Файл: Корсунов В.М. В помощь молодому газосварщику.pdf

В третьей зоне происходит догорание окиси углерода и водорода. Как видно из уравнения реакции (2), для сго­ рания одного объема ацетилена и превращения его в окись углерода СО и водород Нг требуется один объем кислорода. Практически его подают несколько больше потому, что во второй зоне за счет кислорода, подавае­ мого из горелки, частично сгорает водород.

Вторая зона состоит преимущественно из окиси угле­ рода и водорода, которые отнимают кислород от окис­ лов металлов, т. е. раскисляют расплавенный металл. Поэтому она называется восстановительной.

Температура восстановительной зоны на расстоянии 3—6 мм от ядра равна 3000—3200°. Это самая высокая температура пламени. Сварку ведут всегда этой частью пламени, чтобы получить металл шва без окислов, пор и науглероживания.

Третья зона (факел) обладает окисляющей способ­ ностью. Температура факела колеблется в пределах

1200—1500°.

Если в сварочную горелку на один объем ацетилена подается 1,1—1,2 объема кислорода, то при сгорании такой смеси образуется пламя, форма и свойства ко­ торого приведены выше. Такое пламя называется нор­ мальным.

рая зона и факел становятся короче и приобретают синевато-фиолетовый оттенок. Пламя горит с шумом. Из-за наличия избыточного кислорода вторая зона ста­ новится окислительной. При сварке таким пламенем рас­ плавленный металл окисляется, из него выгорают угле­ род, кремний, марганец и другие элементы, шов полу­ чается пористым и хрупким.

60

Когда подают менее одного объема кислорода на один объем ацетилена, ядро пламени теряет резкость очертаний и удлиняется, вокруг него появляется зелено­ ватый ореол, восстановительная зона светлеет, граница между восстановительной зоной и факелом исчезает, фа­ кел приобретает желтоватый оттенок, пламя получается длиннее.

Пламя со значительным недостатком кислорода бе­ лое и коптящее, так как часть углерода не сгорает. Вто­ рая зона пламени — науглероживающая, что объясняет­ ся наличием в ней свободного углерода (рис. 15).

Сварка пламенем с избытком ацетилена ведет к уве­ личению содержания углерода в металле шва, отчего металл становится более твердым и хрупким.

Для получения качественного сварного шва необхо­ димо правильно отрегулировать пламя горелки. Пра­ вильность регулировки определяется сварщиком по фор­ ме и цвету пламени.

При слишком высоком давлении кислорода горючая смесь выходит из горелки с большой скоростью и вы­ дувает расплавленный металл из сварочной ванны. В случае низкого давления горелка начинает хлопать вви­ ду малой скорости истечения смеси. В процессе работы сварщик должен все время следить за характером пла­ мени, регулируя его по мере надобности.

Тепловая мощность пламени регулируется в за­ висимости от толщины свариваемого металла и его свойств. На каждом наконечнике сварочной горелки указывается расход ацетилена в литрах за один час. Чем больше часовой расход ацетилена, тем выше теп­ ловая мощность пламени.

Наконечник сварочной горелки выбирается в зави­ симости от толщины свариваемого металла (табл. 5) и его теплофизических свойств.

61

Характеристика сварочных горелок

Номер наконечника

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В СВАРОЧНОЙ ВАННЕ

При газовой сварке шов образуется из расплавлен­ ного основного металла и металла присадочной прово­ локи. Металл присадочной проволоки переходит в сва« рочную ванну каплями. Высокая температура пламени и мелкий размер капель приводят к значительному перегреву металла капель.

В результате воздействия газов пламени расплав­ ленный металл сварочной ванны изменяет свой хими­ ческий состав. Особенно сильно изменяется металл при­ садочной проволоки, так как высокая температура и большая поверхность капель способствуют быстрому протеканию реакций взаимодействия металла с газами. Поэтому при газовой сварке нужно конец присадочной проволоки держать в сварочной ванне, чтобы сократить поверхность соприкосновения расплавленного металла с газами и уменьшить его перегрев. Характер протекаю­ щих в сварочной ванне реакций зависит от состава вос­ становительной зоны пламени, который определяется соотношением газов в горючей смеси.

Основными реакциями сварочной ванны являются реакции окисления и восстановления, а также насыще­ ния металла углеродом.

Регулируя состав пламени, можно в известной мере предупредить образование окислов многих металлов, так как они хорошо восстанавливаются окисью углеро­ да и водородом. К таким металлам относятся железо, медь, никель, кобальт, молибден; окислы магния, алю­ миния, титана, хрома, кремния не восстанавливаются газами пламени. При сварке окислы этих металлов ос­ таются в шве, ухудшая его качество. Для удаления их из наплавленного металла применяют специальные флюсы.

Флюсами называются вещества, вводимые в свароч-

63

ную ванну для раскисления расплавленного металла, удаления из него образующихся окислов и предохранен ния его от дальнейшего окисления. Флюс наносится на кромки свариваемых изделий или на присадочную про­ волоку. Расплавленный, он растворяет в себе окислы металла или образует с ними легкоплавкие химические соединения — шлаки, всплывающие на поверхность ван-; ны и защищающие поверхность шва от окисления. При этом металл шва очищается от окислов. Флюс должен плавиться раньше, чем свариваемый металл, и хорошо растекаться по шву.

В состав флюсов для газовой сварки входят бура, борная кислота, углекислый натрий, хлористые и фто­ ристые соли лития, кальция, натрия, калия.

Состав флюсов выбирается в зависимости от свойств свариваемых металлов.

При сварке стали из наплавленного металла выгора­ ют углерод, марганец, кремний и другие элементы, что приводит к изменению его свойств. Поэтому присадоч­ ную проволоку нужно выбирать с повышенным содер­ жанием указанных элементов, кроме углерода, чтобы обеспечить требуемый химсостав металла шва. Выго­ рание углерода нельзя компенсировать повышенным со­ держанием его в проволоке, так как при выгорании образуется газообразная окись углерода, которая соз­ дает кипение и разбрызгивание металла и приводит к появлению пор в шве.

Для обеспечения требуемой прочности металла шва при сварке среднеуглеродистых и низколегированных сталей применяют присадочную проволоку, содержащую никель, хром, молибден, или с повышенным содержани­ ем марганца, например Св-10ХМ, Св-18ХМА, Св-08ХНМ,

Св-10Г2.

Для сварки углеродистых и легированных сталей применяется присадочная проволока, удовлетворяющая

64

’требованиям ГОСТа 2246—60. В табл. 6 приведем химНческий состав некоторых марок сварочной проволоки.

Температура плавления проволоки должна быть рав­ на или немного ниже температуры плавления сваривае­ мого металла. Диаметр проволоки выбирается в зави­ симости от толщины металла. Поверхность сварочной проволоки необходимо очищать от окалины, ржавчины, масла, краски, чтобы не загрязнять металла шва. Сва­ рочная проволока должна плавиться спокойно, без силь­ ного разбрызгивания, и образовывать наплавленный ме­ талл без включений и пор.

Содержащиеся в проволоке элементы по-разному влияют на свойства металла шва.

Углерод ухудшает свариваемость стали. Его содержа­ ние в сварочной проволоке не должно превышать 0,10— 0,15%, так как он способствует образованию пор и тре­ щин в шве и в околошовной зоне в результате закалоч­ ных явлений.

Марганец — хороший раскислитель. До 1,0% он по­ ложительно влияет на качество сварных соединений, а свыше 1%, наряду с высоким содержанием углерода, увеличивает склонность металла шва к трещинам. Мар­ ганец способствует удалению из металла шва серы, так как его соединение с серой — сернистый марганец — не растворяется в стали и удаляется из шва.

Кремний легко соединяется с кислородом и поэтому является энергичным раскислителем. Окислы кремния Образуют тугоплавкие шлаки, препятствующие выходу газов из металла шва; его содержание в сварочной про­ волоке не превышает 0,03%.

Сера — вредная примесь, так как способствует обра­ зованию в сварном шве трещин. Ее содержание в стали не должно превышать 0,03—0,04%.

Фосфор вызывает хладноломкость (хрупкость в хо-

лодном состоянии) стали. Его содержание в стали не должно быть выше 0,03—0,04%.

Хром содержится во многих легированных сталях. В углеродистых, сталях он является случайной примесью. При сварке выгорает с образованием тугоплавких окис­ лов, препятствующих сварке. Содержание хрома в стали более 0,2% увеличивает склонность к образованию тре­ щин в сварном соединении. В специальных сталях со­ держание хрома достигает 15—25%.

Никель в малоуглеродистой проволоке — случайная примесь и не оказывает существенного влияния на ка­ чество сварного шва. Его содержание в проволоке не превышает 0,3%. В специальных сталях он содержится

вколичестве 10—20%.

Впроцессе сварки расплавленный металл сварочной ванны непрерывно находится в контакте с газовой фазой и может свободно поглощать растворимые в металле газы. Они в наплавленном металле могут находиться в форме химических соединений или в виде твердого рас­ твора.

Кислород растворяется в большинстве металлов. При перегреве жидкого металла растворимость в нем кисло­ рода увеличивается. В жидком железе может раство­ ряться до 0,22% кислорода. С понижением температуры его растворимость уменьшается и при комнатной темпе­ ратуре составляет только 0,035%. При наличии кисло­ рода в стали ее механические свойства снижаются, осо­ бенно резко уменьшается ударная вязкость, сталь ста­ новится красноломкой. При газовой сварке нормальным пламенем количество кислорода в наплавленном метал­ ле не превышает 0,05%, а при сварке окислительным пламенем его содержание резко увеличивается.

Азот в наплавленном металле при сварке содержится в количестве 0,15%. С повышением количества азота

68

в стали ее прочность повышается, а пластичность снижается, металл становится склонным к хладнолом­ кости.

Водород — защитный газ и может предупреждать окисление и азотирование металла. Растворяется в же­ лезе, меди, никеле, алюминии и других металлах при высокой температуре. При охлаждении металла раство­ римость водорода снижается. Наличие растворенного водорода в металле шва приводит к образованию пор и трещин. Насыщение наплавленного металла водоро­ дом возможно при газовой сварке пламенем с избытком ацетилена.

Под действием тепла пламени на свариваемом ме­ талле образуется расплавленная ванна. Когда пламя удалится на некоторое расстояние, температура свароч­ ной ванны понижается ввиду отвода тепла в основной металл и потерь на лучеиспускание. В этот момент в ванне начинается кристаллизация металла. Большое ко­ личество тепла, вводимое в металл шва при газовой сварке, и широкая зона разогрева основного металла обусловливают сравнительно медленнее охлаждение шва, поэтому он имеет крупнозернистую структуру. Чем меньше перегрев металла при сварке и чем больше ско­ рость охлаждения, тем мельче зерно в стали, тем более высокими механическими свойствами обладает шов. Следовательно, процесс газовой сварки целесообразно вести с максимально возможной скоростью.

Прилегающая к шву часть основного металла, в ко­ торой под действием тепла сварочного пламени произо­ шли структурные изменения, называется зоной термиче­ ского влияния.

Размеры зерен металла в зоне термического влияния зависят от температуры нагрева и скорости охлаждения. Чем дольше металл находится под действием высоких

69