Файл: Котвицкий, А. Д. Сварка в среде защитных газов учебное пособие.pdf

Для повышения производительности присадочная прово­ лока может включаться в самостоятельную сварочную цепь. Водородная среда защищает расплавленный ме­ талл от вредного воздействия воздуха и увеличивает скорость плавления присадочной проволоки.

С целью экономии дорогостоящего водорода применя­ ют азотно-водородную смесь, которую получают методом разложения аммиака по реакции

2NH3=3H 2 + N2,

в которой на 75% водорода получают 25% азота. В при­ сутствии водорода азот не может оказать на металл вредного воздействия. Один баллон аммиака заменяет 12 баллонов водорода. Отбирается аммиак через специ­ альный игольчатый вентиль без редуктора. Аммиак де-

Рис. 47. Двухсопловая горелка для атомно-водородной сварки:

1 — неподвижное сопло, 2 — подвижное сопло, 3 — неплавкие электроды, 4 — рукоятка горелки, 5 — маховичок движения сопла, 6 —газопод- вод, 7 — токоподвод

шевле водорода и менее взрывоопасен. Разложение аммиака производится в специальных крекерах в присут­ ствии катализатора. В качестве катализатора (ускорите­ ля реакций) используются магнезиты или слегка окис­ ленная железная стружка. В последнее время в качестве катализаторов применяют окись алюминия.

дом или аммиаком, если аппарат снабжен крекером).

Дугу возбуждают перемещением одного электрода к дру­ гому, замыканием цепи и быстрым разделением электро­ дов с регулировкой требуемого напряжения на дуге,

171

которое зависит от расстояния между электродами. Сва­ рочный ток регулируют на отдельных образцах перед сваркой дросселем и во время сварки не изменяют. Ши­ роко применяют горелки ТЭГ-1-1 и Г12-1. Эти горелки облегченные, меньших размеров, более компактные.

Так как ток применяют переменный, оба электрода сгорают равномерно и требуют одновременной регули­ ровки. Напряжение холостого хода при атомно-водород­ ной сварке составляет 260—320 В. Поэтому сварочный пост обеспечивается автоматической блокировкой, от­ ключением сварочной цепи при обрыве дуги, отключени­ ем подачи газа при обрыве дуги и др.

Режим атомно-водородной сварки определяется на­ пряжением дуги, величиной сварочного тока и расходом водорода, подаваемого в дугу. Величина тока выбирает­ ся в соответствии с толщиной свариваемого металла. Напряжение дуги зависит от напряжения холостого хода трансформатора и расстояния между электродами. Ориентировочные режимы атомно-водородной сварки приведены в табл. 54.

При атомно-водородной сварке дуга независима. Этот способ сваркй похож на газовую сварку кислородо-аце­ тиленовым пламенем. Поэтому приему сварки сходны с приемами газовой сварки. Аналогична и подача кромок деталей. Наша промышленность выпускает для атомно­ водородной сварки установки АВ-40, АВА-40, АГЭС-75-3 (рис. 48), ГЭ-1-2, ГЭ-2-2, АВА. Атомно-водородную свар­ ку успешно заменяют другими видами дуговой сварки —

172

Г л а в а VI

ДРУГИЕ СПОСОБЫ СВАРКИ И РЕЗКИ МЕТАЛЛОВ В СРЕДЕ ЗАЩИТНЫХ ГАЗОВ

§ 26. СВАРКА В СРЕДЕ ВОДЯНОГО ПАРА

При ручной дуговой сварке электродом в случае по­ вышенной влажности обмазки обычно наблюдается по­ ристость металла. В то же время сварка под водой не давала пор в швах.

В 1959 г. Л. С. Сапиро был разработан новый способ сварки. При этом способе .электрическая дуга горит в среде водяного пара. Водяной пар обладает свойствами активного многоатомного газа. Как сам водяной пар, так

иего составляющие — кислород и водород реагируют с расплавленным металлом и растворенными в нем хими­ ческими элементами.

Известно, что водяной пар является активным источ­ ником водорода в металле шва. При попадании водяного пара в зону дуги наблюдается также окисление металла

ивыгорание отдельных его элементов.

Окисление металла может происходить атомарным кислородом и водяным паром, однако преимущественно окисление металла происходит водяным паром, который является устойчивым при высоких температурах и одно­ временно обладает большой реакционной способностью.

Водяной пар непосредственно окисляет металл сва­ рочной ванны по следующим реакциям:

F e -f H20 = F e 0 + H2;

3Fe0 + H20 = F e 30 4-)-H2;

2FeO -}-H20 = F e 20 3 -f H2.

В результате взаимодействия водяного пара с желе­ зом образуются три окисла, которые играют огромную роль при сварке в среде водяного пара: закись железа

174

FeO, закись-окись Fe304 и окись Fe20 3, содержащие со­ ответственно 22,27; 27,64; 30,06% кислорода. В процессе окисления образование окислов одет последовательно от низших к высшим.

Из всех окислов только закись железа обладает спо­ собностью растворяться в расплавленной стали. Высшие окислы могут находиться в ней в виде шлаковых включе­ ний или совместно с другими окислами в виде шлаковой пленки на поверхности сварочной ванны.

Образующаяся закись железа хорошо растворяется в расплавленном металле, повышая тем самым содержа­ ние кислорода в сварочной ванне.

Окисление основных элементов металла шва водяным паром происходит аналогично. Хорошая растворимось за­ киси железа способствует протеканию реакций окисле­ ния углерода, кремния и марганца непосредственно в расплавленном металле.

C + FeO = Fe + CO;

Mn-(-FeO=Fe4-MnO;

Si-f 2Fe0=2Fe + Si02.

В этих реакциях в отличие от реакций окисления железа водяным паром свободного водорода не' образуется. Возникновение окиси углерода усиливает кипение сва­ рочной ванны. Закись марганца и двуокись кремния частично всплывают на поверхность, частично остаются в металле, образуя простые или сложные неметалличе­ ские включения. Реакция выгорания кремния и марганца представляет собой экзотермический процесс, который происходит с большим выделением тепла.

Для снижения окисляющего влияния водяного пара на металл снижают скорость его подачи в зону высоких температур (увеличивая диаметр и уменьшая длину струи пара).

Молекулы водяного пара весьма устойчивы к нагре­ ву. Лишь при температурах свыше 1000° С водяной пар начинает заметно распадаться на кислород и водород по реакции

2Н20 ^ 2 Н 2-|-0 2— 136,8 ккал.

Чтобы реакция произошла в заметной степени, необ­ ходима температура 4000—5000° С,

175

При высоких температурах сварочной дуги водяной пар может также распадаться по реакции

HsO :£H + OH.

Врезультате образуется водород и гидроксил. Гид­ роксил является устойчивым соединением и не растворя­ ется в металле. В воде водород практически не растворя­ ется, но активно и в больших количествах растворяется во многих металлах. В низкоуглеродистых сталях и в сварных швах содержание водорода может доходить до 40 см3 на 100 г металла и более.

Естественно, что при сварке в среде водяного пара создаются благоприятные условия для насыщения рас­ плавленного металла водородом, хотя при наличии в металле кислорода растворимость водорода снижается.

Вотличие от кислорода и азота водород по отноше­ нию к стали является защитным газом. Диссоциирован­ ный водород при высокой температуре активно соединя­ ется не только с кислородом, но также с азотом, серой, фосфором, восстанавливается металл из окислов, суль­ фидов и др. Однако при сварке в среде водяного пара, несмотря на большое количество водорода в зоне дуги, его раскисляющее действие не наблюдается. При высо­ кой температуре молекулы водорода распадаются на атомы. Распад происходит с поглощением большого ко­ личества тепла. Этим объясняется определенная инерт­ ность молекул водорода. Чтобы водород вступил в ка­ кую-либо реакцию или растворился в металле, необхо­ дим распад его молекул.

После сварки водород, обладая большой диффузион­

ной способностью, активно выделяется из сварного шва после кристаллизации металла и спустя некоторое время металл становится свободным от водорода.

Пористость возникает при выделении водорода в виде пузырей из металла в период кристаллизации. Этот про­ цесс при сварке в среде водяного пара является неизбеж­ ным даже при высоком содержании водорода.

Сварка в среде водяного пара ведется плавящимся электродом на постоянном токе обратной полярности. Для полуавтоматической сварки в среде водяного пара, как правило, применяют шланговый полуавтомат А-537, предназначенный для сварки в среде углекислого газа. Проволока подается путем ее замыкания со свариваемым изделием. Газовый редуктор полуавтомата, подогрева-

176

тель, осушитель и клапан для газа удаляются. Лучше использовать держатель ДШ-5, модернизированный на подачу водяного пара. Для этого удаляют от держателя бункер для флюса с дозатором и вместо них ставят за­ глушку со штуцером для присоединения резинового шланга, по которому подается пар (рис. 49).

род

Для сварки в среде водяного пара используют паро­ образователи. Парообразователь непрерывного действия с автоматической регулировкой количества вырабатыва­ емого пара показан на рис. 50. Парообразователь состо­ ит из двух резервуаров, соединенных между собой тру­ бой. Труба почти доходит до дна нижнего бака,-Это

177

дает возможность при определенных уровнях воды в верх­ нем и нижнем баке держать давление пара 500 мм вод.

ст (0,05 ат).

Пар вырабатывается электрокипятильником. Для этого через клемму 6, стержень (токоподвод) 7 к пласти­ не 8 подводится одна из фаз трехпроводной линии. Вторая клемма 9 крепится к корпусу, к ней подключают нулевой провод, а к клемме 1 подключается заземление. Газ выпускают вентилем 3.

При максимальном давлении в баке 2 вода вытесня­ ется из него в бак 5, оголяется пластина 8, прекращается выделение пара. При уменьшении давления вода из верхнего бака 5 по трубе 4 переливается в бак 2 и авто­ матически замыкает зазор между пластиной 8 и стенкой бака 2. Парообразование должно начаться через 15 мин, зазор при этом между электродом и корпусом должен составлять 10—25 мм. Парообразователь безопасен в работе. Заправляют его водой через верхний бак, кото­ рый играет роль сосуда противодавления.

При нагревании воды мощность парообразователя' растет с увеличением давления и снижается с вытеснени­ ем воды. В дальнейшем мощность остается практически постоянной, равной 1,5—2,5 кВт. Технические данные па­ рообразователя: напряжение питающей сети 220 В, мак­ симальный ток разогрева 70—80 А, рабочий ток 8—10 А, объем заливаемой воды 20 л, время работы без добавле­ ния воды 7 ч, маса парообразователя без воды 32 кг, время нагрева 10—15 мин, давление 0,05 атм.

Хорошие результаты при сварке достигнуты при использовании преобразователя ПС-500 и питании его обмотки возбуждения от выпрямителя ВАС-5 с одновре­ менным изменением направления вращения ротора. При этом удается устойчиво держать напряжение 30—35 В при относительно жесткой характеристике. Критерием пригодности преобразователя служит устойчивое горение дуги при сварке на токах 200—220 А при напряжении 30—35 В с использованием проволоки Св08 диаметром 2 мм. Скорость подачи проволоки при этом около 215 м/ч.

При сварке в среде водяного пара качество металла шва и его механические свойства сравнимы с теми, кото­ рые получают при использовании толстопокрытых элек­ тродов Э-42 (табл. 55 и 56).

.При заварке дефектов стального литья, выполненной в среде водяного пара, получены следующие данные: при

178