ГлавнаяРазноеПочему при сварке металлических деталей необходимо их плотное

Сварка металлов технологии сварочного производства. Почему при сварке металлических деталей необходимо их плотное


Превращение металла при сварке.


август 2018
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
1 2 3 4 5
6 7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17 18 19
20 21 22 23 24 25
26
27 28 29 30 31

Превращение металла при сварке.

При электро-дуговой сварке металлов происходят обычные металлургические процессы как бы в маленьком масштабе. Вот, и рассмотрим теоритеческие изложения этих физико-химических процессов в разрезе сварочного дела.

Выделяем следующие основные металлургические моменты при электро-дуговой сварке:

--- Малый объем сварочной ванны и большие количества реагирующих фаз в сварочной ванне. --- Высокие температуры в различных областях сварочной зоны и большой перегрев расплава в ванне. --- Движение жидкого металла, интенсивное перемешивание расплавленных продуктов и их непрерывное обновление и обмен в сварочной ванне. --- Высокие скорости охлаждения и кристаллизации наплавленного металла.

В при сварке наблюдается активное взаимодействие расплавленного металла с окружающей газовой средой и флюсами, нагретыми до очень высоких температур и происходит с большой скоростью. Поэтому эти процессы не доходят до полного завершения и большинство реакций в сварочной зоне не достигает равновесного состояния. Создаются условия, препятствующие очищению металла шва от различных неметаллических включений, оксидов и газов, которые не успевают выходить на поверхность сварочной ванны и удаляться в шлак. Высокие скорости охлаждения и кристаллизации металла приводят к мелкозернистой структуре, уменьшению химической неоднородности. В итоге получаем сварные швы с более высокими прочностными характеристиками.

Имеющие место металлургические процессы связаны с протеканием определенных химических реакций - окисление или раскисление металла шва, легирование его определенными элементами, растворение и выделение в шве газов. Некоторые из них ведут к ухудшению свойств получаемых соединений и являются нежелательными( окисление), другие способствуют повышению качества и свойств соединений - раскисление.

При диссоциации происходит распад сложных компонентов на атомы. Диссоциации способствуют высокие температуры в зоне сварки и каталитическое действие расплавленного металла. При дуговой сварке распаду в начале подвергаются молекулы газов как простых - кислород, азот, водород, так и сложных - углекислый газ СО2, пары воды Н2О. Кислород и водород при температурах дуги полностью диссоциируют на атомы, азот распадается в меньшей степени. Водяной пар может окислять или восстанавливать металл сварочной ванны. Диссоциации подвергаются и сложные соединения. В электродных покрытиях и флюсах содержится плавиковый шпат CaF2. При высоких температурах он разлагается. Атомы фтора, соединяясь с электронами, превращаются в ионы с малой подвижностью. Происходит снижение проводимости дугового промежутка и ухудшение стабильности дуги. Но атомы фтора способны связывать водород в молекулы HF, не растворяющиеся в металле ванны, уменьшая насыщение металла шва водородом. В состав покрытий электродов входят карбонаты СаСО3. Разлагаясь при высоких температурах, карбонаты СаСО3 выделяют углекислый газ, который распадается с образованием кислорода. Находясь в атомарном состоянии, газы становятся химически активными и, реагируя с металлом, резко ухудшают его качество.

Металл сварочной ванны окисляется за счет кислорода, содержащегося в газовой среде и шлаках в зоне сварки. Окисление происходит и за счет оксидов (окалины, ржавчины). При нагреве имеющаяся в ржавчине влага испаряется, молекулы воды диссоциируют - кислород окисляет металл. Окалина при плавлении металла превращается в оксид железа с выделением свободного кислорода. При недостаточной защите сварочной ванны окисление происходит за счет кислорода воздуха. Большую опасность для качества шва представляет оксид FeO, способный растворяться в жидком металле. Этот оксид обладает температурой плавления меньшей, чем у основного металла. Поэтому при кристаллизации металла шва он затвердевает в последнюю очередь. В результате он располагается в виде прослоек по границам зерен, что вызывает снижение пластических свойств металла шва. Чем больше кислорода в шве находится в виде FeO, тем сильнее ухудшаются его механические свойства. Высшие оксиды железа не растворяются в жидком металле и, если они не успевают всплывать на поверхность сварочной ванны, остаются в металле шва в виде шлаковых включений. Железо может окисляться и за счет кислорода, содержащегося в СО2 и парах воды Н2О. В ходе сварки кроме железа окисляются - углерод, кремний, марганец. При переходе капель электродного металла в сварочной дуге окисление элементов происходит в результате взаимодействия их с атомарным кислородом газовой среды дугового промежутка: С + О= СО, Мn + О= MnO, Si + 2O= SiO2. В сварочной ванне элементы окисляются при взаимодействии их с оксидом железа. Окисление данных элементов приводит к уменьшению их содержания в металле шва. Образующиеся оксиды остаются в шве в виде различных включений, значительно снижающих механические свойства сварных соединений, особенно пластичность и ударную вязкость металла шва. Повышенное содержание кислорода уменьшает стойкость против коррозии, повышает склонность к старению металла, сообщает ему хладноломкость и красноломкость. Потому для получения качественного металла шва предупреждают окисления его в первую очередь путем создания различных защитных сред.

Применяемые при сварке защитные меры не всегда обеспечивают отсутствие окисления расплавленного металла, потому-то требуется его раскислить. Раскислением называют процесс восстановления железа из его оксида и перевод кислорода в форму нерастворимых соединений с последующим удалением в шлак. Окисление и раскисление, в сущности, представляют два направления протекания одного и того же химического процесса. В общем случае реакция раскисления имеет вид FeO + Ме= Fе + МеО, где Me - раскислитель. Раскислителем является элемент, обладающий в условиях сварки большим сродством к кислороду, чем железо. В качестве раскислителей применяют кремний, марганец, титан, алюминий, углерод. Раскислители вводят в сварочную ванну через электродную проволоку, покрытия электродов и флюс. Оксид кремния плохо растворяется в железе и всплывает в шлак. Раскисление кремнием сопровождается реакциями образования более легкоплавких комплексных силикатов марганца, кремния и железа, которые лучше переходят в шлак. Марганец, кремний и титан вводят в сварочную ванну через электродную проволоку, легируя ее через покрытие электрода или флюс, вводя соответствующие ферросплавы. Раскисление углеродом: FeO + С = Fe + CO. Образующийся оксид углерода выделяется в атмосферу в газообразном состоянии, вызывая сильное кипение сварочной ванны и образуя поры в шве. Для получения плотных швов реакцию раскисления углеродом стопорят введением в сварочную ванну раскислителя кремния.

Азот воздуха в электрической дуге разогревается и частично диссоциирует. В атомарном состоянии азот растворяется в жидком металле. В процессе охлаждения азот выпадает из раствора и взаимодействует с металлом, образуя ряд соединений -нитридов Fe2N, Fe4N. Атомарный азот может соединяться и с кислородом, образуя оксид азота NO, который, растворяясь в каплях электродного металла, переходит в сварочную ванну. Содержание азота в металле шва вредно влияет на его механические свойства, особенно пластичность. Насыщение металла азотом способствует образованию газовых пор. Снижение азота проводят для защиты расплавленного металла от воздуха или введения в него химических элементов, удаляющих азот в виде неметаллических включений.

Водород попадает в зону сварки из влаги покрытия электрода или флюса, ржавчины на поверхности сварочной проволоки и детали, из воздуха. Атомарный водород хорошо растворяется в жидком металле, и с увеличением температуры нагрева растворимость увеличивается. При охлаждении и кристаллизации сварочной ванны выделяющийся водород не полностью удаляется из металла шва и образуются газовые поры. Атомы водорода, проникая в имеющиеся полости в затвердевающем металле, приводят к повышению в них давления, развитию в, металле внутренних напряжений и образованию микротрещин. Снижение газонасыщения швов проводят за счет качественной защиты расплавленного металла при сварке очисткой и прокалкой свариваемого и сварочных материалов.

Сера является вредной примесью в сталях. В сварочную ванну она попадает из основного металла, сварочной проволоки, из покрытия электродов или флюса. В металле сера может находиться в виде соединений - сульфидов. Особо вреден сульфид железа FeS, хорошо растворимый в железе. Наличие в металле шва серы снижает его механические свойства и способствует образованию трещин. Поэтому десульфурация, очистка металла от серы, имеет целью уменьшение общего содержания серы в шве и особенно FeS. Десульфурацию проводят введением в сварочную ванну элементов, имеющих большее сродство к сере, чем железо. Образующийся сульфид элемента должен плохо растворяться в металле и хорошо в шлаке. Таким элементом является марганец, обладающий большим сродством к сере. Сульфид марганца не растворяется в металле, имеет малую плотность и легко всплывает в шлак сварочной ванны.

Фосфор вредная примесь в сталях. Попадает как и сера. В металле фосфор находится в виде соединений - фосфидов железа с температурой плавления ниже, чем у железа 1170°С. Фосфор в металле шва располагается по границам зерен в виде легкоплавкой прослойки и приводит к сильной неоднородности металла, росту зерен и снижению пластичности, особенно при низких температурах, вызывая хладноломкость металла. Удаление фосфора проводят его окислением и последующим связыванием в прочное соединение, удаляемое в шлак.

далее Кристаллизация металла при сварке.

ПОНРАВИЛОСЬ?ПОДЕЛИСЬ с ДРУЗЬЯМИ:
 

Добрый вечер!

seosait21.ru

Сварка разных металлов

Вопрос сварки разных металлов обуславливается трудностью формирования сварных соединений разнородных металлов. Такая постановка вопроса возникла еще в начале развития сварочного производства, и ключевым толчком стало экономическое обоснование вопроса. Первую информацию о сварке разных металлов можно найти еще в сведениях пушечных заводов города Перми. В пермском музее вы найдете стакан, который сварен из разных металлов (бронзы, нейзиль­бера (Си, Ni,Zn), меди, чугуна, стали, никеля, томпака).

Почему при сварке разных металлов возникают трудности?

  • Разная температура плавления соединяемых металлов;
  • Термические напряжения металлов;
  • Различие в теплопроводности и теплоемкости металлов;
  • Разные электромагнитные свойства металлов (что приносит сложность формирования шва);
  • Тугоплавкость металла;
  • Свариваемость разных металлов.

На характер образования сварного соединения большое влияние оказывает химический состав образующихся фаз (в случае ограниченной растворимости). Конгломерат интерметаллических фаз, образующихся, например, при сварке ниобия со сталью, сохраняется и при последующей термообработке, и все дальнейшее поведение сварного соединения определяется количеством, формой, харак­тером расположения и свойствами прослойки.

Возможность сварки разнородных металлов с образованием прочных связей определяется, прежде всего, физико-химическими свойствами соединяемых металлов и применяемой технологией сварки. Физические свойства металлов, от которых зависит их сва­риваемость, могут существенно отличаться. Металлургические процессы сварки разных металлов, особенно с различной основой, более сложны и менее исследованы, чем процессы сварки однород­ных металлов.

Решающее влияние на сварку разных металлов оказывает металлургическая совместимость, которая определяется взаимной растворимостью соединяемых металлов и в жидком, и в твердом состоянии, а также образованием хрупких химических соединений — интерметаллидов. Практически не свариваются плав­лением металлы и сплавы, которые не могут взаимно растворяться в жидком состоянии, например железо и магний, чистые свинец и медь, железо и свинец и др. При расплавлении таких пар металлов образуются несмешивающиеся слои, которые при последующем затвердевании могут быть сравнительно легко отделены друг от друга. Образуют сварные соединения металлы и сплавы, в состав

  • которых входят элементы, обладающие неограниченной взаимной растворимостью не только в жидком, но и в твердом состоянии, т. е. образующие, непрерывный ряд твердых растворов.
  • Взаимная растворимость элементов определяется подобием кри­сталлических решеток растворителя и растворяемого компонента, разницей в атомных радиусах компонентов и величиной электроотрицательности, характеризующей энергию связи между двумя элементами.

www.autoezda.com

Сущность процесса сварки | Сварка металлов

Сваркой называется процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между соединяемыми частями при их нагревании и (или) пластическом деформировании (ГОСТ 2601—84).

Определение сварки относится к металлам, неметаллическим материалам (пластмассы, стекло и т. д.) и к их сочетаниям.

сущность процесса сварки

Рисунок - Процесс сварки

Энергия активации

Для образования неразъемного соединения одного соприкосновения частей с зачищенными поверхностями недостаточно. Межатомные связи могут установиться между частями (деталями) только тогда, когда соединяемые атомы получат энергию извне. В результате затраченной энергии атомы получат соответствующее смещение (движение), позволяющее им занять в общей атомной решетке устойчивое положение, т. е. достигнуть равновесия между силами притяжения и отталкивания. Энергию извне называют энергией активации. Ее при сварке вводят путем нагрева (термическая активация) или пластического деформирования (механическая активация).

Соприкосновение свариваемых частей и применение при сварке энергии активации являются необходимыми условиями для образования неразъемных сварных соединений из однородных частей. Эти условия совмещаются при выполнении процесса сварки.

По признаку применяемого вида активации в момент образования межатомных связей в неразъемном соединении различают два вида сварки: сварку плавлением и сварку давлением.

Соединение деталей сваркой плавлением

Рис. 1. Соединение деталей сваркой плавлением:

1 — перед сваркой, б — после сварки; 1, 3 — свариваемые детали, 2 — оплавляемые кромки, 4 - сварной шов

Сущность сварки плавлением

Сущность сварки плавлением (рис. 1) состоит в том, что образующийся от нагрева посторонним источником жидкий металл одной оплавленной кромки самопроизвольно соединяется (в какой-то мере перемешивается) с жидким металлом второй оплавленной кромки, создается общий объем жидкого металла, который называется сварочной ванной. После охлаждения металла сварочной ванны получается металл шва. Металл шва может образоваться только за счет переплавления металла по кромкам или дополнительного присадочного металла, введенного в сварочную ванну.

Источниками местного нагрева при сварке плавлением могут быть электрическая дуга, Тазовое пламя, химическая реакция с выделением теплоты, расплавленный шлак, энергия электронного излучения, плазма, энергия лазерного излучения.

Образование межатомных связей в кромках соединяемых деталей при сварке плавлением достигается благодаря тому, что металл по кромкам (каждый в отдельности) первоначально расплавляется, а потом вновь оплавленные кромки смачиваются и заполняются расплавленным металлом из сварочной ванны.

Зона сплавления

Зона вблизи границы оплавленной кромки свариваемой детали и шва называется зоной сплавления. В ней содержатся прежде всего образовавшиеся межатомные связи. В поперечном сечении сварного соединения она измеряется микрометрами, но роль ее в прочности металла очень велика.

Соединение деталей сваркой давлением без внешнего нагрева

Рис. 2. Соединение деталей сваркой давлением без внешнего нагрева:

а - детали перед сваркой, б — после сварки (макроструктура соединения алюминия), в — оптимальная зависимость между температурой нагрева и давлением для железа

Сущность сварки давлением

Сущность сварки давлением (рис. 2) состоит в пластическом деформировании металла по кромкам свариваемых частей. Пластическое деформирование по кромкам свариваемых частей достигается статической или ударной нагрузкой. Для ускорения получения пластически деформированного состояния металла по кромкам свариваемых частей обычно сварку давлением выполняют с местным нагревом. Благодаря пластической деформации металл по кромкам подвергается трению между собой, что ускоряет процесс установления межатомных связей между соединяемыми частями. Зона, где образовались межатомные связи соединяемых частей при сварке давлением, называется зоной соединения.

Источником теплоты при сварке давлением с нагревом служат: печь, электрический ток, химическая реакция, индукционный ток, вращающаяся электрическая дуга и др.

Характер процесса сварки давлением с нагревом может быть и другим. Например, при стыковой контактной сварке оплавлением свариваемые кромки первоначально оплавляются, а затем пластически деформируются. При этом часть пластически деформированного металла совместно с некоторыми загрязнениями выдавливаются наружу, образуя грат.

Распределение деформаций по сечению сварного соединения в зоне сварки является неравномерным (рис. 2, б), в результате чего происходит скольжение у частиц металла в зоне соединения. Все это приводит к получению повышенных механических свойств сварных соединений. Оптимальная зависимость между температурой нагрева и давлением для железа дана на рис. 2, в.

www.svarkametallov.ru

Металлургические процессы при сварке - Cварочные работы

Металлургические процессы при сварке

Плавление металла. В процессе электродуговой сварки плавлением металл сварного соединения плавится под воздействием мощной электрической дуги, горящей между электродом и свариваемым изделием. Температура дуги колеблется в пределах 5000—8000 °С. Под действием мощного сосредоточенного источника тепла плавятся свариваемый (основной) и электродный (сварочный) металлы.

Металлургические процессы при дуговой сварке протекают совершенно в других условиях, чем при производстве стали. Это объясняется прежде всего небольшим объемом расплавленного металла, называемого сварочной ванной, и быстрым его затвердеванием. При ручной дуговой сварке объем расплавленного металла не превышает 8 см3 (длина сварочной ванны 20—30 мм, ширина 8—12 мм, глубина 2—3 мм), а время затвердевания — несколько секунд. Между тем при производстве стали объем расплавленного металла измеряется десятками и сотнями тонн, а время плавления и затвердевания — часами, хотя температура расплавленного металла ниже, чем в сварочной ванне. В результате быстрого затвердевания металла сварочной ванны химические реакции, протекающие в расплавленном металле, не успевают закончиться. Поэтому при сварке незащищенной дугой содержание кислорода в металле сварного соединения примерно в 15 раз больше, чем у мартеновской стали. А чем больше кислорода,’ тем ниже механические свойства металла.

Расплавленный металл электрода переходит в сварочную ванну в виде небольших капель. Металл капель подвергается в дуговом промежутке воздействию шлака покрытия электрода и газов окружающей среды. При ручной сварке электродами, имеющими покрытие, одновременно с основным и электродным металлами плавится и покрытие, в результате чего образуется расплавленный неметаллический слой шлака. Назначение шлака — улучшать свойства расплавленного металла. Шлак защищает металл капли и сварочной ванны от воздействия окружающего воздуха, раскисляет и легирует металл сварочной ванны, в шлаке растворяются вредные примеси. В ряде случаев шлак способствует устойчивому горению дуги.

В процессе плавления электродного покрытия наряду с образованием слоя расплавленного шлака выделяются газы, возникающие при сгорании газообразующих компонентов покрытия (целлюлоза, крахмал, древесная мука) и разложении молекул мела, мрамора. Реакции между газообразными веществами и жидким металлом протекают быстрее, чем при использовании шлаковой защиты, поэтому действие последней более интенсивно.

Меры, принимаемые для защиты металла сварочной ваны от воздействия окружающего воздуха, не всегда достигают цели. Поэтому содержание кислорода в наплавленном металле всегда бывает выше, чем в основном и электродном. Для снижения количества кислорода в наплавленном металле, а следовательно, для повышения механических свойств металла его раскисляют и удаляют образовавшиеся окислы из’ сварочной ванны. Раскисляют металл с помощью углерода, марган-да, кремния, алюминия (раскислители), которые вводят в электродную проволоку или электродные покрытия.

Для компенсирования выгорающих элементов, а также легирования основного металла с целью обеспечения равнопрочности и сближения химического состава наплавленного и основного металлов, легируют металл сварного шва. Легирование осуществляется хромом, молибденом, титаном, ванадием, вольфрамом и рядом других элементов, которые вводятся в состав электродного покрытия или основного металла.

Кристаллизация металла сварного соединения. Сварное соединение образуется из металла сварного шва (расплавленный основной и электродный металл) и участков основного металла, прилегающих к сварному шву (рис. 1). При ручной сварке покрытыми электродами металл шва в среднем состоит из 30—50% основного и 70—50% электродного металла.

Рис. 1. Структура околошовной зоны сварного соединения и схема участков1 — неполного расплавления; 2 — перегрева; 3 — нормализации; 4— неполной перекристаллизации; 5 — рекристаллизации

При остывании металла сварочной ванны происходит его первичная и затем вторичная кристаллизация. Образование зерен при переходе металла из расплавленного в твердое состояние называется первичной кри-сталлизацией,- При изменении температуры в затвердевшем металле меняется форма зерен. Этот процесс называется вторичной кристаллизацией (перекристаллизацией). При вторичной кристаллизации стремятся к измельчению зерна, что улучшает механические свойства стали. Легирование металла шва через покрытие электродов, а также надежная защита металла сварочной ванны способствуют получению достаточно чистого, без’ включений, металла шва необходимого химического состава с требуемыми свойствами.

Структура металла шва в некоторой степени зависит от формы шва. В узких швах, имеющих коэффициент формы шва (отношение ширины шва к глубине провара) меньше единицы, последние участки жидкого металла располагаются в центре сечения шва (рис. 2,о), поэтому в этом месте возможны скопления шлаков, газов и других нежелательных включений. У швов с коэффициентом формы шва больше единицы (рис. 2,6) последние участки жидкого металла находятся в середине поверхности шва, поэтому все вредные включения свободно удаляются.

Выделяющееся при сварке тепло уходит в основном в свариваемый металл через околошовные участки, называемые зоной термического влияния. От обычной термической обработки нагрев и охлаждение металла сварного соединения в зоне термического влияния отличается кратковременностью теплового воздействия и нагревом до высоких температур. Нагрев и охлаждение металла околошовной зоны оказывают серьезное влияние на его свойства, вызывая различные структурные изменения. Свойства сварного соединения определяются свойствами металла шва и металла зоны термического влияния. Зона термического влияния при сварке покрытыми электродами составляет около 6 мм (участки: перегрева — 2,2 мм, нормализации—1,6 мм, неполной перекристаллизации — 2,2 мм). Сварные соединения разрушаются главным образом в зоне термического влияния вследствие потери основным металлом пластических свойств.

Рис. 2. Форма шваа — узкого с коэффициентом формы шва меньше 1; б — коэффициентом формы шва больше 1

Дефекты структуры металла сварных соединений. К этим дефектам относятся шлаковые включения, трещины, поры.

При ручной сварке покрытыми электродами шлаковые включения образуются в результате задержки частиц кварца и корунда, присутствующих в некоторых исходных компонентах покрытий. В металле шва встречаются сернистые включения, нитриды — химические соединения азота с различными металлами. Повышение содержания азота резко снижает пластические свойства металла шва.

В большинстве случаев неметаллические включения имеют высокую температуру плавления, небольшую прочность, способствуют коррозии металла, так как отличаются от него по химическому составу.

Для предупреждения появления шлака в наплавленном металле в состав электродных покрытий вводят вещества, дающие возможность _ понизить температуру плавления окислов и образующие легко удаляемые из металла соединения. Кроме того, удаляют загрязнения, ржавчину и окалину в месте сварки на основном металле, шлак при многослойной сварке после наплавки каждого валика; замедляют остывание основного металла, применяя соответствующий режим сварки, толстый слой шлака или другие приемы.

Качество сварного соединения во многом зависит от технологических приемов сварки, в результате которых должно быть получено сплошное соединение. Сплошность сварного соединения является одним из основных признаков качества сварки. Нарушение сплошности проявляется обычно в виде трещин и пористости.

Трещины условно делятся на горячие и холодные.

Увеличению вероятности появления горячих трещин способствуют сера, углерод, кремний, водород.

Большую роль в образовании холодных трещин играют фосфор, водород, молекулы которых скопляются в пустотах структуры металла. Предупредить появление трещин можно предварительным подогревом свариваемых элементов и использованием оптимальных режимов сварки.

В процессе расплавления металла из него выделяются газы, которые, оставаясь в затвердевшем металле, делают его пористым, а поры способствуют разрушению сварного соединения, так как служат концентраторами напряжений. Кроме того, оставшиеся в металле газы уменьшают его пластичность, повышая твердость и хрупкость. Поры имеют шарообразную и вытянутую формы.

Основными причинами появления пор являются: влага, присутствующая в электродах и присадочной проволоке; ржавчина, окалина на свариваемых кромках; интенсивное выделение газов при затвердевании металла, наличие в стали в большом количестве водорода.

Читать далее:Сварочные флюсыСварочные электродыОбщие сведения о сварке арматурыПротивопожарные мероприятия при сваркеБезопасность труда при сварке технологических трубопроводовБезопасность труда при сварке строительных металлических и железобетонных конструкцийЗащита от поражения электрическим током при сваркеТехника безопасности и производственная санитария при сваркеУправление качеством сваркиСтатистический метод контроля

stroy-server.ru

Лекция № 24 Металлургические процессы при сварке плавлением

Сварка отличается от других металлургических процессов сле­дующими особенностями: а) происходит при высокой температуре нагрева; б) протекает с большой скоростью; в) характеризуется очень малыми объемами нагретого и расплавленного металла; г) при сварке имеет место быстрый отвод тепла от расплавленного металла сварочной ванны в прилегающие к ней зоны твердого ос­новного металла; д) на расплавленный металл в зоне сварки воз­действуют окружающие его газы и шлаки;

Высокая температура при сварке сильно ускоряет процессы плавления электродного и основного металла, электродного пок­рытия и флюса. При этом происходит выделение газов (в основном за счет окисления углерода), испарение, разбрызгивание и окисле­ние веществ, участвующих в химических реакциях в зоне сварки.

Молекулы кислорода, азота, водорода при высоких температурах дуги частично распадаются па атомы (диссоциируют). В ато­марном состоянии эти элементы обладают высокой химической ак­тивностью. Вследствие этого окисление элементов, насыщение ме­талла азотом, поглощение водорода в процессе сварки протекают более интенсивно, чем при обычных металлургических процессах.

Малые объемы расплавленного металла в сварочной ванне и интенсивный отвод тепла в окружающий металл обуславливают кратковременность протекающих химических реакций,

Химический состав, структура и плотность металла шва зави­сят от состава основного и присадочного металла, характера и сос­тава газов, окружающих жидкий металл, режима сварки и про­чих факторов.

Указанные особенности металлургических процессов при свар­ке затрудняют получение сварных швов высокого качества.

Рассмотрим основные реакции в зоне сварки для стали, как наиболее распространенного металла, подвергаемого сварке.

Окисление.

Кислород является наиболее вредной примесью в зоне сварки, так как окисляет элементы, входящие в состав метал­ла шва, и ухудшает его качество, образуя химические соедине­ния— окислы.

Окисление элементов в основном происходит за счет кислорода, содержащегося в газах и шлаках сварочной зоны. В меньшей степени окисление может быть вызвано кислородом поверхностных окислов свариваемого металла (окалины, ржавчины). При случайном увеличении длины дуги капли электродного метал­ла могут окисляться кислородом окружающего воздуха.

С железом кислород образует три окисла:FeO, Fe2O3 , Fe3 O4.

Наибольшее влияние на свойства стали оказывает оксид железа FeO, так как только он растворяется в железе. Растворимость оксида железа в стали зависит главным образом от содержания углерода и температуры металла. С увеличением содержания углерода в стали растворимость оксида железа снижа­ется. При высокой температуре стали растворимость окси­да железа выше, чем при низкой температуре.

Поэтому при охлаждении стали происходит выпадение из раствора ок­сида железа FеО. При высоких скоростях охлаждения часть оксида железа остается в растворе, образуя шлаковые про­слойки между зернами металла.

При сварке стали в первую очередь окисляется железо, поскольку оно является основным элементом в стали.

Другие элементы, входящие в состав стали (углерод, кремний, марганец), окисляются (выгорают) тем быстрее, чем больше химическое сродство данного элемента с кислородом.

При сварке металла, покрытого ржавчиной, содержащаяся в ней влага испаряется, пары воды разлагаются на водород и водород, который окисляет железо в FeO.

Присутствие кислорода в металле шва в виде твердого раствора или включений окислов понижает механические свойства, снижает стойкость металла против коррозии, делает металла ломким.

Таким образом, главным условием получения наплавленного металла высокого качества является его защита от окисления кислородом окружающей среды. Это достигается созданием вокруг расплавленного металла защитной среды из газов и шлаков, а также раскислением металла шва.

Раскисление

Процесс удаления кислорода из наплавленного металла с целью повышения его качества называется раскислением.Раскисление ведется путем введения в сварочную ванну элементов – раскислителей (марганец, кремний, алюминий, титан). Раскислители входят в состав сварочной проволоки или электродных покрытий и флюсов, откуда они поступают в сварочную ванну, вступают в реакцию с оксидом железа FeO, выводя его в шлак.

Рафинирование

Процесс удаления вредных примесей из сварного шва (сера, фосфор).Серу удаляют введением марганца, который образует химическое соединение (сернистый марганец) не растворимое в жидком металле, которое полностью переходит в шлак. Фосфор также в ходе химических реакций переходит в шлак.

Легирование

Процесс введения в сплав элементов, придающих ему требуемые свойства. Путем легирования металла шва пополняют элементами, содержание которых уменьшилось вследствие выгорания их при сварке. Легирующие элементы входят в состав проволоки электрода, его покрытие, во флюс. Чем лучше раскислен наплавленный металл, тем большее количество легирующего элемента им усваивается.

Похожие статьи:

poznayka.org