Файл: Елагин А.В. Электродуговая сварка порошковой проволокой.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.07.2024
Просмотров: 97
Скачиваний: 0
ных реакций. Коэффициент перехода марганца в шов Лмп в значительной мере зависит от силы сварочного тока, напряжения на дуге и окислительных условий про цесса.
При ісилыных окислительных реакциях (содержание СаООз порядка 30—50%') коэффициент перехода мар ганца в шов весьма низок. С уменьшением окислитель ной способности шихты сердечника коэффициент т]мп воз
растает и при .сравнимых |
по напряжению |
режимах |
он |
|||||
выше ів случае сварки порошковой |
проволокой, |
чем по |
||||||
крытыми электродами. Это объясняется малым |
взаимо |
|||||||
действием металлических |
присадок |
с- окислительными |
||||||
компонентами |
в шихте' |
проволоки. • |
Кремневаоста- |
|||||
повительный процесс характеризуется |
увеличением |
вос |
||||||
становленного кремния |
с |
ростам |
напряжения |
на. дуге. |
||||
Однако его содержание |
в |
наплавленном |
металле |
зна |
чительно .меньше, чем при сварке электродами. Неоколько иная картина наблюдается при сварке порошковой проволокой в ореде углекислого газа. Увеличение содер жания марганца в проволоке ведет к уменьшению выго рания кремния, и наоборот. Несмотря на то, что марга
нец окисляется |
менее интенсивно, чем кремний, |
он |
выго |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
рает |
больше. |
Это |
обус |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
ловливается |
не |
трлько |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
окислением |
капель |
элект |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
родного металла |
при |
их |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
переносе |
через |
дуговой |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
промежуток, |
но |
и |
паров |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
марганца, |
которые |
посту |
||||||
І«7 |
|
|
|
|
|
|
пают |
из сварочной |
ванны |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
в |
газовую |
|
фазу. |
Зависи |
||||
|
|
|
|
|
|
%Мп |
мость выгорания |
кремния |
|||||||
1,8 |
. 2,0 |
2,2 |
2,1 |
2,6 |
2Jä |
и |
марганца |
от |
содержа |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
ния их в іпроволоке |
(свар |
|||||||
Рис. 10. |
Выгорание |
кремния |
и |
ка |
в |
С0 2 ) |
|
показана |
на |
||||||
марганца |
в |
зависимости |
от |
со |
рис. |
10. |
|
|
|
|
|
|
|||
держания |
их |
в проволоке |
(свар |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
ка в СОг) |
|
|
|
|
Выгорание |
таких |
ле |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
гирующих |
элементов; как |
Mo, Cr, V, Ті, идет более или менее интенсивно. Молиб ден практически не выгорает и почти полностью перехо дит в шов, выгорание же хрома весьма незначительно. Ванадий выгорает больше чем хром, но меньше, чем кремний. При введении в проволоку титана значительно уменьшается выгорание марганца, кремния, ванадия и меньше—углерода. Выгорание элементов, как и в случае
30
сварки в среде углекислого газа проволокой сплошного сечения, происходит за счет окисляющего действия С 0 2 ) ко торый разлагается, под действием высокой температуры на СО и О (СО2 Z СО+'О). При сварке взаимодействие жидкого металла и газа происходит весьма интенсивно, несмотря на кратковременность их контактирования. Вы сокие температуры, развивающиеся в зонесварки, и боль шие поверхности контакта (капли, расплавленный ме талл сварочной ванны) способствуют ускорению реакции окисления. Для компенсации окисляющего действия уг лекислого газа в сердечник порошковой проволоки вво дят раскиіслмтели. Кроме того, углекислый газ, в зависи мости от содержания углерода в основном металле, мо жет способствовать или увеличению его, или декарбюризации металла шва-. Боли содержание углерода в ос новном металле меньше 0,12 %, то металл шва поглоща ет углерод из защитной среды. При содержании углеро да, превышающем 0,1.2%', металл шва теряет углерод по реакции
FeO + C^Fe-f-CO.
Окись углерода (СО), образующаяся в результате этой реакции, может привести к пористости. Во избежа ние этого уровень содержания раскислителей в шихте порошковой проволоки следует поддерживать' достаточ но высоким.
2. Н А Г Р Е В , П Л А В Л Е Н И Е И П Е Р Е Н О С Э Л Е К Т Р О Д Н О Г О
М Е Т А Л Л А
Характер плавления электрода и переноса металла при сварке как еамозащитнымл порошковыми проволо ками, так и с дополнительной защитой углекислым га зом оказывает влияние на химический состав и механи ческие свойства металла шва, его формирование и обра зование в нем дефектов. При 'сварке порошковыми про волоками расплавление оболочки, назрев компонентов шихты я перенос капель электродного металла через ду говой промежуток принципиально отличны от подобных процессов, сопровождающих плавление покрытых элек тродов.
Плавление электрода происходит с образованием втулки, которая концентрирует тепловой поток и способ ствует его направлению ло оси электрода в сторону сва рочной ванны. Перепад температур в этом случае незна-
31
чителен т. е. плавление стержня и покрытие идет почти одновременно. Характер плавления электродов и порош ковой проволоки приведен на рис. 11.
Рис. 11. Характер плавления электродов и порошковой про волоки
а — электрод; б — порошковая про
волока; |
/ — стержень |
(оболочка); |
2 — |
покрытие (шихта) |
При іоварке порошковой проволокой тепло, выделяе мое оболочкой проволоки, расходуется на повышение теплосодержания наполнителя, на теплообмен с окружа ющей 'средой и на повышение теплосодержания самой оболочки по всей длине вылета электрода. Чрезвычайно
малое время нагрева |
(t = — |
[сек], где Я — вылет; ѵ — |
|||
•скорость подачи |
проволоки) |
приводит к тому, что учас |
|||
ток іпроволоюи, |
непосредственно прилегающий к ее тор |
||||
цу, успевает прогреться |
на |
незначительной длине |
(1,5— |
||
5 мм в зависимости |
от |
вылета электрода) до температу |
|||
ры 500—600°С. При |
этих температурах неметаллические |
||||
соединения (в основном |
CaG03 ), измельченные до |
пыле |
видной фракции, обволакивают ферросплавы и ухудша ют, электро- и теплопроводность шихты сердечника. Естественно, что для получения температур, при которых
карбонаты |
начинают разлагаться, требуется |
затратить |
|
большое количество тепла, тем более, |
что эти |
реакции |
|
происходят |
с его поглощением. Таким |
образом, |
перепад |
температур в этом случае значительно больший, чем при сварке электродами, что приводит к раздельному плав лению оболочки и сердечника проволоки. Плавление оболочки опережает плавление шихты, в результате че го возможен перенос компонентов шихты через дуговой промежуток без их расплавления, что приведет к недос таточной металлургической обработке 'сварочной ванны. С усложнением конструкции проволоки 'скорости плавле ния шихты и оболочки выравниваются и вероятность по падания стекшихся элементов шихты в сварочную ван ну уменьшается.
Расплавленные металл и шихта сердечника перено сятся в сварочную ванну с большой скоростью и преиму щественно внутри столба дуги. Этот перенос может быть
32
капельным и струйным. Для сварки порошковыми про волоками характерен капельный перенос металла. Рас плавление электродного металла, образование и перенос •капель, время существования и их размер во многом за висят от плотностей токов и типов употребляемых про волок. Проволокам рутилового типа свойствен мелкока пельный перенос, который приближается к струйному с увеличением плотности тока и повышением окислитель ного потенциала сердечника. Проволокам карбонатнофлюаріитавого типа свойствен крупнакаіпелы-іый перенос электродного металла. Как и для проволок рутилового типа повышение плотности тока измельчает размер ка пель и увеличивает скорость их переноса. Кроме общеиз вестных факторов: плотность тока, напряженность элек трического поля дуги, сила тяжести, сила поверхностного натяжения и др. — на перенос металла оказывает влия ние и давление газообразных продуктов, образующихся в шихте сердечника проволоки при сварке. За счет сил давлении насколько возрастает скорость капель и часто та их отрыва от торца электрода. • В некоторых случаях давление газов вытесняет каплю на боковую поверхность электродной проволоки. Так как сердечник проволоки практически неэлектропроводен, то сварочная дуга горит между каплей и изделием. Температура капель элек тродного металла достаточно высока и достигает поряд ка 2600—ЙЭОО^С при сварке на постоянном токе обрат ной полярности.
Таким образом, на образование капель и их прохож дение через дуговой промежуток оказывают влияние плотность тока и давление газов, образующихся в шихте проволоки при сварке. В результате этого выброс метал ла в сварочную ванну происходит более интенсивно', уве личивается количество образующихся капель, скороегь их прохождения через дуговой промежуток, уменьшает ся размер и вес. Вероятность «захвата», каплей азота и кислорода уменьшается, что в свою очередь приводит к снижению содержания этих газов в металле шва.
3. ВЛИЯНИЕ СВАРОЧНЫХ РЕЖИМОВ НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ И КАЧЕСТВО СВАРКИ
На .'производительность процесса сварки порошковы ми проволоками (самозащитными и в среде С0 2 ) оказы вают влияние: величина сварочного тока, напряжение дуги, расход и состав углекислого газа (сварка в С 0 2 ) ,
2(0,25) Зак . 628 |
33; |
скорость подачи проволоки, род тока, |
вылет |
|
электрода |
||||
и т. п. Для получения |
качественных |
швов |
необходимо |
||||
строго контролировать |
и выдерживать |
заданные |
режн- |
||||
.мы сварки и главное — напряжение |
дуги и.вылет |
элек |
|||||
трода. Порошковые проволоки |
вообще |
весьма |
чувстви |
||||
тельны к колебанию .сварочных |
режимов и, в |
частности, |
|||||
к напряжению .на дуге. Это следует |
учитывать |
при ис |
пользовании выпрямителей, на работе которых сказыва-
лотся изменения напряжения в |
сети переменного тока. • |
;.- а^ак и при других способах |
сварки, производитель |
ность процесса оценивается удельной производительно стью. Удельная производительность, или коэффициент наплавки ан , определяется количеством наплавленного металла в граммах за единицу времени, током в ІА.
Коэффициент наплавки находится в прямой зависи мости от сварочного тока, вылета электрода и диаметра проволоки. С увеличением сварочного тока и вылета электрода величина коэффициента наплавки а и тем боль ше, чем больше диаметр применяемой проволоки. Зави симость а н от величины вылета электрода при сварке по рошковой .проволокой в среде С 0 2 приведена на рис. 12.
Вылет электрода в мм
Рис. 12. |
Вылет электрода и его влияние |
на |
коэффициент |
|
|
|
наплавки |
|
|
/ — сварка |
в СОа |
проволокой ПП - АН4 диаметром 2,0 |
мм при Я д = |
|
|
= 2 6 |
в; 2 — диаметром 2,5 мм при И' |
= 2 8 |
в |
3 4
Следует отметить, что три малых диаметрах и выле тах одно увеличение сварочного тока не дает значитель
ного приращения. аи . |
Так, |
при |
сварке |
проволокой |
||||||
ПП-АН4 диаметр.ом 2 мм повышение тока на 100 А |
(при |
|||||||||
вылете, равном |
20 мм, |
и неизменном |
напряжении) |
уве |
||||||
личивает коэффициент |
наплавки всего |
на |
0,8 г -Л/ч. В |
|||||||
то же время увеличение вылета электрода до 40 мм |
(при |
|||||||||
том же приращении |
тока) |
повышает |
а и д о 2 |
г-А/ч. |
Свар |
|||||
ка проволоками |
больших |
диаметров |
характеризуется |
|||||||
той же зависимостью. Отсюда |
можно |
сделать |
вывод, |
|||||||
что производительность |
сваркипри |
использовании |
по |
|||||||
рошковых проволок |
одного и того же диаметра |
|
резко |
|||||||
возрастает с одновременным увеличением вылета |
|
элек |
||||||||
трода и сварочного тока. Это положение |
сохраняется и |
|||||||||
при сварке самозаіщитньши |
проволоками. |
|
|
|
Увеличение напряжения дуги (после определенных значений) приводит не только к снижению к. п- д. на грева, но и к ряду других явлений, влияющих на качест во сварных швов. Изменение напряжения на дуге ока зывает влияние на коэффициенты наплавки и расплав ления, на химический состав и механические свойства металла шва. С ростом напряжения на дуге увеличи вается содержание азота в металле шва (рис. 13), что приводит к потере пластический свойств наплавленного металла. Изменение величины оварочного тока от мень ших значений к большим несколько снижает содержа ние N2. Повышение напряжения вызывает изменение и процентного соотношения химического состава металла шва. Рост напряжения приводит к снижению содержа ния кремния и марганца в шве.
'Каждая імарка порошковой проволоки обладает так называемым «критическим напряжением», выше кото рого в шве появляются поры. «Критическое напряже ние» зависит от химического -состава свариваемой стали .и способа защиты зоны дуги. Для большинства самозащит ных порошковых проволок критическое напряжение равно 35 В. Использование СО2 в качестве дополнительной за-, щиты поднимает предел напряж'ения до 42 В. Однако процесс сварки .наиболее стабилен, когда напряжение на дуге устанавливается в пределах 22—32 В. Из этой ве личины и .следует исходить при подборе сварочных ре жимов.
Величина |
сварочного тока выбирается в зависимости |
от диаметра |
проволоки, толщины свариваемых изделий |
J ' ( 0 , » ) San. 62ê |
3 |