких температурах
ASTM A694 Поковки из углеродистой и легированной стали для фланцев, фитингов, клапанов и деталей для трубопроводов высокого давления
ASTM A714 Высокопрочная сварная и бесшовная стальная труба из низколегированной стали
ASTM A733 Сварная и бесшовная углеродистая сталь и Aus Трубные ниппели из нержавеющей стали tenitic
Резьбовые соединения ASTM A865, стальные, с черным или оцинкованным (оцинкованным), сварные или бесшовные, для использования в соединениях стальных труб
Стальные трубопроводные трубы ASTM A984, черные, с гладким концом, с электрическим сопротивлением- Сварная
Стальная трубопроводная труба ASTM A1005, черная, гладкий конец, продольный и спиральный шов, двойная дуговая сварка под флюсом
Стальная трубопроводная труба ASTM A1006, черная, гладкий конец, сварная лазерным лучом
включений и микроструктура стальных сварных швов с добавлением наноразмерного оксида титана
Наноразмерные частицы TiO ₂ частиц были добавлены непосредственно в сварочную ванну через электрод для затруднения точного контроля кислородного потенциала и параметров технологической обработки.Проанализированы характеристики фазового превращения и термическое поведение включений для систем Fe-C-Mn-Si-Ti-O и Fe-C-Mn-Si-TiO ₂. Результаты показывают, что добавленные частицы TiO ₂ более полезны для образования комплексного включения Mn-Ti-O и могут вызывать снижение температуры фазового превращения аустенита в феррит. Внутризеренный феррит может быть получен при условии непрерывного охлаждения превращения со скоростью охлаждения 293 К / с – 373 К / с.Включения в стальных сварных швах имеют сферическую форму и в основном состоят из TiO ₂, Ti ₃ O ₅, Ti ₂ O ₃, MnO и SiO ₂. Средний размер включений 0,67 мкм м. Эти сложные включения могут давать большое количество зародышей для их осаждения при более высокой температуре, что нарушит рост столбчатого кристалла во время затвердевания. Более того, Mn-содержащие оксиды титана будут способствовать превращению аустенита во внутризеренный феррит с образованием обедненных марганцем зон в стальных сварных швах вокруг оксидов.Таким образом, можно сделать вывод, что наноразмерный оксид титана, добавляемый непосредственно в сварочную ванну, можно эффективно использовать для контроля фазового превращения и достижения мелкой и благоприятной микроструктуры.
1. Введение
Титан — один из наиболее эффективных легирующих элементов для улучшения механических свойств материалов в сталеплавильном производстве и сварочной металлургии. Это связано с тем, что Ti-содержащие фазы, такие как TiC, TiN, Ti (CN), TiO _x и MnTiO _x, могут подавлять рост зерна за счет эффекта закрепления Зенера, приводящего к измельчению зерна, а также могут действовать. как центры зарождения игольчатого феррита [1–4].Среди этих фаз комплексные включения, содержащие оксид титана, признаны одними из наиболее эффективных [5, 6]. Оксиды титана, такие как TiO, TiO ₂, Ti ₂ O _3, и Ti ₃ O ₅, являются мощными ядрами зародышеобразования во время кристаллизации и твердофазного превращения из-за их высокой температуры плавления и высокой стабильности. Они имеют относительно низкое несоответствие ферриту в определенных ориентациях, и поэтому можно ожидать, что их присутствие в сталях будет способствовать существенному внутризеренному образованию феррита за счет когерентности решетки [7].Кроме того, предполагается, что эффективность TiO2 для внутризеренного зародышеобразования при включении связана с небольшим отклонением от правильно ориентированного феррита [8], а эффективность TiO ₂, как предполагается, связана с высвобождением кислорода для обезуглероживания соседней стальной матрицы, что выгодно для зародышеобразования феррита [9]. В случае Ti ₂ O ₃, развитие локальных обедненных марганцем зон (MDZ) вокруг частиц было наиболее влиятельной гипотезой [5, 10].
Следует отметить, что размер, форма, химический состав и распределение включений, содержащих оксиды титана, оказывают очевидное влияние на микроструктуру и свойства стальной продукции.Подходящий размер и количество включений, которые могут способствовать образованию внутризеренного феррита, составляют, соответственно, 0,25 мкм м – 0,8 мкм м и 1,0 ⁷–1,0 ⁶ мм ^–3 [8, 11] . Так, необходимое содержание кислорода в стали раскисления титана составляет 0,0015–0,008% [12]. Hiroki et al. изучили влияние содержания кислорода и условий охлаждения на микроструктуру. Результаты показали, что больше включений будет получено с увеличением содержания кислорода и скорости охлаждения [13].Причем, чем выше скорость охлаждения, тем мельче включения [14]. Таким образом, содержание титана и кислородный потенциал, а также производственные параметры имеют решающее значение для размера и количества включений. Однако контролировать эти параметры сложно. Таким образом, в этом исследовании был принят альтернативный метод, при котором оксид добавлялся непосредственно в расплавленную сварочную ванну через электродное покрытие.
Целью данного исследования является анализ влияния добавки оксида на термодинамику и кинетическое поведение включений и фазовое превращение для сварных швов низколегированной высокопрочной стали.
2. Экспериментальная работа
В эксперименте была принята низколегированная прокатная сталь с составами 0,12% C, 1,5% Mn и 0,5% Si. Чтобы избежать количественного контроля кислородного потенциала и параметров сварки, 0,2% частиц TiO ₂ со средним размером 50–100 нм добавляли непосредственно в сварочную ванну через электродное покрытие. Для агломерационных характеристик наноматериалов оксиды титана были предварительно обработаны нанопокрытием и ультразвуковой технологией, которая может обеспечить равномерный переход оксида и улучшить коэффициент переноса.
Сварные швы готовили с параметрами сварки: сварочным током 120 А, сварочным напряжением 30 В и скоростью сварки 3 мм / с. Размер основного металла 200 мкм. В качестве сварочного аппарата был выбран сварочный аппарат THERMALARC-MASTER 351.
Фазовое превращение стальных швов с системой Fe-Mn-Si-Ti-O и системой Fe-Mn-Si-TiO ₂ в условиях непрерывного охлаждения было проанализировано с помощью технологии термического моделирования. . Скорость охлаждения при имитационном тесте составляла 293–373 К / с.Этот тест проводился цифровым автоматическим дилатометром Formastor IV.
Для детального анализа включений был принят метод кислотного растворения для сбора включений в основании металла сварного шва в соответствии с ASTM E194290. В этом тесте использовали поликарбонатную мембрану Nuclepore диаметром 47 мм и диаметром пор 0,08 мкм. Сначала три грамма металла шва растворяли в 100 мл соляной кислоты при 353 К. Затем раствор фильтровали через поликарбонатную мембрану и включения отфильтровывали с последующей кислотной промывкой и промывкой деионизированной водой.Наконец, мембрана с включениями была высушена.
GX-51 Оптическая микроскопия Olympus использовалась для анализа микроструктуры. Для анализа морфологии и химического состава сложных включений использовались сканирующая электронная микроскопия (SEM) PHILIPS-XL30 с энергодисперсионным спектрометром (EDS) и просвечивающая электронная микроскопия (TEM) JEM2010.
3. Термодинамическое поведение
Когда титан добавляется в жидкую сталь при определенном содержании кислорода, протекают следующие реакции [15]: где — стандартное изменение свободной энергии Гиббса, Дж / моль.
Исследования показали, что Ti ₃ O ₅ является наиболее стабильной фазой, а затем Ti ₂ O ₃ при тех же условиях температуры и содержания кислорода. При более низком содержании кислорода TiO и TiO ₂ не могут быть обнаружены в стальной жидкости [15]. Для стали с 0,015% Ti и 0,0018% –0,0077% O продуктом реакции является Ti ₂ O ₃, а не TiO ₂ при 1873 K [16]. Только при более высоком содержании кислорода может образоваться TiO ₂.Такие же результаты были получены Zhuo et al. Они указали, что при активности кислорода 0 ⁻⁵ наиболее стабильным оксидом титана является Ti ₂ O ₃ [17].
Кроме того, марганец в стали может влиять на химический состав продуктов реакции. Если марганец существует, реакция будет [15, 17]
Для стали с 1,65% Mn и 0,01% Ti, когда содержание кислорода составляет 0,003%, комплексное включение Mn-Ti-O будет формироваться во время затвердевания.Но когда содержание кислорода падает до 0,001%, в стали можно найти только оксид титана [16]. Так, более стабильными включениями, образующимися в расплаве Fe-Mn-Ti-O, были Ti ₃ O ₅, Ti ₂ O ₃, а также MnTiO ₃ и MnTiO ₃ -Ti ₂ O ₃ можно получить только при более высоком содержании кислорода.
Когда TiO ₂ был добавлен непосредственно в жидкую сталь, TiO ₂ с Ti ⁴⁺ будет разлагаться до субхлоридов титана, и может происходить реакция между Mn и оксидами титана.Реакции [6, 17] Итак, включения в основном состоят из Ti ₃ O ₅, Ti ₂ O ₃, TiO _2, и MnTi ₂ O ₅.
Для дальнейшего понимания характеристик фазового превращения и теплового поведения включений был проведен расчет термодинамического равновесия (как показано на рисунках 1 и 2 и в таблице 1). Фазы раствора, образующиеся в системе Fe-Mn-Si-Ti-O и Fe-Mn-Si-TiO ₂, следующие: шлак Ti ₂ O ₃ -TiO ₂ -MnO, Allmeniter (ILME ) Ti ₂ O ₃ -MnTiO ₃, Псевдобрукит (PSEU) Ti ₃ O ₅ -MnTi ₂ O ₅, Титан-шпинель (TiSp) MnTi ₂ O ₄ и родонит (Rhod) MnSiO ₃.
Сталь Начальная температура шлака (К) Жидкость → δ начальная температура (К) δ → γ 1890 начальная температура 903 δ → γ конечная температура (K) γ → α начальная температура (K) γ → α конечная температура (K)
Ti О 2042.8 1784,9 1752,7 1748,3 1108,1 954,5
0,2% TiO ₂ 2437,5 1785,5 110905 9038 9038 9038 9038 905 9038 9038 9038 9038 9038
Для системы Fe-Mn-Si-Ti-O шлак выделяется при 2042,8 К. Он состоит из 55,3% Ti ₂ O ₃, 32,8% TiO ₂, 7,3% MnO, и небольшое количество других оксидов (как показано на Рисунке 1 (c)).При понижении температуры PSEU формировался при 1640–1940 K, а затем трансформировался в ILMEA при температуре ниже 1640 K (как показано на рисунке 1 (b)). В отличие от системы Fe-Mn-Si-Ti-O, для системы Fe-Mn-Si-TiO ₂ шлак выделяется при более высокой температуре (2437,5 K). Он в основном состоит из 53,1% Ti ₂ O ₃, 29,1% TiO ₂, 6,7% MnO и 13,1% других оксидов (как показано на Рисунке 2 (c)). Более того, твердый раствор в основном состоит из PSEU и Rhod (как показано на рисунке 2 (b)).Это указывает на то, что TiO ₂ в жидкости может способствовать образованию Ti ₃ O ₅ и MnTi ₂ O ₅.
Из таблицы 1 видно, что температура затвердевания и фазового превращения для системы Fe-Mn-Si-TiO ₂ выше, чем у системы Fe-Mn-Si-Ti-O. Это связано с тем, что в добавленной жидкости TiO ₂ при 1750 K – 1800 K больше твердых растворов (около 0,21% PSEU и 0,03% шлака). Но только 0,023% PSEU существует в системе Fe-Mn-Si-Ti-O.Существующие частицы в жидкости могут действовать как гетерогенные зародыши, уменьшая критическую энергию зародышеобразования, что приводит к повышению температуры. Кроме того, аустенит в системе Fe-Mn-Si-TiO ₂ имеет более высокую стабильность. Начальная температура ниже, но конечная температура выше. Результаты показывают, что добавленная система TiO ₂ полезна для образования промежуточной микроструктуры.
При температуре около 1100 К (температура превращения) включения в добавленной системе TiO ₂ представляют собой Ti ₃ O ₅ и MnTi ₂ O ₅ (как показано на рисунках 2 (b) и 2 ( г)).Однако включения в системе Fe-Mn-Si-Ti-O представляют собой ILMEA, которые в основном состоят из Ti ₂ O ₃. Ti ₃ O ₅ — наиболее стабильная фаза. Более того, комплексные включения MnO-TiO _x были признаны одними из эффективных включений для измельчения зерна и зарождения внутризеренного феррита [18–21]. Это связано с тем, что оксид титана может поглощать некоторые элементы из подложки из-за наличия большого количества катионных вакансий [5, 9].Кроме того, марганец с ионным радиусом 0,070 нм имеет кристаллическую структуру, аналогичную титану (Ti ⁺² 0,090 нм, Ti ³⁺ 0,076 нм и Ti ⁴⁺ 0,068 нм), что приводит к тому, что атомы марганца вполне растворим в этой структуре. Поэтому есть основания полагать, что поглощение марганца из стальной матрицы частицами оксида титана, диспергированными в сталях, вероятно, является термодинамическим процессом [18]. Известно, что коэффициент диффузии марганца в аустените между 1300 К и 1600 К составляет порядка 10 ^-14 м ² / с, а растворимость марганца в катионном центре фазы оксида титана превышает 10 ат.%. при 1473 К [19, 20].Такой ограниченный коэффициент диффузии марганца в аустените и высокая растворимость марганца в оксиде титана могут способствовать формированию и сохранению MDZ вокруг оксида титана. Рисунок 3 еще раз подтверждает результат.

4. Результаты и обсуждение
4.1. Характеристики преобразования при непрерывном охлаждении
В таблице 2 показаны результаты испытаний дилатометром. При скорости охлаждения 373 К / с температура фазового превращения находится в диапазоне от 989 К до 584 К для системы Ti-O и от 951 К до 718 К для 0.2% TiO ₂ добавлен корпус. Кроме того, микроструктура системы Ti-O состоит из мартенсита, бейнита и доэвтектоидного феррита (как показано на рисунке 4 (b)). Однако в добавленной системе TiO ₂ образуется только внутризеренный феррит (как показано на рисунке 4 (а)). Аналогичное явление имеет место для случая со скоростью охлаждения 293 К / с. Результаты показывают, что в неравновесных условиях TiO ₂ благоприятен для образования микроструктуры с промежуточной температурой, особенно в случае режима быстрого охлаждения при сварке.
5 Температура отделки05 55395 Мартенсит3 9039 9039 9039 9039 903 903 903 903 903 9039 989
903 903 903 9039 5 Игольчатый феррит
Сварной металл Скорость охлаждения (К / с) Микроструктура Температура фазового превращения (К)
Начальная температура
Ti-O 293 Феррит 1302 954
Бейнит 891 771
931
Бейнит 811 725
Мартенсит 657 584
782
373 951 718
4.2. Включения в металле сварного шва
На рис. 4 показаны морфология и химический состав включений в 0,2% TiO ₂, добавленном в металл сварного шва. Большинство включений имеют сферическую форму (как показано на рисунке 5 (а)), а основной химический состав — это Ti, Si, O, Mn и S (как показано на рисунке 5 (b)). Сложное включение имеет черную сердцевину с белым окружением (как показано на рисунке 6). Анализ химического состава показывает, что ядро - это оксид титана, а внешний слой — оксиды марганца и оксид кремния.Кроме того, комплексные включения Ti-Mn-Si-O имеют средний размер 0,67 мкм мкм, которые могут действовать как центры зародышеобразования, способствуя твердофазному превращению. Результаты согласуются с расчетными результатами.

4.3. Микроструктура металла сварного шва
На рис. 7 представлена микроструктура металла шва. Из результатов 3 и 4.2 видно, что во время затвердевания в жидкости существует множество суспендирующих частиц комплексных включений Mn-Ti-O, которые могут обеспечивать большое количество эффективных гетерогенных ядер зародышеобразования, приводя к измельчению микроструктуры кристалла за счет нарушения направление роста столбчатого кристалла (как показано на рисунке 7 (b)).В последующем процессе охлаждения мелкозернистый внутризеренный феррит может быть получен в сварном шве стали с добавлением TiO ₂, как показано на рисунках 7 (a) и 8.

Включения в сварном шве стали с добавлением TiO ₂ в основном состоят из Ti. ₂ O ₃, Ti ₃ O ₅ и MnTi ₂ O ₅. С понижением температуры содержание MnTi ₂ O ₅ увеличивается. Содержание марганца увеличивается с 6,43% при начальной температуре (1105.9 К) до 6,86% при конечной температуре (956,9 К). Результаты EDS показывают, что содержание марганца в металле шва, окружающем включение на Рисунке 8, составляет 1,45%, что ниже, чем (1,63%) в металле шва вдали от включений. Таким образом, MDZ хорошо развиты вокруг частиц, диспергированных в матрице стального сварного шва, которые будут увеличивать зарождающуюся движущую силу и способствовать образованию внутризеренного феррита. Byun et al. указывают на то, что доля площади внутризеренного феррита связана с содержанием Mn в MDZ [6, 22].Чем ниже содержание марганца, тем выше будет содержание внутризеренного феррита. Таким образом, комплексные включения благоприятны для зарождения внутризеренного феррита, поскольку приводят к перераспределению элементов.
5.
Включения C
Было изучено влияние TiO ₂, добавленного непосредственно в стальную жидкость, на включения и фазовое превращение. Результаты термодинамических расчетов показывают, что TiO ₂ в жидкости может способствовать образованию стабильных твердых растворов, Ti ₃ O ₅ и MnTi ₂ O ₅.Кроме того, стабильность аустенита в системе Fe-Mn-Si-TiO ₂ выше. Начальная температура ниже, но конечная температура выше, что способствует образованию промежуточной микроструктуры.
В условиях непрерывного охлаждения в TiO ₂ добавленных стальных сварных швах со скоростью охлаждения 273–373 К / с обнаруживается только внутризеренный феррит. Включения в стальных сварных швах имеют сферическую форму и состоят из TiO ₂, Ti ₃ O ₅, MnO, SiO _2, и MnS.Средний размер 0,67 мкм м. Причем, чем ниже температура, тем больше марганца в комплексном включении. Таким образом, помимо образования центров зародышеобразования, комплексные включения могут приводить к образованию MDZ на границе включения из-за поглощения оксида титана марганцем и вызывать удаление элементов, стабилизирующих аустенит, в матрице, прилегающей к включениям. Следовательно, во время трансформации существует повышенная термодинамическая движущая сила для образования внутризеренного феррита в сварном шве стали с добавлением TiO ₂.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.
Благодарности
Это исследование финансируется Национальным фондом естественных наук (№ 51304059) и Фондом естественных наук провинции Хэбэй (№ E2011202113). Авторы хотели бы поблагодарить профессора X. Y. Song (Пекинский технологический университет) и профессора К. Хака (GTT-Technologies, Херцогенрат, Германия) за их ценные обсуждения в ходе настоящего исследования.
Защита нижней кромки сварного шва от окисления при сварке труб
Высокое качество сварных швов на трубах и трубах может быть обеспечено только в том случае, если нижний валик сварного шва защищен от окисления. Различные доступные методы, с помощью которых может быть обеспечена защита, называются продувкой , .
ПРОЦЕСС ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ПРОДУВКИ
Предварительная продувка используется для вытеснения воздуха, присутствующего в системе трубопроводов или объеме плотины. Время предварительной продувки зависит от множества факторов, таких как диаметр трубы, объем продувки и максимально допустимый уровень кислорода.
Распространенное заблуждение состоит в том, что увеличение скорости продувочного потока сокращает время продувки. Это неточно. Увеличение скорости потока увеличивает турбулентность и приводит к нежелательному смешиванию продувочного газа и воздуха и может фактически увеличить время продувки. Как правило, расход и время предварительной продувки должны допускать примерно пять изменений объема в системе трубопроводов или объеме плотины, но типичный расход газа будет в районе 20 л / мин.
Сварные швы, для которых требуется зазор в корне или плохое согласование концов, обе характеристики которых создают нежелательный путь утечки продувочного газа, могут быть герметизированы снаружи с помощью ленты.(Ссылка «Передовые методы очистки сварных швов: руководство по очистке сварных швов»)
Уровни кислорода и влаги в продувочном газе следует проверять с помощью «Weld Purge Monitor®» и / или соответствующего оборудования с проверкой на выходе. Если используются вставки для дамбы, выходное отверстие необходимо удлинить гибкой трубой до удобного для доступа положения. Если это нецелесообразно, следует использовать систему, в которой вход и выход для продувки находятся в одном блоке плотины.
Пока 0.1 процент (1000 частей на миллион) остаточного кислорода является подходящим рабочим уровнем для таких материалов, как нержавеющая сталь и дуплексная сталь, уровень должен быть ниже в биофармацевтическом, пищевом, молочном и полупроводниковом секторах, где сейчас требуется 0,05 процента (500 частей на миллион). ) или менее.
ПРОЦЕСС СВАРОЧНОЙ ПРОДУВКИ
Когда качество газа в перекрываемом объеме достигнет необходимого уровня, поток газа можно уменьшить примерно до 5 л / мин для операции сварки. На более практическом уровне должно быть возможно почувствовать поток газа из точки выхода.Чрезмерный поток может вызвать повышение внутреннего давления в трубе и создать вогнутость в геометрии корня шва, а в более крайних случаях может вызвать полный выброс расплавленной сварочной ванны.
На стыках, которые не полностью герметизированы для ограничения утечки, потребуется более высокая скорость потока, чтобы избежать загрязнения. Однако к концу сварочного цикла, когда соединение становится полностью герметичным, расход газа необходимо уменьшить, чтобы избежать избыточного давления.
МЕТОДЫ ПРОДУВКИ СВАРКИ
Существует шесть основных методов продувки труб:
Застрявшая бумага или другие посторонние предметы
Открытая труба
Водорастворимые диски
Раздвижные механические заглушки
Гибкие диски
Надувные системы
НАВИНТОВАЯ БУМАГА ИЛИ ДРУГИЕ ИНОСТРАННЫЕ ОБЪЕКТЫ
Как правило, простые и недорогие решения вполне могут служить для обеспечения ограниченной защиты, но они далеко не полностью надежны.Трудно поверить, что некоторые до сих пор считают использование скрученных газетных или картонных дисков для блокировки трубы с каждой стороны стыка эффективным и адекватным уплотнением, на которое можно положиться.
Даже если они не загорелись во время сварочного цикла, проблема удаления после завершения соединения рассматривается редко. Более того, столь же невероятно, что можно было бы получить и адекватный уровень очистки или даже удержать его, если он будет достигнут, в соответствии с сегодняшними стандартами контроля качества.
ЭКСПЛУАТАЦИЯ ОТКРЫТЫХ ТРУБ
Для труб малого диаметра, скажем, до 10 мм, использование непрерывного потока инертного газа без уплотнений не является редкостью.Воздух заменяется поступающим инертным газом. Однако он не учитывает возможность турбулентности и, следовательно, захвата кислорода.
Непрерывный поток газа также может быть дорогостоящим, поскольку стоимость инертного газа за последние годы значительно возросла. Поскольку желательно блокировать небольшое расстояние по обе стороны от сварного шва, чтобы улучшить контроль над процессом контроля продувки и окончательный профиль сварного шва, по возможности лучше использовать профессионально сделанные системы.
Начиная с 1 дюйма, теперь доступны надувные системы под торговой маркой PurgElite®.

Обзор линейки систем продувки надувных сварных швов PurgElite® для трубы и трубы диаметром 1 дюйм.
РАЗДВИЖНЫЕ МЕХАНИЧЕСКИЕ ЗАГЛУШКИ
Раздвижные механические заглушки для труб могут быть очень эффективными и дешевыми. Они широко используются для испытания труб под давлением, а серийное производство означает низкую стоимость. Площадь запаивания велика, а время, необходимое для подготовки, относительно невелико.
Доступны заглушки
с диаметром покрытия от 12 мм (1/2 дюйма) до 1200 мм (48 дюймов), и в то время как меньшие заглушки доступны с нейлоновым корпусом, алюминий и сталь используются более 150 мм.Таким образом, более крупные и, следовательно, более тяжелые версии могут быть трудно вставлять и снимать, если линия стыка находится на расстоянии более 500 мм от точки доступа.
РАСТВОРИМЫЕ БАРЬЕРЫ
Растворимые барьеры, обрезанные по размеру трубы и приклеенные по внутреннему диаметру, обеспечивают некоторую степень защиты, а диски можно удалить, промыв их водой после использования. Связь с трубой может быть подвержена утечкам, и известно, что дамбы взорвались из-за энтузиазма оператора, увеличивающего поток газа.
Кроме того, подготовка может потребовать значительных затрат времени и навыков. Водорастворимая пленка обычно предпочтительнее бумаги. Растворимый пленочный клей легче наносится по всей поверхности трубы и обеспечивает отличную адгезию. Бумага содержит большое количество воды, которая может испаряться во время сварки, подвергая сварной шов риску загрязнения.
Ассортимент продуктов для продувки растворимой пленкой Argweld® и расширяемых трубных заглушек производится в Великобритании и доступен со склада.Комплекты пленок подходят для изготовления сварных швов небольшими объемами, когда время не имеет значения и доступ к стыкам легко доступен. Доступны версии из бумаги и инженерного пластика, но бумажные версии могут не подходить для работы на стройплощадке из-за их хрупкости.
http://youtu.be/RhEmI7bR-sc
Демонстрация линейки систем продувки надувных сварных швов Argweld®.
При нанесении требуются время, сноровка и терпение, а пленочные перегородки можно вставлять только так далеко от доступа к трубе, насколько может дотянуться инженер.
ГИБКИЕ «ФЛОПИ-ДИСКИ»
Доступны гибкие «гибкие» диски, соединенные гибкой трубкой. Их можно быстро развернуть, и их легко снять после сварки, так как сборку можно вынуть за сварной шов. Однако надежность вызывает сомнения, поскольку уплотнение диска и трубы зависит от очень небольшой площади контакта. Некоторые из них имеют полужесткую соединительную трубку, и это может быть неподходящим, если систему необходимо использовать по обе стороны от острого изгиба трубы. Рабочий диапазон этих систем также очень невелик.
Надувные уплотнения представляют собой единственную полностью надежную систему продувки. Современное оборудование было разработано для обеспечения полностью интегрированного контроля давления продувки. Использование инертного газа минимально, и они совместимы с использованием на объекте, где необходимо быстро и эффективно выполнить несколько сварных швов одного диаметра.
Последние новаторские разработки конструкторов привели к появлению ряда новых достижений в производстве оборудования. Это:
PurgeGate ™ добавлен во все системы QuickPurge®.Это запатентованное устройство предотвращает избыточное давление в надувных продувочных системах, даже когда операторы пытаются увеличить давление, чтобы увеличить поток продувочного газа для сварки.
Осветительная лента RootGlo® теперь закреплена вокруг 360 градусов от центральной линии системы QuickPurge®.
Внутри темной трубы центрирующая полоса ярко светится, давая сварщикам возможность увидеть все аспекты юстировки продувочного устройства и качество корня шва во время сварки. Лента продолжает светиться в течение 12 часов, прежде чем ее нужно вернуть на дневной свет для подзарядки.
IntaCal® — это готовая откалиброванная система выпуска газа для безопасного надувания дамб и очистки промежутков между ними. IntaCal® устраняет необходимость в дорогостоящих и сложных системах клапанов, требующих предварительной настройки перед каждой сваркой. Этот трудоемкий процесс теперь устранен, как и предыдущая проблема неправильной настройки клапанов, которая часто приводила к разрыву дамб.
Weld Purge Monitor® выхлопные газы подаются непосредственно из соответствующего красного шланга 6 мм в красный шланг Weld Purge Monitor® 6 мм.Использование герметичного быстроразъемного соединения 6 мм устраняет пути утечки, вызванные другими системами, которым необходимо адаптировать свои выпускные шланги большого размера к маленькому размеру шланга Weld Purge Monitor®. Weld Purge Monitors® можно настроить на автоматическое оповещение пользователя о достижении необходимого уровня кислорода.
ИЗДЕРЖКИ ПРОЦЕССА
Предоставление точных данных о сравнении затрат между различными методами продувки затруднено не в последнюю очередь потому, что диаметр трубы и толщина стенки имеют большое влияние на стоимость.Кроме того, нецелесообразно использовать некоторые типы водорастворимых перегородок в герметичных трубах или в трубах и трубах диаметром намного меньше 100 мм.
Пример затрат может быть предоставлен путем изучения различий между растворимой пленкой (заявленной как дешевая) и инженерно-надувными системами, которые можно увидеть в Таблице 1 . Из таблицы видно, что там, где необходимо выполнить несколько сварных швов на трубах одинакового диаметра, можно добиться реальной экономии средств при использовании систем продувки надувных труб в качестве герметизирующей среды.
Добавьте это к техническим преимуществам надежного уплотнения и простоты использования, и концепция надувной продувочной системы может предложить значительные преимущества. Производители Argweld® дополняют свой ассортимент полностью интегрированными системами продувки надувных труб, разработанными с учетом требований надежности на месте, и они стали мировым стандартом, одобренным всей производственной отраслью.
В приложениях QuickPurge® и PurgElite® используются новейшие инженерные разработки в области износостойких тканей и низкопрофильных газовых регулирующих клапанов.Они совместимы со стандартами, установленными ядерной промышленностью.
Системы продувки надувных труб
HotPurge ™ также доступны для использования при сварке труб из хромистой стали. HotPurge ™ использует материалы, которые способны выдерживать температуры до 700 ° C в течение 24 часов, поэтому их можно оставлять на месте в течение всего цикла предварительного нагрева, сварки и последующей термообработки.
Huntingdon Fusion Techniques, Stukeley Meadow, Burry Port, Carms SA16 0BU, Великобритания, +44 (0) 1 554 836 836, факс: +44 (0) 1 554 836 837, hft @untingdonfusion.com ,untingdonfusion.com.
Предотвращение коррозии при сварке нержавеющей стали
Сварка — чрезвычайно полезный навык. Он может позволить вам исправить многие вещи самостоятельно, поэтому, если вы собираетесь учиться, как это делать, у Pro Welder Guide есть отличные обзоры лучших на рынке (нажмите здесь, чтобы увидеть обзоры). Однако это не совсем безупречно, так как может вызвать разные проблемы с разными материалами. Нержавеющая сталь, безусловно, более устойчива, чем большинство металлических сплавов, но коррозия все еще вполне возможна в определенных средах, таких как среды с высокой соленостью, и особенно в результате сварки.Это серьезная проблема в пищевой промышленности, поскольку нержавеющая сталь является предпочтительным материалом для многих сопутствующих товаров, от столовых приборов до трубок.
Производители труб обычно используют инертные газы, такие как смесь аргона с диоксидом углерода, для предотвращения внешнего окисления во время сварки. Но внутренняя микробная коррозия может происходить даже при очень низком уровне кислорода, и предотвращение этого — более сложный процесс.
Предпочтительным методом является продувка сварного шва, когда во время сварки внутри трубы помещается надувная перегородка.Плотина используется для прокачки инертного газа по трубе и вымывания кислорода. Плотины изготавливаются из полимеров, чтобы гарантировать отсутствие риска загрязнения, и должны легко программироваться для измерения уровня кислорода и управления потоком и давлением газа с большой точностью.
Санитарные стандарты
3-A рекомендуют использовать нержавеющую сталь SAE 304 в пищевой промышленности из-за ее высокой коррозионной стойкости. Но когда дело доходит до материалов, которые вступают в контакт с пищевыми продуктами, даже малейшие дефекты могут привести к появлению бактерий, которые могут вызвать серьезные заболевания, поэтому производители никогда не должны быть слишком осторожными.
Испытания на коррозию помогают компаниям определить идеальные процедуры, обеспечивающие соответствие их материалов всем действующим нормам. Используя надлежащие методы тестирования, производители могут снизить риск коррозии до минимума.
Те, кто хочет сваривать самостоятельно, могут попробовать этот дешевый сварочный аппарат, если они только начинают заниматься сваркой.
Окислительное поведение сварных сталей для котельных труб ASTM-SA210 GrA1 в циклических условиях при 900 ° C на воздухе
Сталь для котельных труб
ASTM-SA210-Grade A1 была сварена дуговой сваркой в среде защитного металла (SMAW) и вольфрамовым электродом в среде инертного газа.Поведение сварных сталей к окислению оценивали в циклических условиях при 900 ° C. Визуальные наблюдения и термогравиметрические данные измерялись в конце каждого цикла. Наконец, масштаб был проанализирован с использованием рентгеновской дифракции, сканирующей электронной микроскопии / энергодисперсионных рентгеновских исследований. Анализ изображения с обратным рассеянием на СЭМ поперечного сечения толщины оксидной окалины был проведен для измерения оксидной окалины, образовавшейся на сварных сталях. Сталь, сваренная методом SMAW, показала большую скорость окисления (с точки зрения увеличения веса) по сравнению со сваркой TIG при температуре испытания 900 ° C, и это было связано с образованием большего количества трещин в оксидной окалине, а толстая оксидная окалина была обнаружена на ЗТВ и область сварного шва.
Введение
Ферритные стали, используемые в широком диапазоне применений в котлах, особенно в конструкции их водяных стенок, из-за их низкой стоимости, хороших механических свойств и устойчивости к коррозии при повышенных температурах. На типичных теплоэлектростанциях было обнаружено большое количество сварных швов, причем сварная деталь состоит из металла шва и зоны термического влияния (ЗТВ). ЗТВ — это область основного металла, которая подверглась воздействию во время сварки. Сварные компоненты сталей страдают от вредной микроструктурной деградации, большинство отказов в обслуживании, как сообщается, происходит в ЗТВ.Однако ни один сплав не может противостоять коррозии. Любые способы сварки, снижающие или устраняющие коррозию, увеличивают срок службы свариваемых деталей и их надежность [1, 2, 3, 4, 5, 6]. Во время термического цикла сварки в зоне термического влияния достигаются чрезвычайно высокие температуры, и это может привести к тому, что распределение карбидов может значительно отличаться от распределения исходного, неповрежденного основного металла. Первоначальные карбиды могут укрупниться, превратиться в последующие виды карбидов in situ или полностью раствориться и быть заменены дисперсией новых карбидов.Способ воздействия на карбиды зависит от таких факторов, как максимальная температура, время выдержки и скорость охлаждения. В процессе сварки вольфрамом в инертном газе образуется гораздо более узкая ЗТВ [7]. ЗТВ — это области, которые окисляются с гораздо большей скоростью из-за образования гораздо более обширного внутреннего окисления и образования пустот в субшкалах, чем в субшкалах металла сварного шва и областей основного металла [8]. Для большинства материалов циклическое испытание проводилось в течение 50 циклов, поскольку эта продолжительность считается достаточной для достижения устойчивого состояния окисления. Целью циклического нагружения было создание жестких условий для испытаний, поскольку эти условия представляют собой более реалистичный подход к решению проблемы. проблема коррозии металлов в реальных промышленных условиях [9, 10, 11, 12].
Это исследование представляет собой попытку сравнить окислительные свойства сварных сталей для котельных труб Gr A1 в циклических условиях на воздухе при 900 ° C. Рентгеновская дифракция (XRD) и сканирующая электронная микроскопия / энергодисперсионный рентгеновский анализ (SEM / EDX) были использованы для характеристики продукта коррозии после высокотемпературного окисления при 900 ° C.
Методика эксперимента
Выбор материалов и подготовка сварных деталей
Сталь для котельных труб
ASTM SA 210-GrA1 (GrA1) была выбрана в качестве материала-кандидата в экспериментальной работе.Эта сталь находит широкое применение в котлах, особенно в конструкции их водяных стен. Трубу котла (толщина 5 мм × диаметр 33 мм) разрезали на длину приблизительно 150 мм каждая. Каждая трубка была обработана для получения одной стандартной V-образной канавки с углом скоса 37,5 ⁰, постоянным корневым зазором 1 мм и поверхностью основания 1 мм. Перед сваркой трубка была тщательно очищена щеткой и ацетоном, чтобы удалить любой оксидный слой и грязь или жир, приставшие к трубке. Трубки сваривали между собой дуговой сваркой в среде защитного металла (SMAW) с использованием электрода с основным покрытием E7018 и методами сварки вольфрамовым электродом в среде защитного газа с использованием газообразного аргона чистотой 99% с присадочной проволокой ER 70S-2 с постоянным током дуги 95 A.Подробные сведения о параметрах сварки приведены в таблице 1. Образцы, каждый размером примерно 20 × 15 × 5 мм ³, были вырезаны из частей сварных швов. Образцы были отполированы карбидокремниевой бумагой (класс 220) и наждачной бумагой (1/0, 2/0. 3/0, 4/0), затем шлифованы кругом перед окислением. Химический состав основного металла и электрода / присадочного металла приведен в таблице 2.
Таблица 1:
Параметры процесса сварки.
Виды процессов Напряжение дуги (В) Ток дуги (Ампер.) Средняя скорость сварки (мм / мин) № прохода Среднее тепловложение (Дж / см) Электрод / присадочная проволока Расход газа (л / мин) Размер электрода / присадочной проволоки (мм)
TIG Руководство 12 95 46,93 4 14,575 AWS A5.18 ЭР 70 С-2 8 2,4
SMAW Руководство 22 95 140,47 2 8927 AWS A5.1 E7018 – 3,15
Таблица 2:
Химический состав (мас.%) Стали для котельных труб Gr A1 и электродов / присадочной проволоки, используемых в настоящем исследовании.
Материал С Мн Si S п. Fe
Основной металл 0.27 0,93 0,1 0,058 0,048 Баланс
Электрод E7018 0,08 1,2 0,52 0,016 0,015 Баланс
Присадочная проволока ER70S-2 0,05 1,15 0,45 0.018 0,02 Баланс
Испытание на высокотемпературное окисление
Исследования циклического окисления на воздухе проводились при температуре 900 ° C в лабораторной трубчатой печи из карбида кремния в течение 50 циклов. Каждый цикл состоял из 1 ч нагревания при 900 ° C с последующим 20-минутным охлаждением при комнатной температуре. Целью циклического нагружения является создание жестких условий для тестирования. Исследования проводились на сварных образцах для сравнения.Перед исследованиями на окисление образцы были отполированы до зеркального блеска. Во время экспериментов приготовленный образец держали в лодочке из глинозема и измеряли вес лодочки и образцов. Лодочки из оксида алюминия, использованные для исследований, предварительно нагревали при постоянной температуре 1200 ° C в течение 6–8 часов, и предполагалось, что их вес останется постоянным в ходе исследования высокотемпературного циклического окисления. Затем лодочка с образцом помещалась в горячую зону печи, установленную на температуру 900 ° C.Время выдержки в печи составляло 1 ч на неподвижном воздухе при изотермической температуре 900 ° С, после чего лодочка с образцом вынималась и охлаждалась при температуре окружающей среды в течение 20 мин. Измерения изменения веса проводились в конце каждого цикла с использованием электронных весов (модель 06120) с чувствительностью 10 ^–3 г. Любая шкала со сколами была также включена во время взвешивания для определения общей скорости коррозии. Были предприняты попытки сформулировать кинетику коррозии. После исследований окисления экспонированные образцы были проанализированы с помощью XRD и SEM-EDX анализа на дифрактометре Bruker AXS D-8 Advanced (Германия) с излучением Cu Kα со скоростью сканирования 1 ° / мин в диапазоне от 10 ° до 110 ° и Oxford ( Модель-6841) соответственно.Затем окисленные образцы вырезали по поперечному сечению с помощью прецизионной алмазной пилы Buehler (низкоскоростная пила, 04006, производитель США) и устанавливали для измерения толщины окалины в поперечном сечении.
Результаты и обсуждение
Визуальное наблюдение и анализ термогравиметрических данных на воздухе
Графики увеличения массы сваренных сталей на воздухе при 900 ° C показаны на рисунке 1, и на графиках можно увидеть, что прирост веса для обоих сварных швов был почти одинаковым в начальном количестве циклов вплоть до 14-го цикла, а затем после постепенного вырос.Из графика можно сделать вывод, что сталь, сваренная методом SMAW, показала максимальный прирост веса по сравнению со сталью, сваренной TIG. Количество отслоившихся весов также учитывалось при измерениях прибавки в весе. Цвет оксидной окалины во время начальных циклов сварки TIG был черновато-серым и стал светло-черным после 34-го цикла, трещины в оксидной пленке начали появляться в течение 30-го цикла. В то время как, как и в случае стали, сваренной методом SMAW, области сварного шва отображаются черным цветом в течение 14-го цикла, а трещины кажутся после 27-го цикла с небольшим сколом поверхности.Ширина трещин была сравнительно больше в случае стали, сваренной методом SMAW, чем в случае сварки TIG. Через эти трещины наблюдались оксидные выступы черновато-темно-серого цвета.
Рисунок 1:
График увеличения массы сварных сталей, подвергнутых воздействию воздуха при 900 ° C.
Поведение сварной стали было почти параболическим с параболическими константами скорости, K _p (10 ^–8 г ² см ^–4 с ^–1) = 20.365 (SMAW) и 13.074 (TIG), как показано на рисунке 2. Общее совокупное увеличение веса этих сварных деталей показано на рисунке 3.
Рисунок 2:
Квадрат прироста массы (мг / см ²) ² График для сварных сталей, подвергнутых воздействию воздуха при 900 ° C.
Рисунок 3:
Суммарный прирост веса сварных деталей.
Измерение толщины окалины
Толщина оксидной окалины, образовавшейся на сварном изделии (т.е.е. на металле сварного шва и HAZ), измеренные по BSEI, взятые вдоль поперечного сечения смонтированных образцов, изображения для всех образцов показаны на рисунке 4. Средние значения толщины шкалы, измеренные для области сварного шва сварных швов SMAW и TIG в стали, представлены 1,110 мм и 0,704 мм соответственно. В то время как средняя толщина окалины, измеренная для зоны HAZ сварных деталей SMAW и TIG, составляет 1,196 мм и 0,843 мм соответственно. Минимальная толщина окалины указывается для металла сварного шва TIG. Трещины на шкале ЗТВ SMAW.Изображение поперечного сечения оксидной окалины ЗТВ сварного изделия SMAW указывает на трещины прямо через окалину, в то время как разрушение оксидной окалины на границе раздела металл / окалина очевидно из рисунков 4 (b), (c) и (d) для HAZ SMAW и Стали, сваренные методом TIG, соответственно.
Рисунок 4:
СЭМ-изображение с обратным рассеянием поперечного сечения сварных сталей после циклического окисления на воздухе при 900 ° C в течение 50 циклов (a) металл шва (SMAW) (b) HAZ (SMAW) (c) металл сварного шва (TIG) (d) HAZ (TIG).
Рентгеноструктурные исследования
В данной среде оба сварных изделия имели Fe ₂ O ₃ в качестве основного компонента окалины, как показано на рисунке 5. В случае стали, сваренной методом SMAW, наблюдались более высокие пики интенсивности, чем в случае сварки TIG.
Рисунок 5:
Профили дифракции рентгеновских лучей для сварной стали GrA1 на воздухе при 900 ° C в течение 50 циклов.
Морфология поверхности чешуи
Фотографии
SEM, показывающие морфологию поверхности сварной стали после циклического окисления при 900 ° C на воздухе в течение 50 часов, показаны на рисунке 6.Было замечено, что окалина, содержащая искаженные зерна, состоит в основном из оксида железа. Сталь, сваренная методом SMAW, проявляет большее окисление по границам глобул. Верхняя окалина содержит большее количество оксида железа (99,44%) по сравнению с граничной областью, содержащей 99,11% оксида железа. В то время как оксидная окалина в зоне HAZ состоит в основном из оксида железа (99,01%) с небольшим количеством MnO (0,65%) в точке 2 на рисунке 6 (b). Область сварки TIG указывает на окалину, богатую Fe ₂ O ₃ (99.60%), как показал EDX. Оксидные выступы изнутри, состоящие в основном из Fe ₂ O ₃ (99,83%), обозначены точкой 1 Рисунок 6 (c). Верхняя окалина в зоне ЗТВ состоит из оксида железа Fe ₂ O ₃ и SiO ₂ (2,56%) в точке 2, тогда как внутренняя окалина (точка 1) состоит из 99,20% Fe ₂ O ₃ с небольшим количеством MnO Рисунок 6 (г).
Рисунок 6:
Морфология поверхности и EDX-анализ окалины сварных сталей GrA1, подвергнутых воздействию воздуха при 900 ° C (a) металл шва (SMAW) (b) HAZ (SMAW) (c) металл шва (TIG) (d) HAZ (TIG) .
Из рисунка 2 можно сделать вывод, что оба сварных шва показывают одинаковое увеличение веса в течение начального числа циклов вплоть до 14-го, но впоследствии увеличение веса происходит постепенно и почти соответствует закону скорости параболического окисления. Стойкость к окислению на воздухе была выше у стали, сваренной методом TIG, по сравнению с SMAW. Рентгеноструктурный анализ выявил в основном присутствие Fe ₂ O ₃ в масштабе обоих сварных швов с пиками высокой интенсивности в случае стали, сваренной методом SMAW.Fe ₂ O ₃ может образовываться за счет взаимной диффузии кислорода и взаимодействия с поверхностью металла. Об образовании Fe ₂ O ₃ также сообщили Сидху и Пракаш в качестве основного оксида в базовой стали [12]. С точки зрения измерений толщины окалины область сварного шва и ЗТВ сварного образца методом SMAW показывает большее окисление, чем области сварного шва и ЗТВ сварного TIG, причиной было развитие внутреннего окисления, большее количество трещин и отслоение окалины во время цикла окисления.Выкрашивание оксидной окалины было связано с разными значениями коэффициентов теплового расширения металла и оксидов, как это обсуждалось Янгом [13]. Результат XRD соответствует данным поверхностного EDX-анализа. В случае стали, сваренной методом SMAW, EDX-анализ показал, что верхняя и внутренняя окалина были богаче оксидом железа в областях сварного шва и ЗТВ, тогда как в случае области ЗТВ стали, сваренной методом TIG, в небольшом количестве наблюдался Si с основным оксидом железа. Присутствие Si в оксиде зоны HAZ сварного шва TIG может привести к меньшему окислению в данной среде.
Выводы
На основании термогравиметрических исследований в циклических условиях были сделаны следующие выводы:
Fe ₂ O ₃ был обнаружен в качестве основного оксида в сварных сталях GrA1, как показали рентгеноструктурный анализ и анализ EDS. Сталь, сваренная методом SMAW, показала больший прирост веса, чем сталь, сваренная методом TIG, и это было связано с образованием внутреннего окисления, большего количества трещин и отслаивания оксидной окалины, а более толстая оксидная окалина была обнаружена на HAZ и в области сварного шва (что подтверждено оксидной окалиной измерения толщины BSEI).
Обе сварные детали из стали GrA1 подчиняются параболическому закону на воздухе при 900 ° C. Максимальное растрескивание наблюдалось в случае сварки SMAW во время окисления на воздухе, что обеспечивает легкий путь диффузии коррозионных элементов, тогда как оно было наименьшим при сварке TIG.
Список литературы
[1] K. Laha, K.B.S. Рао и С.Л. Маннан, Матем. Sci. Eng., A129 (1990) 183–195. Поиск в Google Scholar
[2] Американское общество инженеров-механиков, «Кодекс ASME по котлам и сосудам под давлением», Code Case N-47, ASME, Fairfield, NY (1986).Искать в Google Scholar
[3] R.K.S. Раман, Металл. Мат. Пер. A, 26 (1995) 1847–1858.10.1007 / BF02670772 Искать в Google Scholar
[4] R.K.S. Раман и Дж. Б. Гнанамурти, Corrosion Sci., 34 (1993) 1275–1288.10.1016 / 0010-938X (93)
-W Поиск в Google Scholar
[5] Дж. Пиллинг и Н. Ридли, Metall. Пер. A., 13 (1982) 557–563.10.1007 / BF02644419 Поиск в Google Scholar
[6] П. Рой и Т. Лауритцен, Welding J. Research Suppl., 65 (1986) 45s – 52s. Искать в Google Scholar
[7] H.Б. Кэри, Современные сварочные технологии, Prentice Hall, Inc., Энглвудские скалы, Нью-Джерси (1979). Искать в Google Scholar
[8] R.K.S. Раман, Металл. Мат. Пер. A, 30 (1999) 2103–2113.10.1007 / s11661-999-0021-0 Искать в Google Scholar
[9] S.E. Садик, А.Х. Молла, М.С. Ислам, М. Али, M.H.H. Megat, S. Basri, Oxid. Металлы, 54 (2000) 385–400.10.1023 / A: 1004682316408 Искать в Google Scholar
[10] Р. Кумар, В.К. Тевари, С. Пракаш, Oxid. Металлы, 86 (2016) 89–98.10.1007 / s11085-016-9622-3 Искать в Google Scholar
[11] R.

Способы раскисления металла шва: Раскисление металла при сварке | Теория сварочных процессов

Раскисление металла при сварке | Теория сварочных процессов

Раскисление металла при сварке

Окисление и раскисление металла при сварке

Раскисление металла при сварке — Энциклопедия по машиностроению XXL

Раскисление металла сварочной ванны

Раскисление — металл — сварочная ванна

Раскисление — металл — сварочная ванна

Загрязнение металла шва — Процессы при сварке

Реклама:

Читать далее:

Статьи по теме:

Металлургические процессы при газовой сварке, кристаллизация металла шва

Рисунок 1 — Схема химической неоднородности по слоям кристаллизации в сварных швах

Кристаллизация металла шва

— Проволочные электроды Справочник

сталь | Состав, свойства, типы, марки и факты

Основной металл: железо

Узнайте о различных типах материалов труб из углеродистой стали

Полностью убитая углеродистая сталь против полуфабриката из стали

Чугун против литой стали

Чугун

Литая сталь

Углеродистая сталь (CS)

включений и микроструктура стальных сварных швов с добавлением наноразмерного оксида титана

1. Введение

2. Экспериментальная работа

3. Термодинамическое поведение

4. Результаты и обсуждение

4.1. Характеристики преобразования при непрерывном охлаждении

4.2. Включения в металле сварного шва

4.3. Микроструктура металла сварного шва

5.

Конфликт интересов

Благодарности

Защита нижней кромки сварного шва от окисления при сварке труб

Предотвращение коррозии при сварке нержавеющей стали

Окислительное поведение сварных сталей для котельных труб ASTM-SA210 GrA1 в циклических условиях при 900 ° C на воздухе

Введение

Методика эксперимента

Выбор материалов и подготовка сварных деталей

Испытание на высокотемпературное окисление

Результаты и обсуждение

Визуальное наблюдение и анализ термогравиметрических данных на воздухе

Рисунок 1:

Рисунок 2:

Рисунок 3:

Измерение толщины окалины

Рисунок 4:

Рентгеноструктурные исследования

Рисунок 5:

Морфология поверхности чешуи

Рисунок 6:

Выводы

Список литературы

Добавить комментарий Отменить ответ