|
|
1. Исходные материалы для металлургии руда, флюсы, огнеупоры, топливо пути повышения температуры горения металлургического топлива. Дайте определения и примеры химических формул
32. Дуговая сварка в углекислом газе: принципиальная схема, источники сварочного тока, сварочные материалы, режимы сварки, область применения.
Рис. 5.11. Виды сварки в защитных газах:
/ -
присадочный пруток или проволока; 2 — сопло; 3 — то ко подводя щи и мундштук; 4 — корпус горелки;" 5 -— неплавящийся вольфрамовый электрод; 6 — рукоять горелки; 7 — атмосфера защитного газа; 8 — сварочная Дуга; 9 — ванна расплавленного металл г»; 10 — кассета с проволокой; // — механизм подачи; 12 — плавящийся металлический электрод (сварочная проволока)
Сварку в углекислом газе выполняют только плавящимся электродом на повышенных плотностях постоянного тока обратной полярности (см. рис. 5.11, в, г). Такой режим обусловлен теми же особенностями переноса электродного металла и формирования шва* которые рассмотрены для сварки плавящимся электродом в аргоне.
При применении СО2 в качестве защитного газа необходимо учитывать некоторые металлургические особенности процесса сварки, связанные с окислительным действием СО2. При высоких температурах сварочной дуги СО2 диссоциирует на оксид углерода СО и кислород О, который, если не принять специальных мер, приводит к окислению свариваемого металла и легирующих элементов. Окислительное действие О нейтрализуется введением в проволоку дополнительного количества раскислителей марганца и кремния. Поэтому для сварки в СОв углеродистых и низколегированных сталей применяют сварочную проволоку с повышенным содержанием этих элементов (Св-О8ГС, Св-10Г2С и т. д.). На поверхности шва образуется тонкая шлаковая корка из оксидов раскислителей. Часто применяют смесь СО2 + 10 % О2. Кислород играет ту же роль, что и при добавке в аргон.
Сварка в атмосфере защитных газов в зависимости от степени механизации процессов подачи присадочной или сварочной проволоки и перемещения сварочной горелки может быть ручной, полуавтоматической и автоматической.
По сравнению с ручной сваркой покрытыми электродами и автоматической под флюсом сварка в защитных газах имеет следующие преимущества: высокую степень защиты расплавленного металла от воздействия воздуха; отсутствие на поверхности шва при применении аргона оксидов и шлаковых включений; возможность ведения процесса во всех пространственных положениях; возможность визуального наблюдения за процессом формирования шва и его регулирования; более высокую производительность процесса, чем при ручной дуговой сварке; относительно низкую стоимость сварки в углекислом газе.
Области применения сварки в защитных газах охватывают широкий круг материалов и изделий (узлы летательных аппаратов, элементы атомных установок, корпуса и трубопроводы химических аппаратов и т, п.). Аргонодуговую сварку применяют для цветных (алюминия, магния, меди) и тугоплавких (титана, ниобия, ванадия, циркония) металлов и их сплавов, а также легированных и высоколегированных сталей.
В углекислом газе сваривают конструкции из углеродистой и низколегированной сталей (газо- и нефтепроводы, корпуса судов и т. д.). Преимущество полуавтоматической сварки в С02 с точки зрения ее стоимости и производительности часто приводит к замене ею ручной дуговой сварки покрытыми электродами.
Для обеспечения устойчивости горения дуги с возрастающей характеристикой применяют источники сварочного тока с жесткой или возрастающей характеристикой.
Для питания сварочной дуги применяют источники переменного тока (сварочные трансформаторы) и источники постоянного тока (сварочные выпрямители и генераторы).
33. Аргонодуговая сварка: принципиальные схемы и разновидности, область использования.
Аргонодуговой сваркой можно сваривать неплавящимся и плавящимся электродами. Сварку неплавящимся электродом применяют, как правило, при соединении металла толщиной 0,5—б мм; плавящимся электродом — от 1,5 мм и более. В аргоне неплавящимся вольфрамовым электродом (ГЕЛ = 3370 °С) можно сваривать с расплавлением только основного металла (толщиной до 3 мм), а при необходимости получения усиления шва или заполнения разделки кромок (толщина более 3 мм) — и присадочного материала (прутка или проволоки). Последний подают в дугу вручную (рис. 5.11, а) или механизмом подачи (рис. 5.11,6).
/ — присадочный пруток или проволока; 2 — сопло; 3 — токоподводящий мундштук; 4 — корпус горелки; 5 — неплавящийся вольфрамовый электрод; 6 — рукоять горелки; 7 — атмосфера защитного газа; 8 — сварочная Дуга; 9 —• ванна расплавленного металла; 10 — кассета с проволокой; // — механизм подачи; 12 •— плавящийся металлический электрод (сварочная проволока)
Сварку в аргоне плавящимся электродом выполняют по схеме, приведенной на рис. 5,11,6, г. Нормальное протекание процесса сварки и хорошее качество шва обеспечиваются при высокой плотности тока (100 А/мм2 и более). При невысокой плотности тока имеет место крупнокапельный перенос расплавленного металла с электрода в сварочную ванну, приводящий к пористости шва, сильному разбрызгиванию расплавленного металла и малому проплавлению основного металла. При высоких плотностях тока перенос расплавленного металла с электрода становится мелкокапельным или струйным. В условиях действия значительных электромагнитных сил быстродвижущиеся мелкие капли сливаются в сплошную струю. Такой перенос электродного металла обеспечивает глубокое проплавление основного металла, формирование плотного шва с ровной и чистой поверхностью и разбрызгивание в допустимых пределах.
В соответствии с необходимостью применения высоких плотностей тока для сварки плавящимся электродом используют проволоку малого диаметра (0,6—3 мм) и большую скорость ее подачи. Такой режим сварки обеспечивается только механизированной подачей проволоки в зону сварки. Сварку выполняют на постоянном токе обратной полярности. В данном случае электрические свойства дуги в значительной степени определяются наличием ионизированных атомов металла электрода в столбе дуги. Поэтому дуга обратной полярности горит устойчиво и обеспечивает нормальное формирование шва, в то же время ей соответствуют повышенная скорость расплавления проволоки и производительность процесса сварки.
Сварку сталей часто выполняют в смеси Аг + 5 % О2. Кислород уменьшает поверхностное натяжение расплавленного металла, что способствует снижению критической плотности тока, при которой капельный перенос металла переходит в струйный. Одновременно повышается устойчивость горения дуги при относительно небольших токах, что облегчает сварку металла малой толщины.
34 . Автоматическая и механизированная сварка под флюсом: Принципиальные схемы, сварочные материалы, преимущества процесса и область применения.
Для автоматической дуговой сварки под флюсом используют непокрытую электродную проволоку и флюс для защиты дуги и сварочной ванны от воздуха. Подача и перемещение электродной проволоки механизированы. Автоматизированы процессы зажигания дуги и заварки кратера в конце шва. В процессе автоматической сварки под флюсом (рис. 5.10) дуга 10 горит между проволокой 3 и основным металлом 8. Столб дуги и металлическая ванна жидкого металла 9 со всех сторон плотно закрыты слоем флюса 5 толщиной 30—50 мм. Часть флюса расплавляется, в результате чего вокруг дуги образуется газовая полость, а на поверхности расплавленного металла — ванна жидкого шлака 4,
Для сварки под флюсом характерно глубокое проплавление основного металла. Действие мощной дуги и весьма быстрое движение электрода вдоль заготовки обусловливают оттеснение расплавленного металла в сторону, противоположную направлению сварки. По мере поступательного движения электрода происходит затвердевание металлической и шлаковой
покрытого твердой шлаковой коркой 6. Проволоку подают в дугу и перемещают ее вдоль шва с помощью механизмов подачи 2 и перемещения. Ток к электроду поступает через токопровод 1.
Основные преимущества автоматической сварки под флюсом по сравнению с ручной дуговой сваркой состоят в повышении производительности процесса сварки в 5—20 раз, качества сварных соединений и уменьшении себестоимости 1 м сварного шва. Повышение производительности достигается за счет использования больших сварочных токов (до 2000 А) и непрерывности процесса сварки. Применение непокрытой проволоки позволяет приблизить токопровод на расстояние 30—50 мм от дуги и тем самым устранить опасный разогрев электрода при большой силе тока. Плотная флюсовая защита сварочной ванны предотвращает разбрызгивание и угар расплавленного металла. Увеличение силы тока позволяет сваривать металл большой толщины (до 20 мм) за один проход без разделки кромок. Дуговую сварку под флюсом выполняют сварочными автоматами: сварочными головками или самоходными тракторами, перемещающимися непосредственно по изделию. Назначение сварочных автоматов — подача электродной проволоки в дугу и поддержание постоянного режима сварки в течение всего процесса. Автоматическую сварку под флюсом применяют в серийном и массовом производствах для выполнения длинных прямолинейных и кольцевых швов в нижнем положении на металле толщиной 2—100 мм. Под флюсом сваривают стали различных классов. Автоматическую сварку широко применяют при изготовлении котлов, резервуаров для хранения жидкостей и газов, корпусов судов, мостовых балок и других изделий. Она является одним из основных звеньев автоматических линий для изготовления сварных автомобильных колес и станов для производства сварных прямошовных и спиральных труб.
35. Строение и свойства электрической дуги. Требования к источникам сварочного тока. Напряжение холостого хода для источников постоянного и переменного тока. Внешняя характеристика источника сварочного тока.
Сварочной дугой называется мощный устойчивый стационарный электрический разряд в газовой ионизированной среде. Открытие этого явления было сделано в 1802 г. русским ученым В.В. Петровым. В практическом применении данного явления для получения неразъемных соединений важную роль сыграли русские ученые Н.Н. Бенардос и Н.Г. Славянов.
При дуговой сварке электрическая энергия преобразуется в тепловую, которая концентрированно вводится в свариваемые заготовки и оплавляет металл в месте их соединения. Схема строения сварочной дуги постоянного тока приведена на рис. 1.1.
 Рис.1.1. Принципиальная схема горения электрической дуги: 1-катодное пятно; 2-катодная зона; 3-столб дуги; 4-ионизированная газовая среда: 5-анодная зона; 6-анодное пятно
В процессе горения дуги происходит разогрев и последующее расплавление металла катода и анода (электрода и свариваемой детали). Образуются катодное и анодное пятна. Из катодного пятна происходит эмиссия электронов, являющаяся причиной начальной ионизации среды в междуговом промежутке. Площадь катодного пятна зависит от силы сварочного тока, материала сварочной проволоки и ряда других факторов.
Электроны и другие заряженные частицы, образующиеся в результате процессов ионизации, создают направленные потоки. Возникает электрическая дуга, включающая в себя три зоны: катодную, анодную и столб дуги.
В столбе дуги создается самая высокая температура порядка 7000 °С. Под влиянием электрического поля электроны и ионы в столбе дуги находятся в движении. Электроны как самые подвижные частицы создают основу потока.
Ионы, обладающие положительным зарядом, под действием электрического поля перемещаются к катоду и образуют катодную область. Температура в катодной зоне достигает 3500 °С, а температура катодного пятна 2500 °С.
Электроны и отрицательные ионы перемещаются к аноду; образуется анодная зона, температура которой выше 4500 °С, а анодного пятна примерно 3500 °С. По этой причине анодное пятно больше катодного и при прямой полярности (электрод - минус, деталь - плюс) происходит перегрев детали.
Напряжение электрической дуги Uд складывается из падения напряжения в трех ее составных зонах
Стабильность горения дуги зависит от концентрации заряженных частиц в дуговом промежутке, которая, в свою очередь, определяется процессами ионизации (образование заряженных частиц). Основными механизмами образования заряженных частиц являются: автоэлектронная и термоэлектронная эмиссии, а также ионизация ударом, термическая ионизация, фотоэмиссия и фотоионизация.
Напряжение холостого хода источника сварочного тока должно быть достаточным для легкого зажигания сварочной дуги. Оно должно отвечать требованию
36. Металлургические процессы при сварке: диссоциация веществ, насыщение металла O, N, H, процессы раскисления, шлакования, рафинирования металла сварного шва.
Распавляемое при сварке электродное покрытие кроме шлака выделяет газы, осуществляя, таким образом, газошлаковую защиту металла. В зависимости от состава покрытия или флюса может выделяться значительное количество газа и меньшее количество шлака, или наоборот. В первом случае покрытиё называют газозашитным, а во втором— шлакозащитным. Обычно применяют смешанную защиту. Металлургическая обработка металла выделяющимися при сварке шлаком и газами заключается в процессах раскисления, легирования и рафинирования металла шва.
Раскисление — это освобождение стали от кислорода, попадающего в ванну из воздуха, покрытий и других источников. В процессе сварки происходит осаждающее раскисление, при котором удаление кислорода из расплавляемого металла капли или ванпы осуществляется реакциями с другими элементами, более активно взаимодействующими с кислородом, чем железо. Удаление кислорода происходит путем восстановления железа из оксида FeO по реакциям:
При этом MnO и SiO2 переходят в шлак, а СО — в атмосферу. Процесс идет беспрерывно: окисление Fe идет в передней части ванны, где температура более высокая, а восстановление железа из оксида — в задней части, где температура более низкая. Наряду с осаждающим раскислением происходит процесс диффузионного раскисления путем реакции между оксидом железа и другими оксидами
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 5Юг 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 жидкотекучесть шлака. Из приведенных выше химических реакций видно, что раскисление металла при сварке осуществляется при введении в покрытие химических элементов-раскислителей: Mn, Si, Al, T и др. в виде порошка или ферросплавов (сплавов с железом), а также при увеличении содержания этих элементов в электродных стержнях.
Легирование металла шва различными полезными примесями для улучшения его качества осуществляется путем введения полезных элементов в электродные стержни или проволоку, а также в состав электродного покрытия. Такие элементы, как кобальт, никель и др., полностью усваиваются наплавленным металлом. Элементы Мп и Si, участвующие в раскислении, при их достаточной концентрации в шлаке в электродном металле также частично усваиваются, переходя в сварной шов.
Рафинирование металла шва заключается в освобождении его от вредных примесей, главным образом от серы и фосфора, которые попадают в ванну из основного металла, электродного стержня и покрытия, проволоки и флюса. Сера может остаться в шве в виде сульфида железа FeS, располагаясь между кристаллами стали. Это приводит к появлению горячих трещин в стали (см. § 9.7). Фосфор, находясь в шве в виде фосфидов Fe3P H^Fe2P, снижает его ударную вязкость, особенно при низкой температуре, поэтому удаление из шва серы и фосфора необходимо. Это осуществляется путем связывания серы и фосфора в химические соединения, не растворимые в стали и удаляемые в шлак, по реакциям:
37 . Сварочные материалы.
При содержании в проволоке менее 1% легирующих элементов ставят только букву этого элемента, если содержание легирующего элемента превышает 1%, то после буквы в целых единицах указывают содержание этого элемента.
Условные обозначения марок проволоки состоят: из индекса Св-сварочная и следующих за ним цифр, показывающих содержание углерода в сотых долях процента и буквенных обозначений элементов, Входящих в состав проволоки. Буква А в конце условных обозначений марок низкоуглеродистой и легированной проволоки указывает на повышенную чистоту металла по содержанию серы и фосфора.
Например, условное обозначение проволоки диаметром 2 мм из низкоуглеродистой кремнемарганцевой стали, содержащего 1.4 -1.7 Mn и 0.60-0.85 Si, 2Св-08ГС.
По виду поверхности низкоуглеродистая и легированная проволока подразделяется на неомедненную и омедненную. Последняя поставляется по особому требованию заказчика. Кроме того, по особому требованию заказчика изготовляют проволоку из стали, выплавленной электрошлаковым, вакуум-дуговым или вакуум-индукционным методом.
Различные виды проволоки имеют условное обозначение:
Э- для изготовления электродов;
О-омедненная;
Ш-полученная из стали, выплавленной электрошлаковым переплавом;
Вд-полученная из стали выплавленной вакуум-дуговым переплавом;
ВИ-полученная из стали, выплавленной в вакуум-индукционной печи.
Поверхность проволоки должна быть чистой без окалины, ржавчины, грязи и масла. Предусматривается выпуск проволоки следующих диаметров, мм: 0.3; 0.5; 0.8; 1.0; 1.2; 1.4; 1.6; 2.0; 3.0; 4.0; 5.0;6.0; 8.0; 10.0; 12.0.
Классификация электродов. Электроды классифицируются по следующим признакам:
по материалу, из которого они изготовлены;
по назначению для сварки определенных сталей;
по толщине покрытия, нанесенного на стержень;
по видам покрытия;
характеру шлака образующегося при расплавлении покрытия;
техническим свойствам металла шва;
по допустимым пространственным положениям сварки или плавки;
по роду и полярности применяемого при сварке или наплавке тока.
Применение электродов должно обеспечивать следующие необходимые технические условия: легкое зажигание и устойчивое горение дуги, равномерное расплавление покрытия, равномерное покрытие шва шлаком, легкое удаление шлака после сварки, отсутствие непроваров, пор, трещин в металле шва.
Электроды подразделяются на группы в зависимости от свариваемых материалов: углеродистых и низкоуглеродистых конструкционных сталей-У ( условное обозначение); легированных конструкционных сталей-Л; легированных теплоустойчивых сталей-Т; высоколегированных сталей с особыми свойствами-В; для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами -Н.
По видам покрытия электроды подразделяются:
А - с кислым покрытием, содержащим окислы железа, марганца, кремния, иногда титана. Металл шва отличается повышенной окисленностью, плотностью и позволяет выполнять сварку на постоянном ( прямой и обратной полярности) и переменном токе;
Б - с основным покрытием, имеющим в качестве основы фтористый кальций (плавиковый шпат) и карбонат кальция (мрамор, мел). Сварку электродами с основным покрытием осуществляют на постоянном токе при обратной полярности. Вследствие малой склонности металла шва к образованию кристаллизационных и холодны трещин электроды с этим покрытием используют для сварки больших сечений;
Ц - с целлюлозным покрытием, основные компоненты которых- целлюлоза, мука и другие органические составы, создающие газовую защиту дуги и образующие при плавлении тонкий шлак. Электроды с целлюлозным покрытием применяют, как правило, для сварки стали малой толщины;
Р - с рутиловым покрытием, основной компонент которых-рутил (TiO2). Для шлаковых и газовой защиты в покрытия этого типа вводят соответствующие минеральные и органические компоненты, а для повышения производительности иногда добавляют железный порошок. При сварке на постоянном токе разбрызгивание металла незначительно. Устойчивость горения дуги высокая, формирование швов во всех пространственных положениях хорошее.
П - прочие виды покрытий.
При покрытии смешанного вида используют соответствующее двойное условие обозначение.
Условное обозначение электродов для сварки конструкционных сталей состоит из обозначения марки электрода, его типа, диаметра стержня, типа покрытия и номера ГОСТа. Например обозначение электрода Э46А - УОНИИ-13/45-3.0-УД2 Е432(5)-Б10 ГОСТ 9467-75.
При сварке под плавлеными флюсами защита зоны сварки от окружающего воздуха происходит более эффективно. Это доказано исследованием содержания азота в металле шва. Например, при сварке тонкопокрытыми электродами остаточный азот составляет около 0,2%; при сварке толстопокрытыми электродами - 0,03; при сварке под плавленым флюсом - 0,008%.
Имеется ряд особенностей металлургических процессов при сварке под флюсом. Особенно интенсивно протекают металлургические процессы между жидким (расплавленным) флюсом и металлом, в результате чего изменяется состав металла шва. Сварку низкоуглеродистых сталей рекомендуется проводить под марганцовистыми высококремнистыми флюсами, где наблюдается процесс восстановления кремния и марганца, частичное окисление углерода, при этом оксид железа растворяется в жидком металле шва, частично переходит в шлак.
На участках сварочной ванны позади дуги при охлаждении жидкого металла, вплоть до затвердевания, продолжается раскисление металла. Кремний и марганец подавляют реакцию окисления углерода, что уменьшает образование пор. Обогащение металла марганцем очень важно, так как он обеспечивает вывод сернистых соединений из металла шва, предупреждая тем самым появление горячих трещин.
Изменение режима сварки влияет на содержание серы и фосфора в шве. При увеличении сварочного тока увеличивается количество расплавленного флюса и, как следствие, содержание фосфора в шве уменьшается, а содержание серы несколько возрастает. Повышение напряжения дуги при неизменном токе приводит к тому, что расплавленного флюса становится значительно больше, чем требуется для защиты расплавленного металла. В этом случае увеличивается переход марганца и кремния в шов, но увеличивается и переход фосфора в металл шва.
Одновременно содержание серы в металле шва уменьшается. Таким образом, невозможно идеально освободиться от вредных примесей. Улучшения качества сварного шва можно добиться за счет применения керамических флюсов.
Керамические флюсы содержат большое количество ферросплавов, что позволяет улучшить металлургические процессы при сварке. В процессе сварки происходит более полное раскисление наплавленного металла, легирование наплавленного металла осуществляется в широких пределах.
Для улучшения структуры сварных швов в металл шва вводят специальные добавки (модификаторы). Металлургические процессы при сварке в защитных газах значительно отличаются от ранее рассмотренных. Из защитных газов наибольшее применение имеют инертные - аргон, гелий и активный - углекислый газ.
При сварке в инертных газах металлургические процессы протекают только между элементами, содержащимися в металле сварочной ванны. Кислород и азот воздуха оттесняются инертными газами из зоны сварки.
Для предотвращения образования пористости шва при сварке в инертных газах необходимо тщательно удалять ржавчину и загрязнения с кромок основного металла и с поверхности сварочной проволоки.
При сварке в С02 газ оттесняет от сварочной зоны окружающий воздух и защищает расплавленный металл от проникновения азота. При сварке С02 углекислый газ распадается под воздействием высокой температуры на СО и 02. Дуга активно окисляет металл сварочной ванны, и роль СО2 сводится лишь к защите сварочной ванны от проникновения азота из воздуха. Для предотвращения чрезмерного окисления железа большое количество элементов раскислителей (марганец и кремний) вводится в сварочную ванну только через сварочную проволоку Се-08ГС и Св-08Г2С. В этом случае наплавленный металл получается с высокими механическими свойствами.
Для уменьшения содержания водорода в металле шва необходима добавка в углекислый газ 5-15% кислорода. При этом в процессе сварки увеличивается глубина противления, так как энергичнее протекают реакции окисления марганца и кремния с выделением теплоты.
|
|
|
Скачать 3.8 Mb.