Файл: Елагин А.В. Электродуговая сварка порошковой проволокой.pdf

35

ленного Металла азотом, содержание водорода, переход элементов в шов.

типа двуокись титана (ТіСЬ); для проволоки карбонатно-

двух последних типов флюорит вводится в виде плавико­ вого шпата или флгооритового концентрата. В связи с тем, что количество вводимых в сердечник протолок ма­ териалов ограничено, используются газообразующио компоненты, разложение которых происходит с выделе­ нием больших объемов газов. В проволоках рупилового типа применяются органические материалы (крахмал, целлюлоза), почти полностью разлагающиеся при сварке. В проволоках карбонатно-флюоритового и рутил-карбо- натло-флюоритового типов применяются безводные кар­ бонаты щелочноземельных металлов (мрамор, магнезит, доломит и др.). Их разложение идет с образованием уг­ лекислого газа, который создает защитную атмосферу, и окислов металлов, переходящих в шлак. Проволоки ругилового типа дают при расплавлении кислые шлаки, а проволоки карбонатно-флюоритового и рутил-карбонат- но-флюоритового типов — шлаки с основными и ней­ тральными свойствами. Для компенсации окисляющего действия углекислого газа и раскисления металла сва­ рочной ванны в шихту проволоки вводят специальные раскислители — ферромарганец, ферросилиций, ферротитан и алюминиевый порошок. Таким образом, компонен­ ты, составляющие шихту порошковой проволоки, в про­ цессе .сварки выполняют сразу насколько функций — за­ щиты, раскисления и легирования металла шва. Однако первостепенной задачей остается предотвращение вред­ ного влияния азота и кислорода воздуха на металл шва, так как плохая защита влечет за собой понижение плас­ тичности швов и их пористость. Обычно по содержанию азота в наплавленном металле и судят о его степени за­ щиты.

Азот в наплавленном металле может находиться в виде твердого раствора, в химическом соединении .с же­ лезом или легирующими элементами (нитриды), а так­ же в свободном состоянии в виде пор и микрополостей. В жидком железе при температуре его плавления и парци-

27

•альном давлении азота, равном 1 кгс/см2, растворяется примерно 0,04% азота. Процесс газонасыщѳния жидкого металла азотом происходит .в несколько стадий — при контакте газа с 'металлической поверхностью, адсорбиро­ вании газа, диссоциации молекул, растворении и проник­ новении азота втлубь металла. С повышением темпера­ туры растворимость азота увеличивается и достигает максимума при 2200°С, затем она снижается и становит­ ся равной нулю при температуре кипения железа, когда упругость паров над его поверхностью достигает едини­ цы. При сварке порошковой проволокой содержание азо­ та в металле шва во многом зависит от режимов сварки. С увеличением сварочного тока содержание азота в на­

уменьшается время существования капли, а следователь­ но, и продолжительность контакта ее с газовой фазой, уменьшается общая поверхность капель. Увели­ чение напряжения, наоборот, несколько повышает содер­ жание азота и если оно достигает 0,04%, то шов пора­ жается порами.

Пористость, вызываемую азотом, предотвращают пу­ тем легирования металла шва титаном и алюминием, ко­ торые вводятся в шов через шихту проволоки. Так как титан и алюминий, обладая большим сродством с кисло­ родом, чем азот, расходуются прежде лсего на раскисле­ ние, то для получения избыточного титана и алюминия, способных связать азот в нитриды, в шихту порошковых проволок вводят значительные количества этих элемен­ тов. Однако существует определенный предел для леги­ рования шва титанам и алюминием. При высоких напря­ жениях дуги образуется значительное количество нитри­ дов, которые за счет образования хрупких структур сни­ жают пластичность металла шва. Во избежание этого легирование идет до «критической» концентрации эле­ ментов. «Критической концентрацией» называется такое процентное содержание легирующих элементов в шве, выше которого наблюдается падение пластических свойств металла шва. По этой причине титан и алюми­ ний вводятся в .проволоку в количествах, достаточных для предотвращения пористости и исключающих их вли­ яние на пластичность шва. Вредное влияние азота возду­ ха ослабляется и в случае увеличения количества карбо-

28

натов в шихте (сердечника проволоки. Углекислый газ, выделяющийся при разложении карбонатов во время процесса сварки, приводит к снижению парциального давления азота в зоне дуги и, следовательно, к уменьше­ нию содержания азота в металле шва. Улучшаются ус­ ловия защиты металла и при изменении конструкции проволоки. В проволоках двухслойной конструкции несколько увеличивается содержание защитных матери­ алов. Металл шва, выполненный этими проволоками, со­ держит азота значительно меньше, чем металл, наплав­ ленный проволоками трубчатой конструкции (рис. 9).

Рис. 9. Содержание азота в металле шва в зависимости от применения трубча­ той проволоки

/ — однослойной; 2 — двухслойной

Водород при сварке порошковыми проволоками, вы­ зывал .пористость швов, снижает их качество. Источни­ ком водорода в этом случае является влага компонентов шихты, влага и ржавчина на поверхностисвариваемого металЛіЭ и проволоки, технологическая омазка и органи­ ческие вещества, вводимые в шихту сердечника. В;се пе­ речисленные материалы в процессе сварки разлагаются с выделением водорода и водяных паров и повышают их парциальное давление в зоне дуги, увеличивая тем са­ мым растворимость, водорода в наплавленном металле. Уменьшения содержания водорода в шве, а -следователь­ но, и повышения стойкости швов к порообразованию до­ биваются введением в сердечник проволоки фтористого кальция, увеличением вылета проволоки при сварке, прокалкой проволоки и рядом других мер, исключа­ ющих попадание влаги в зону сварки.

Окислительно-восстановительные реакции при сварке покрытыми электродами изучены достаточно хорошо, но окіислительпо-івосстановительіные реакции при сварке по­ рошковой проволокой несколько отличаются от подоб-

29