авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
-- [ Страница 1 ] --

В.М. ВИНОГРАДОВ, А.А. ЧЕРЕПАХИН, Н.Ф. ШПУНЬКИН

ОСНОВЫ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Учебное пособие

по курсу

«Технология

конструкционных материалов»

Москва

ACADEMIA

2007

УДК 621.791

Авторы:

проф. к.т.н. Виталий Михайлович Виноградов (кафедра «Технология и

автоматизация машиностроения», МГТУ - МАМИ);

доц. к.т.н. Алек сандр Александрович Черепахин (кафедра «Технология конструкци онных материалов» МГТУ-МАМИ), проф. к.т.н. Николай Фомич Шпунькин (заведующий кафедрой «Кузовостроение и обработка дав лением» МГТУ-МАМИ).

Основы сварочного производства: Учебное пособие по курсу «Тех нология конструкционных материалов» для студентов технических ВУЗов / Виноградов В.М.. Черепахин А.А., Шпунькин Н.Ф.– М.: Из дательский центр «Академия», 2007.

Рассмотрены физико-химические основы получения сварного соединения. Подробно освещены основные методы и способы сварки конструкционных материалов. Даны практические рекомендации по технологии сварки, выбору технологических режимов, применяемому технологическому оборудованию, материалам и оснастке. Подробно рассмотрено применение сварочно-наплавочных работ при изготовле нии и ремонте автотракторной техники.

Для студентов высших технических учебных заведений.

ПРЕДИСЛОВИЕ Курс «Технология конструкционных материалов» - комплексная дисциплина о способах переработки материалов от получения заго товки до готового изделия. Одним из основных разделов курса явля ется раздел «Основы сварочного производства».

В учебном пособии представлены сведения о сварочных процессах и родственных им процессах наплавки и резки, применяемых в со временном машиностроении.

В объеме программы изучаемого курса рассмотрены основные ме тоды и способы сварки конструкционных материалов. Даны практи ческие рекомендации по технологии сварки, выбору технологических режимов, применяемому технологическому оборудованию, материа лам и оснастке. Подробно рассмотрено применение сварочно - напла вочных работ при изготовлении и ремонте автотракторной техники.

Учебное пособие может быть использовано как дополнительная литература при изучении курсов: «Материаловедение и Технология конструкционных материалов», «Технология конструкционных мате риалов», «Кузовостроение», «Сварочное оборудование и оснастка».





Пособие написано сотрудниками МГТУ – Московский автоме ханический институт: Виноградовым В.М. – кафедра «Технология и автоматизация машиностроения», Черепахиным А.А – кафедра «Тех нология конструкционных материалов», Шпунькиным Н.Ф. кафедра «Кузовостроение и обработка давлением».

ВВЕДЕНИЕ Сварка – производительный и достаточно универсальный тех нологический процесс получения неразъемных соединений. Он нахо дит широкое применение во всех отраслях промышленности. Сварка применяется как отдельный процесс при изготовлении сложных про странственных конструкций, так и в сочетании с обработкой металлов давлением, литьем, обработкой металлов резанием.

Сварка – процесс получения неразъемных соединений посред ством установления межатомных связей между соединяемыми частя ми при их нагревании и (или) пластическом деформировании (ГОСТ 2601-84* Сварка металлов. Термины и определения основных поня тий.).

ГЛАВА 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА СВАРКИ МЕ ТАЛЛОВ. КЛАССИФИКАЦИЯ ВИДОВ СВАРКИ. ВИДЫ СВАР КИ Рассмотрим физические основы процесса соединения двух по ликристаллических тел из одного материала в единое, монолитное те ло.

1.1. Основы процесса соединения двух металлов Всякое твердое или жидкое тело представляет собой систему атомов, ионов или молекул, связанных между собой внутренними си лами притяжения. У кристаллических или поликристаллических тел эти частички расположены в узлах кристаллической решетки. Боль шинство металлов характеризуется объемно центрированной, гране центрированной, гексагональной плотноупакованной решетками.

Для соединения двух твердых тел с получением общего моноли та необходимо установить между их поверхностными атомами непо средственную связь, т.е. сблизить их на расстояния, сопоставимые с величиной параметра кристаллической решетки. Современные мето ды механической обработки (финишное полирование) позволяют обеспечить сближение поверхностей на величину 10-5 мм. Но, даже такая обработка не обеспечит получение монолита по нескольким причинам: Расстояние между поверхностями несопоставимо больше величины параметра кристаллической решетки. Из-за наличия на по верхностях загрязнений (окисные и масляные пленки). Из-за наличия энергетического барьера потенциальной энергии системы атомов по верхностных слоев. Для преодоления этого барьера необходимо за тратить дополнительную энергию (энергию активации поверхности).

В зону сварки такую энергию можно внести различными спосо бами: в виде теплоты (термическая активация);

в виде упруго – пла стической деформации (механическая активация);

в виде электронно го или ионного облучения (радиационная активация).

При сварке, наиболее распространенными способами внесения энергии активации являются нагрев и деформирование, характеризуе мые технологическими режимами сварки: температурой нагрева и ве личиной давления.

Для различных свариваемых материалов взаимосвязь техноло гических режимов может быть различна. Рассмотрим эту связь для технически чистого железа (без учета загрязнения свариваемых по верхностей) (рис. 1.1). Кривая А-Б-В-Г-Д разделяет поле технологиче ских параметров на две области: Область сваривания – область, в ко торой получается качественное сварное соединение, со свойствами сварного шва, близкими к свойствам основного металла заготовок.





Область отсутствия сваривания – область, в которой сварное соедине ние или не получится, или сварной шов будет низкого качества. Об ласть сваривания содержит три температурных участка (I, II, III). На участке I (температурах до Т1 850ОС) для получения качественного сварного шва необходимы высокие давления (более 350 МПа). Этот участок называют областью ограниченного сваривания. На участке для получения качественного сварного шва необходимо прикладывать внешнее давление. Причем, чем выше температура, тем меньше необ ходимое давление. Этот участок называют областью сварки давлени ем. На участке для получения качественного сварного шва нет не обходимости прикладывать внешнее давление, поскольку металл пе реходит в расплавленное состояние. Этот участок называют областью сварки плавлением.

Температурные области сварки различных металлов и сплавов отличаются друг от друга. Например: алюминий, свинец и медь при больших пластических деформациях могут свариваться при комнат ной температуре. Для сплава «железо - углерод» интервалы темпера тур сварки давлением зависят от содержания в них углерода (рис. 1.2).

По мере увеличения содержания углерода температурный интервал, обеспечивающий хорошее качество сварки давлением уменьшается.

Так, сварку чугуна (содержание углерода более 2,14%) можно осуще ствлять только при наличии жидкой фазы (сварка плавлением или с частичным оплавлением). При сварке разнородных металлов и спла вов возможны три варианта сварного шва. Соединяемые металлы об разуют непрерывные твердые растворы (железо - никель, железо хром, никель - олово). При этом совместная кристаллизация обеспе чивает установление межатомных связей как внутри кристалла, так и по границам зерен. Соединяемые металлы или составляющие соеди няемых металлов имеют ограниченную растворимость друг в друге (железо - медь, медь - олово). В этом случае возрастает роль связей между отдельными кристаллами (межкристаллитных связей). Соеди няемые металлы практически не растворяются друг в друге (железо свинец, железо - магний). При этом связь может устанавливаться только по границам кристаллов.

Следовательно: сварка - это технологический процесс получе ния монолитных неразъемных соединений посредством установления внутренних меж частичных (меж атомных, меж ионных, меж молеку лярных) связей, при их местном или общем нагреве, или пластиче ском деформировании, или совместным воздействии этих факторов.

Сварные соединения характеризуются структурной непрерывной свя зью. Сварка может производиться с использованием дополнительного объема металла (применение электрода или присадочной проволоки) или без него.

Обычно к сварочным операциям относят и наплавку, т.е. нане сение посредством сварки плавлением дополнительного слоя рас плавленного металла на нагретую или доведенную до состояния плав ления поверхность изделия. Целью наплавки является создание на по верхности детали слоя металла с особыми свойствами (износостойкое, антикоррозионное или иное покрытие) или восстановление размеров детали при ее ремонте.

Иногда, как частный случай сварки, рассматривается и пайка.

При пайке соединение двух деталей, нагреваемых до температуры ниже температуры их плавления, производится с помощью дополни тельного расплавленного слоя (припоя). При этом температура плав ления припоя всегда ниже температуры плавления соединяемых ме таллов. В результате взаимодействия припоя с поверхностными слоя ми соединяемых металлов может происходить: образование твердых растворов, или химических соединений, или бездиффузионное сцеп ление (адгезия). В последнем случае пайку можно рассматривать, как частный случай склеивания.

1.2. Классификация видов сварки (по ГОСТ 2601-84*) Классификация видов сварки основана на состоянии металла в сварочной зоне и на виде и способе внесения энергии активации.

В момент сварки металл, в сварочной зоне, может находиться в жидком или твердом состоянии. Для осуществления сварки при твер дом состоянии металла, несмотря на размягчение его нагревом, требу ется приложение внешнего (осадочного) давления. При жидком со стоянии металла можно получить сварное соединение без приложения осадочного давления, только за счет слияния объемов жидкого метал ла заготовок.

Указанные признаки позволяют разделить все способы сварки на две большие группы: сварка давлением и сварка плавлением.

Сварка плавлением требует высокой температуры нагрева заго товок (до появления жидкого металла в сварочной ванне), следова тельно, в зоне сварки протекают металлургические процессы (появле ние расплава, кристаллизация расплава, окисление металла шва). По этому при сварке плавлением возможны металлургические дефекты (внутрикристаллитная и зональная ликвация;

холодные и горячие на пряжения и трещины;

пористость сварного шва и наличие в нем по сторонних включений …). Тем не менее, сварка плавлением имеет широкое распространение, так как не требует дорогостоящего обору дования;

имеет высокую технологическую гибкость и зачастую может выполняться в полевых условиях.

Сварка давлением выполняется при более низкой температуре нагрева заготовок (снижается вероятность металлургических дефек тов);

требует меньших энергетических затрат. Однако, сварка давле нием требует: применения сложного технологического оборудования, обеспечивающего большие усилия сжатия свариваемых заготовок;

предварительной подготовки кромок свариваемых заготовок (наличие чистых поверхностей).

По используемой энергии все способы сварки можно разделить на сварку: механическую;

химическую;

электрическую;

электромеха ническую;

химико-механическую;

аккумулированной энергией. Для получения сварного соединения, механическая сварка требует осуще ствления пластической деформации кромок свариваемых заготовок.

Химическая сварка характеризуется нагревом металла заготовок до появления расплава в зоне сварки посредством превращения химиче ской энергии в теплоту. Электрическая сварка основана на превраще нии электрической энергии в теплоту. Это превращение может проис ходить различными способами: выделением тепла при прохождении электрического тока через шлак;

использованием электрической дуги;

индуцированием тока высокой частоты. Лучевая сварка основана на превращении энергии луча света или электронного луча в теплоту (использование лазерного луча или энергии пучка электронов). Элек тромеханическая сварка основана на нагреве металла заготовок мето дом электросопротивления и последующим пластическим деформи рованием нагретого металла. При химико-механической сварке ме талл заготовок нагревается путем превращения химической энергии в тепловую с последующим пластическим деформированием металла.

В последующих разделах рассмотрим виды сварки в соответст вии с классификацией по виду энергии, применяемой для нагрева ме талла заготовок (определения по ГОСТ 2601-84* выделены курсивом).

1.3. Особенности металлургических процессов, протекающих при сварке плавлением В процессе сварки плавлением, в сварочной ванне, за короткий промежуток времени, происходят сложные процессы взаимодействия различных внешних и внутренних компонентов (рис.

1.3). Материалы заготовок (М1 и М2) и дополнительный материал (М3), вносимый в сварочную ванну, состоят из основного металла (О1, О2, О3), леги рующих элементов (Л1, Л2 Л,3), растворенных газов (Г1, Г2, Г3) и по сторонних включений (В1, В2, В3). Все эти компоненты взаимодейст вуют друг с другом, с газами атмосферы (ГА), с жидким металлом сварочной ванны (ЖМ), с материалом покрытий (МП) и с образую щейся шлаковой ванной (ШВ). В результате химический состав и свойства сварного шва могут значительно отличаться от химического состава и свойств металлических компонентов сварочной зоны.

Кристаллизация металла сварочного шва Кристаллизация металла сварного шва начинается с частично оплавленных зерен основного металла заготовок, располагаемых на границах зоны расплавления. К решетке этих зерен присоединяются атомы кристаллизующейся фазы. После завершения кристаллизации в зоне расплавления образуются зерна, частично состоящие из металлов заготовок и металла шва, что обеспечивает сварное соединение. При перемещении сварочной ванны вдоль кромок заготовок в передней части сварочной ванны происходит оплавление металлов, а в задней кристаллизация, что обеспечивает формирование сварного шва.

Кристаллизация сварного шва отличается от кристаллизации слитков высокой концентрацией источника тепла и высокой скоро стью охлаждения. Поэтому, шов неоднороден по размеру и химиче скому составу зерен. В верхней части шва образуются более крупные кристаллы ветвистой формы (дендритное строение). В нижней части – более мелкие кристаллы удлиненной формы (транскристаллитное строение). Шов имеет слоистую структуру. В каждом шве можно вы делить три участка. Нижний участок кристаллизуется из тонкой про слойки расплава примыкающей к оплавленным поверхностям. Этот участок обогащен серой, фосфором и углеродом, переместившимися из примыкающих участков металла заготовок. Средний участок кри сталлизуется из жидкого металла основного состава. Высокая ско рость кристаллизации обеспечивает идентичность состава металла этого участка составу жидкого металла ванны. Верхний участок обед нен серой, фосфором и углеродом.

В сварном соединении можно выделить три зоны с различной микроструктурой (рис. 1.4): зону основного металла I;

зону термиче ского влияния II и зону наплавленного металла сварного шва III. В зо не термического влияния (ЗТВ) можно выделить шесть участков. Уча сток 1 – неполное расплавление металла. Это переходный участок от зоны наплавленного металла шва к основному металлу. Этот участок нагревается немного выше температуры плавления основного металла находящегося в твердо – жидком состоянии. В области этого участка проходит сплавление зерен шва и основного металла. Поэтому, свой ства этого участка определяют свойства сварного шва. Участок 2 – перегрев. В области этого участка металл нагревается до 1500оС. Ме талл участка имеет крупнозернистое строение с пониженной пластич ностью. Для углеродистых сталей возможно появление закалочных структур. Участок 3 – нормализация. Участок относительно недолго нагревается до 930…1100оС. Металл участка имеет мелкозернистую структуру с высокими механическими свойствами. Участок 4 – не полная рекристаллизация. Это участок, в котором крупные зерна фер рита окружены мелкими зернами феррита и перлита. Участок 5 – рек ристаллизация. Участок часто наблюдается после сварки заготовок прошедших предварительную пластическую деформацию (поковки, прокат). Участок характеризуется восстановлением формы и размеров разрушенных при деформации зерен. Участок 6 - синеломкость. Уча сток лежит в интервале температур 200…400оС (что соответствует, синим цветам побежалости) и характеризуется снижением пластично сти металла.

Диссоциация газов атмосферы и покрытий При высоких температурах в зоне сварки (от 2000 до 6000оС) молекулы газовой атмосферы переходят в атомарное состояние, одно временно происходит разложение материала покрытий. Атомарный водород, кислород и азот интенсивно растворяются в металле, что ухудшает механические свойства шва (снижается пластичность, по вышается хрупкость). Плавиковый шпат и известняк, входящие в со став многих покрытий разлагаются на составляющие с прохождением следующих реакций: CaF2 Ca + F;

CaCO3 CaO + CO2. Свобод ный фтор ухудшает условия горения сварочной дуги (при дуговой сварке). Свободный водород связывается в устойчивые, нераствори мые в металле молекулы: CaF2 + H =CaF + HF. Часть серы, раство ренной в стали в виде FeS, удаляется в шлак вследствие протекания реакции FeS + CaO = CaS + FeO.

Взаимодействие расплава с атомарными газами Жидкий металл сварочной ванны может окисляться свободным кислородом газовой атмосферы, кислородом, находящимся на кром ках заготовок в виде оксидов (в окалине и в ржавчине), под влиянием химически активных к кислороду окислов кремния SiO2 и марганца MnO, паров воды и углекислого газа. Оксиды Fe3O4 и Fe2O3 при сва рочных температурах переходят в закись FeO (Fe3O4 + Fe = 4FeO;

Fe2O3 + Fe = 3FeO), растворимую в железе. В результате в шве обра зуются включения, ухудшающие его качество.

Железо, медь, кобальт, никель поглощают водород в твердом состоянии. При плавлении этих металлов, растворимость водорода увеличивается. Поэтому при кристаллизации сварного шва возможна его пористость. Титан, ванадий, тантал, ниобий, редкоземельные ме таллы при большой концентрации водорода поглощают его с образо ванием гидридов, при малых концентрациях – с образованием твер дых растворов. Кремний, алюминий, хром, углерод уменьшают рас творимость водорода в сталях.

Азот растворяется в железе, молибдене, титане, марганце с об разованием нитридов MeN. Нитриды, увеличивая прочность сварного шва, снижают его пластичность.

Влияние серы и фосфора на качество сварки Взаимодействуя с железом, сера образует сернистые соедине ния. При кристаллизации сульфид железа FeS образует эвтектику FeS - Fe, имеющую температуру плавления 940оС. Эвтектика располагает ся между зернами кристаллизующегося железа и вызывает так назы ваемые горячие трещины (красноломкость). Фосфор содержится в ме талле шва в виде фосфидов железа FeP и FeP2. Фосфиды уменьшают ударную вязкость стали и способствуют появлению так называемых холодных трещин. Для уменьшения вредного влияния фосфора в сва рочную ванну вводят элементы (кальций или марганец), способные связать фосфор в нерастворимые железе соединения и удалить их в шлак.

1.4. механизм образования соединения при сварке давлением Механизм соединения при сварке давлением состоит из не скольких взаимосвязанных стадий: соприкосновение свариваемых по верхностей;

ликвидация поверхностных окисных и адсорбированных пленок;

активирование поверхностных слоев (за счет деформировании свариваемых материалов, объемных диффузионных процессов, рекри сталлизации);

возникновение вначале поверхностных, а затем и объ емных металлических связей. Любой металл можно представить, как совокупность положительно заряженных ионов (в идеальном случае расположенных в узлах кристаллической решетки) и свободных элек тронов, находящихся в постоянном взаимодействии с ионами. Это взаимодействие и определяет целостность металлического тела.

При сближении поверхностей двух металлических тел на рас стояния, при которых действуют межатомные силы, возможно воз никновение такого взаимодействия между этими поверхностями.

Атомы металла одного тела стремятся к соединению с атомами друго го тела. Срастаясь, они образуют достаточно большие единые ком плексы. При сближении идеально чистых, гладких и параллельных поверхностей теоретически возможно самопроизвольное (без введе ния дополнительной энергии) возникновение металлических связей. В результате, возможно получение соединения, не уступающего по ме ханическим свойствам основному металлу. Реальные поверхности всегда покрыты пленками окислов, адсорбированных жиров и газов, препятствующих возникновению металлических связей. Любые, даже полированные, поверхности не могут быть выставлены строго парал лельно и имеют выступы (высотой 0,01…0,1 мкм) и впадины микро неровностей. Поэтому невозможно обеспечить полное соприкоснове ние при контакте реальных поверхностей.

Начальное соприкосновение реальных поверхностей происхо дит по отдельным точкам, расположенным на гребнях микронеровно стей. Контакт между поверхностями носит дискретный характер Раз меры суммарной площади контакта зависят от физико-химических свойств и микрогеометрии поверхностей, и составляют 0,01…1% от теоретической площади контакта. При такой площади реального кон такта, возникшие единичные металлические связи (единичные очаги схватывания) не могут обеспечить требуемой прочности соединения.

Эти очаги нельзя называть сварным соединением их можно рассмат ривать как начальную стадию сварного соединения. Для получения полноценного сварного соединения поверхности необходимо сбли зить на расстояние r0 (r0 = 0,0001…0,0005 мкм) (рис. 1.5), достаточное для образования устойчивой связи. Энергия взаимодействия атомов должна быть минимальной. Уравнение энергетического баланса сис темы имеет вид:

E=U-TS, где: E – свободная энергия;

U – внутренняя энергия системы;

T – тем пература соединения;

S – энтропия. Из уравнения баланса следует, что если атомы располагаются на расстояниях, соответствующих мини муму потенциальной энергии, то система наиболее устойчива. Увели чение или уменьшение этого расстояния приведет к увеличению энер гии межатомного взаимодействия. При начальном соприкосновении реальных поверхностей в зазорах между поверхностями устанавлива ются только адгезионные связи между металлом и газовыми или жид костными молекулами адсорбированных наслоений, находящихся на поверхности реальных металлических поверхностей. Для развития схватывания и дальнейшего сваривания поверхностей необходимо воздействовать на поверхности давлением, позволяющим пластически деформировать микровыступы, или нагреть поверхности, что приве дет к увеличению активности и подвижности частиц кристаллической решетки. Пластическое деформирование и нагрев создают в зоне со единения такую концентрацию энергии, что обеспечивается пере стройка поверхностных слоев контактирующих тел.

Для получения прочного и надежного сварного соединения не обходимо расширение зоны соединения, как по площади, так и по глубине. Расширение зоны соединения реальных поверхностей осу ществляется за счет взаимной диффузии. При значительной разнице в физико-химических свойствах соединяемых поверхностей эта зона может стать зоной перестройки химических связей и состава. В зоне может произойти изменение типа и параметров кристаллической ре шетки, а, следовательно, и изменение физико-химических свойств сварного шва.

Поверхность свариваемых заготовок На качество и надежность сварного соединения влияет состоя ние реальной поверхности соединяемых тел. Реальная поверхность любого твердого тела характеризуется геометрическим и физическим факторами.

Геометрический фактор характеризуется отклонениями реаль ной формы поверхности от номинальной (неплоскостность, оваль ность, огранка …) и совокупностью неровностей (макрогеометриче ские неровности – волнистость;

и микрогеометрические неровности шероховатость). Условно их различают по величине отклонения шага неровностей (Sw) к их высоте (Wz): Kz= Sw/ Wz. Отклонения формы имеют шаг Kz 1000. Волнистость имеет шаг 1000 Kz 40. Шерохо ватость имеет шаг Kz 40.

Геометрический фактор определяет площадь фактического кон такта соединяемых поверхностей. Чистые металлические поверхности заготовок при соприкосновении контактируют по выступам и впади нам микронеровностей. Фактическая площадь контакта (опорная по верхность) значительно меньше теоретической площади. При прило жении к заготовкам давления, происходит смятие выступов микроне ровностей. Заготовки сближаются. Увеличивается площадь опорной поверхности. При упруго – пластическом контакте пластическая де формация возрастает до тех пор, пока нагрузка не будет уравновешена сопротивлением контактирующих поверхностей:

P = FопCт, где: P – сила сжатия;

Fоп - фактическая площадь опорной поверхно сти;

C- коэффициент, характеризующий жесткость микронеровностей;

т – предел текучести материала заготовок на сжатие.

Пластическое деформирование микронеровностей (следова тельно, и увеличение фактической площади опорной поверхности) приводит к расширению зоны сварного соединения.

Физический фактор определяется состоянием поверхности твердого тела. Над металлической поверхностью существует облако непрерывно движущихся свободных электронов, покидающих по верхность и снова возвращающихся в нее. Это облако покрывает ме таллическую поверхность двойным электрическим слоем: облако электронов и вакансии в верхних слоях, появившееся за счет поки нувших поверхность свободных электронов. Плотность электрическо го заряда этого слоя зависит от микрогеометрии поверхности тела.

Наибольший потенциал концентрируется на остриях микровыступов.

На воздухе все выступы и впадины поверхности покрыты оксидными пленками и слоями адсорбированных молекул воды, газов и жировых веществ. Таким образом, поверхностный слой твердого тела имеет сложную систему адсорбированных слоев (рис. 1.6). Над физически чистой поверхностью 7 находятся слои оксидов 5 и 6, прочно связан ных с металлом. Выше, возможно наличие адсорбированных слоев воды, газов. Над ними располагаются адсорбированный слой кисло родных ионов 4 и адсорбированный слой 3 полярных и неполярных молекул жировых веществ. Оксидный слой 5, непосредственно приле гающий к металлической поверхности, представляет собой рыхлое покрытие. По мере увеличения толщины этого слоя, увеличивается упорядоченность его кристаллического строения и уменьшается ско рость его образования. Наружный слой оксидного покрытия 5 элек троположителен. Он адсорбирует на себя отрицательный слой кисло родных молекул. Следовательно, окисленный металл покрыт двумя двойными электрическими слоями. Жировые молекулы образуют с металлом двойной электрический слой, что обеспечивает прочную связь металла и жировой пленки (при обработке металлической по верхности растворителями, остается жировая пленка толщиной от до 100 молекул). Жировые пленки глубоко проникают по все микро трещины металлической поверхности.

Наличие трудноудаляемых адсорбированных электрически ак тивных слоев газов, воды, жиров и оксидов препятствует образованию металлических связей при механическом сближении заготовок и тре бует введения в зону сварки дополнительной (тепловой или механиче ской) энергии расходуемой на разрушения этих слоев.

1.5. Сварочные напряжения и деформации Неравномерный нагрев сварных изделий, металлургические процессы, протекающие в сварном шве, приводят к появлению внут ренних (без приложения внешних сил) сварочных напряжений и к де формациям в сварных изделиях.

Рассмотрим механизм возникновения сварочных напряжений при сварке двух пластин встык.

При неравномерном разогреве (температурное поле T=f(y)) за готовок 1 и 5 (рис. 1.7, а), начальная грань 2 стремится занять поло жение 3. Шов и прилегающая к нему зона металла претерпевают не обратимую местную пластическую деформацию сжатия. Эта дефор мация пропорциональна заштрихованной области эпюры деформаций 4. Во время охлаждения температурная деформация шва и прилегаю щей к нему зоны металла ограничены реакцией основного металла.

Происходит равномерное укорочение пластин 1 и 5 (рис. 1.7, б) до по ложения 6. При этом шов и прилегающая к нему зона металла претер певают внутреннюю упругопластическую деформацию растяжения, пропорциональную заштрихованной области эпюры деформаций 7.

Соответствующие упругой деформации растягивающие напряжения (+) в шве и в зоне термического влияния уравновешиваются сжимаю щими напряжениями (-) в основном металле (рис. 1.7, в). Наблюдае мые внешние деформации заготовок после сварки не совпадают с внутренними упругопластическими деформациями, а их величины противоположны.

Для предупреждения появления трещин в сварном шве и в зоне термического влияния необходимо снизить внутренние деформации и напряжения (уменьшить реакцию основного металла на разогретые шов и зону термического влияния). Для этого уменьшают геометриче скую жесткость свариваемых заготовок, исключают их закрепление при сварке, предварительно подогревают заготовки или после сварки применяют высокий отпуск. Если по техническим условиям недопус тимо коробление сварного изделия (внешние деформации), то необхо димо наоборот увеличить геометрическую жесткость свариваемых за готовок (постановка ребер жесткости, мембран) или жестко закреп лять заготовки при сварке.

1.6. Свариваемость Под свариваемость понимают способность материалов образо вывать сварное соединение. Многие сплавы (как черные, так и цвет ные) обладают пониженной свариваемостью, которая проявляется в ухудшении механических свойств зоны термического влияния и обра зовании сварочных дефектов (трещины, закалочные структуры, по ристость и так далее). Физическая свариваемость определяется свой ствами соединяемых металлов, что в свою очередь, определяет проте кание соответствующих физико-химических процессов в зоне сварно го шва. Отношение сплава к конкретному способу сварки называют технологической свариваемостью.

Все однородные металлы обладают физической свариваемо стью. Различие в свойствах разнородных металлов приводит к тому, что не всегда возможно протекание необходимых для сварки физико химических процессов. Поэтому разнородные металлы не всегда об ладают физической свариваемостью.

Пористость сварного шва ведет к уменьшению его герметично сти и ухудшению механических свойств соединения. Поры в шве об разуются в результате насыщения расплава газами и выделения газо вых пузырьков при кристаллизации шва. Практически все газы хоро шо растворимы в жидкой фазе и плохо растворимы (или не раствори мы) в твердой фазе. При кристаллизации сварного шва газы выделя ются в виде пузырьков, частично не успевают выделиться в атмосфе ру и остаются в металле в виде пор. Поры образуются вследствие: на личия влаги в электродных покрытиях, флюсах, защитных газах (на сыщение шва водородом);

окислительных процессах в шве (насыще ние шва оксидом углерода);

нарушении защиты шва (насыщение шва азотом и оксидом углерода);

большой скорости охлаждения шва при кристаллизации (пузырьки газов не успевают перейти в атмосферу).

Основным признаком, характеризующим свариваемость сталей, является, склонность к образованию трещин. В процессе кристаллиза ции появляются горячие трещины. В послесварочный период появля ются холодные трещины.

Горячие трещины (рис. 1.8, а) образуются во время кристалли зации шва. В это время металл находится в двухфазном (твердожид ком) состоянии. В этом состоянии металл имеет малую пластичность и прочность. При развитии внутренних сварочных деформаций рас тяжения возможно разрушение металла по границам жидкой и твер дой фаз. Обычно горячие трещины образуются вдоль оси сварочного шва, в зоне стыка столбчатых кристаллов. Склонность к горячим тре щинам обладают сплавы с широким интервалом кристаллизации, а также сплавы с повышенным содержанием вредных примесей. Хо лодные трещины (рис. 1.8, б) обычно возникают в зоне термического влияния после завершения кристаллизации. При наличии в сплаве фосфора возможно образование холодных трещин в период от двух до семи суток после сварки. Появление холодных трещин характерно для углеродистых и легированных сталей (если при сварке появляются за калочные структуры, при усиленном росте зерен, при повышенном насыщении металла газами).

Потенциальную склонность низкоуглеродистых сталей к обра зованию холодных трещин можно оценить по так называемому экви валенту углерода (Сэкв):

Cэкв=Kс+KSi/24 + KMn/6 + KCr/5 + KNi/10 + KMo/4 + KV/14 + 5KB, где: KC, KSi, KMn, KCr, KNi, KMo, KV, KB – процентное содержание соот ветствующего элемента в стали. При Сэкв 0,4%, сталь считается склонной к образованию холодных трещин.

По свариваемости (ГОСТ 29273-92), стали разделяют на четыре группы: хорошо свариваемые, удовлетворительно свариваемые, огра ниченно свариваемые, плохо свариваемые.

Углерод в сталях может находиться в виде цементита (Fe3C), а в чугунах в виде цементита и в свободном состоянии (графит). В сталях количество цементита пропорционально количеству углерода. Цемен тит повышает сопротивление движению дислокаций, уменьшает пла стичность и вязкость сплавов. С увеличением содержания углерода возрастают твердость, пределы прочности и текучести;

уменьшаются относительное удлинение, ударная вязкость и трещиностойкость.

Вследствие этого углерод при содержании в стали до 0,25% не ухуд шает свариваемости. При более высоком содержании свариваемость резко ухудшается, так как в зоне термического влияния образуются закалочные структуры, приводящие к трещинам. Применение средне и высокоуглеродистых присадочных материалов приводит к пористо сти шва.

Легирующие элементы по-разному влияют на свариваемость стали.

Карбидообразующие элементы (элементы, обладающие химиче ским сродством к углероду и образующим с ним карбиды) способст вуют появлению закалочных структур и повышенному риску трещи нообразования в сварном шве и в околошовной зоне. К карбидообра зующим элементам относятся титан, марганец, хром, молибден, вана дий, ниобий.

При содержании хрома до 2% образуется легированный цемен тит (FeCr)3C. При содержании хрома в пределах 2…10% образуется специальный карбид (CrFe)7C3. При повышении содержания хрома до 10…12% образуются сложные карбиды(Cr, Fe)23C6. Эти карбиды ухудшают коррозионную стойкость стали, резко повышают твердость в зоне термического влияния, интенсифицируют образование туго плавких окислов, затрудняющих процесс сварки.

Молибден и вольфрам образуют в сталях сложные карбиды:

Fe3Mo3C(Fe2Mo2C) и Fe3W3C (Fe2W2C). Молибден измельчает зерно, способствует образованию трещин в зоне термического влияния. При сварке, молибден активно окисляется и выгорает. Вольфрам способст вует появлению закалочных структур и активно окисляется, чем пре пятствует сварке.

Марганец повышает прочность стали, не снижая ее пластично сти. Марганец при содержании в стали 1,8…2,5% способствует появ лению закалочных структур, что повышает опасность появления хо лодных трещин при сварке. При содержании в стали 11…16%, мар ганца, он интенсивно выгорает.

Титан и ниобий способствуют образованию горячих трещин.

Ванадий способствует появлению закалочных структур, чем за трудняет сварку. Ванадий при сварке активно окисляется и выгорает.

Элементы, не образующие карбидов, находятся в стали в твер дом растворе (в аустените или в феррите). Обычно эти элементы сни жают устойчивость карбида железа (цементита), способствуя его рас паду на феррит и свободный углерод (графит). Поэтому эти элементы называют графитизирующими. К графитизирующим элементам отно сятся кремний и никель.

Кремний дегазирует сталь, повышает ее плотность и предел те кучести. Кремний при содержании в стали от 0,02 до 0,3% не вызыва ет ухудшения свариваемости. При содержании и в стали кремния от 0,8 до 1,5% условия сварки ухудшаются из-за высокой жидкотекуче сти кремнистой стали и образования тугоплавких окислов кремния.

Никель увеличивает пластические и прочностные свойства ста ли, измельчает зерна, не ухудшает свариваемость.

1.7. Виды сварных соединений и сварных швов Возможны, следующие виды сварных соединений.

Стыковые соединения – сварные соединения двух заготовок, примыкающих друг к другу торцовыми поверхностями. Соединения встык – наиболее распространенны. Они имеют высокую прочность при статических и динамических нагрузках. Их применяют при сварке листовых материалов, уголковых профилей, швеллеров, тавровых или двутавровых балок.

Нахлесточные соединения - сварные соединения, в которых сваренные заготовки расположены параллельно и частично перекры вают друг друга Соединения внахлестку применяют при сварке лис товых материалов. Эти соединения хуже переносят ударные и знако переменные нагрузки и не экономичны. Их достоинством является простая подготовка и сборка под сварку.

Прорезные соединения, соединения с накладками и заклепочные соединения. Их применяют в случаях, когда изделие передает боль шие нагрузки.

Торцовые соединения - сварные соединения, в котором боковые поверхности сваренных заготовок примыкают друг к другу.

Угловые соединения - сварные соединения двух заготовок, рас положенных под углом друг к другу и сваренных в месте примыкания их краев. Их, как правило, применяют в качестве связующих элемен тов.

Тавровые соединения - сварные соединения, в котором торец одной заготовки примыкает под углом и приварен к боковой поверх ности другой заготовки. Их применяют при производстве простран ственных конструкций. В соединениях без подготовки кромок возмо жен непровар корня шва. Поэтому эти соединения плохо работают при переменных и ударных нагрузках. Подготовка кромок (одно или двух сторонний скос кромок) обеспечивает полный провар соединяе мых заготовок, что обеспечивает хорошую прочность при любых на грузках.

Соединяя заготовки (элементы) сварным швом получают свар ную конструкцию. Сварной шов (СШ) - участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации или в результате пла стической деформации при сварке давлением или сочетанием кри сталлизации и деформации.

В зависимости от вида сварного соединения различают сле дующие виды сварных швов: Стыковой шов – СШ стыкового соеди нения. Угловой шов – СШ углового, нахлесточного или таврового со единения. Точечный шов – СШ, в котором связь между сваренными частями осуществляется сварными точками. Сварная точка – элемент точечного шва, представляющий собой в плане круг или эллипс. По расположению в пространстве различают горизонтальные, вертикаль ные, потолочные и нижние сварные швы. Сочетание потолочного шва с вертикальным называется полупотолочным швом. По конфигурации различают прямолинейные, кольцевые, замкнутые и разомкнутые швы.

По протяженности различают сплошные и прерывистые швы.

Прерывистые швы делятся на: короткие, средние, длинные, цепные и шахматные. По характеру выполнения различают односторонние и многосторонние швы.

В зависимости от направления действия внешнего усилия раз личают (рис. 1.9) швы: фланговые, лобовые, комбинированные и ко сые. Во фланговом шве внешнее усилие действует параллельно оси шва;

в лобовом – перпендикулярно;

в косом – под углом.

По форме наружной поверхности шва различают нормальные (плоская поверхность), выпуклые и вогнутые швы. Сварные соедине ния с выпуклыми швами лучше работают при статических нагрузках, но они металлоемки. Сварные соединения с нормальными и вогнуты ми швами лучше работают при динамических и знакопеременных на грузках.

Для повышения точности сварки, свариваемые заготовки часто предварительно собирают с помощью прихваток. Прихватка - корот кий сварной шов для фиксации взаимного расположения подлежащих сварке деталей.

Контрольные вопросы По каким признакам классифицируют различные способы свар 1.

ки?

Что такое «энергия активации поверхности»?

2.

Какие температурные участки можно наблюдать в области сва 3.

ривания?

Что такое сварка плавлением?

4.

Что такое сварка с применением давления?

5.

Как происходит кристаллизация сварного шва?

6.

Как влияют сера и фосфор на качество сварки?

7.

Как образуются горячие трещины в сварном шве?

8.

Опишите механизм образования сварочных напряжений и де 9.

формаций.

10. Как влияют хром, молибден и ванадий на свариваемость сталей?

11. Что такое «зона термического влияния»?

12. В чем разница между холодными и горячими трещинами?

13. Какие виды сварных соединений Вы знаете?

ГЛАВА. 2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ СВАРКИ В зависимости от способа превращения электрической энергии в тепловую, различают следующие способы сварки: дуговая, элек трошлаковая, высокочастотная, диффузионная и плазменная.

2.1. Дуговая сварка Дуговая сварка – сварка плавлением, при которой нагрев осуще ствляется электрической дугой.

2.1.1. Физические и электрические свойства сварочной дуги Сварочная дуга – одна из форм электрического разряда в иони зированной смеси газов, паров метала, компонентов электродных по крытий, флюсов.

Для возбуждения электрической дуги необходимо ионизировать воздушный промежуток между электродами, только в этом случае он будет проводить электрический ток. В обычных условиях газы ней тральны. Поэтому, ионизация газов может произойти только под влиянием внешнего воздействия: сильного нагрева, высокочастотного электромагнитного излучения, при бомбардировке атомов (молекул) быстрыми электронами. Для ионизации атома (молекулы) необходимо совершить работу ионизации, превышающую работу взаимодействия электрона с остальной частью атома (молекулы). Величина требуемой работы ионизации зависит от химической природы молекулы (табл.

2.1) и энергетического состояния вырываемого электрона.

Ионизировать воздушный промежуток и возбудить дугу можно коротким кратковременным замыканием электрической цепи «источ ник питания – электрод - заготовка». Электродом 1 кратковременно касаются заготовки 2 (рис. 2.1, а). При этом между вершинами микро неровностей электрода и заготовки протекает ток короткого замыка ния. При достаточно большом токе короткого замыкания в промежут ке между торцами электродов выделяется теплота, позволяющее разо греть до расплавления выступы микронеровностей на торцах.

Таблица 2.1.

Работа ионизации, в Эв Процесс Работа Процесс Работа ионизации ионизации. ионизации ионизации He He+ Ar Ar+ 24,5 15, Ne Ne+ CO2 CO+ 21,5 14, N2 N2+ Na Na+ 15,8 5, Вершины микронеровностей расплавляются, образуя расплав ленные мостики 3. При быстром разведении электродов (рис. 2.1, б) расплавленные мостики растягиваются, сужаются 4. В результате чего плотность тока в мостиках достигает величины, позволяющей испа рить часть металла 5. промежуток между электродами ионизируется и возникает дуговой разряд. Если сохраняются факторы, поддержи вающие ионизацию, то возникает устойчивая электрическая дуга. При нагреве торцов электродов электроны поверхностных слоев получают приращение кинетической энергии, позволяющие им перейти границу «твердое тело - газ» (термоэлектронная эмиссия) (рис. 2.1, в). Элек троны 7 устремляются к аноду со скоростью до 2 км/с и сталкиваются с молекулами 8 паров металла и компонентов покрытия электрода.

Этой скорости достаточно, чтобы при столкновении с нейтральными атомами произвести их ионизацию (рис. 2.1, г). Процесс ионизации приобретает, лавинообразны характер, поток заряженных частиц ори ентируется электрическим полем, что обеспечивает стабильное горе ние дуги.

В момент зажигания дуги воздушный промежуток между элек тродами недостаточно прогрет, поэтому необходима увеличенная энергия для его ионизации (необходим повышенный электрический потенциал между электродами). На поверхности торца электрода 4, имеющего отрицательную полярность, имеется локализованное наи более нагретое активное катодное пятно 3, которое проводит весь ток дуги (рис. 2.2). При увеличении силы тока до 50 А площадь катодного пятна увеличивается, возрастают плотность тока и ионизация воздуш ного промежутка. В результате, уменьшается электрическое сопро тивление дугового промежутка и для поддержания необходимого тока требуется меньший электрический потенциал. Это объясняется тем, что скорость увеличения электропроводности дугового промежутка больше скорости возрастания тока. При силе тока более 50 А, катод ное пятно займет всю площадь торца электрода, скорость увеличения электропроводности дугового промежутка примерно прямо пропор циональна скорости возрастания тока и падение напряжения на длине дуги сохраняется практически постоянным.

На длине дуги Lд можно выделить три характерных участка: Ка тодную область Lк, протяженностью 1 мкм;

анодную область Lа, протяженностью 1…10 мкм и среднюю часть дуги Lс, называемую столбом дуги. Вследствие того, что Lк и Lа Lс можно допустить, что Lк Lа. напряженность электрического поля по длине дуги нерав номерна, оно складывается из трех составляющих:

Uд = Uк+Uс+Uа= f(Iд;

Lд) = (Uк+Uа)+ Eс Lд, где: Uк, Uа, Uс – падения напряжения соответственно в катодной, анодной области и в столбе дуги;

Eс – напряженность электрического поля в столбе дуги;

Lд – длина столба дуги.

Электрические свойства дуги описываются статической вольт амперной характеристикой (рис. 2.3), показывающей зону устойчиво го горения дуги (заштрихованные участки). Характеристика состоит из трех участков:

На участке I (при малых значениях сварочного тока) статическая ха рактеристика дуги падающая. Низкая ионизация дугового промежутка приводит к крупнокапельному течению металла и необходимости ис пользования большого электрического потенциала. Размеры капель примерно равны диаметру электрода. До 85% электродного материала переносится в виде крупных капель, остальные 15% электродного ма териала осаждаются на свариваемых заготовках в виде брызг. В этих условиях большая часть капель и брызг успевает окислиться атомар ным кислородом, что резко ухудшает качество сварного шва. Следо вательно, качество сварного шва будет неудовлетворительным, а ра бота на повышенных напряжениях может привести к поражению (вплоть до смертельного) сварщика.

На участке II (при средних значениях сварочного тока) суммарное анодное и катодное падение напряжения являются постоянными.

Площадь поперечного сечения столба дуги увеличивается пропорцио нально току, а электропроводность изменяется мало. Сопротивление столба дуги обратно пропорционально току, а напряженность элек трического поля и падение напряжения в столбе дуги от тока не зави сят. Поэтому статическая характеристика жесткая, дуговой промежу ток достаточно ионизирован, что приводит к мелкокапельному тече нию металла, и к возможности использования низкого потенциала.

Размеры капель равны 0,6…0,8 диаметра электрода. До 95% элек тродного материала переносится в виде капель, остальные 5% элек тродного материала осаждаются на свариваемых заготовках в виде брызг. Капельный перенос осуществляется без замыкания каплями дугового пространства, большинство капель оказывается заключен ными в оболочку из расплавленного шлака, образуемого при расплав лении материала покрытия. Качество сварного шва значительно луч ше, чем при крупнокапельном переносе. Напряжение дуги можно представить в виде:

Uд =+Lд, где: = (Uк+Uа);

= Eс +Lд ;

и - постоянные коэффициенты (для сварки низкоуглеродистых сталей = 2 в;

= 10 в/мм);

Eс – напря женность электрического поля в столбе дуги;

Lд – длина столба дуги.

На участке III (при высоких значениях сварочного тока) высокая энер гия ионизированных частиц приводит к увеличению электропровод ности дугового промежутка. Статическая характеристика возрастаю щая, течение металла – струйное, сварочные напряжения опасны для жизни сварщика. При струйном переносе металла образуются мелкие капли, диаметром 0,3…0,5 диаметра электрода, которые в виде непре рывной цепочки переносятся на свариваемые заготовки. Струйный перенос металла приводит к уменьшению выгорания легирующих примесей и к повышению чистоты сварного шва.

2.1.2. Система «дуга – источник питания»

Энергию необходимую для зажигания и устойчивого горения дуги обеспечивает источник питания (ИП). Свойства ИП определяют ся его внешней вольт – амперной характеристикой 1 (рис. 2.4). Пере сечение характеристики с осью ординат (Uхх) определяет напряжение холостого хода ИП (отсутствие нагрузки на клеммах ИП). Пересече ние с осью абсцисс (Iк) определяет ток короткого замыкания ИП.

Наложение на внешнюю характеристику ИП внутренней стати ческой характеристики дуги 2 позволяет определить область устойчи вого горения дуги. Устойчивое состояние системы «дуга - ИП» опре деляется точками пересечения характеристик (А1 - точка зажигания дуги, А2 – точка устойчивого горения дуги). Дуга зажигается в точке А1 (координаты: Uз;

Iз – напряжение и ток зажигания), увеличение площади катодного пятна, возрастание плотности тока и степени ио низации воздушного промежутка автоматически переводит дугу в нижнюю рабочую точку А2 (координаты: Uд;

Iд - напряжение и ток ус тойчивого горения дуги).

При питании дуги источником постоянного тока горение дуги устойчиво. При питании дуги от источника переменного (50 Гц) тока значения тока и напряжения 100 раз в секунду переходят через нуль.

Столько же раз меняет свое положение катодное пятно, являющееся источником электронов. Уменьшается ионизация дугового промежут ка, и сварочная дуга менее устойчива (в начале и в конце каждого по лупериода происходит угасание дуги).

Рассмотрим систему «дуга – ИП в цепи с активным сопротивле нием» (рис. 2.5). Мгновенные значения напряжения 1 источника тока и сварочного тока 2 совпадают по фазе. Поэтому ток в сварочной дуге 3 начнет протекать при только напряжении Uз (напряжении зажига ния) через время t1 после начала полупериода. В каждый полупериод имеется перерыв tп = t2 + t3 в прохождении тока. Этот перерыв назы вают временем угасания дуги tп. В момент зажигания дуги (t = t1) на пряжение ИП равно Uи:

Uи=Uз=UmaxSin2 f t, где: Umax - наибольшее (амплитудное) напряжение ИП;

f – частота.

При синусоидальном характере переменного тока t2 = t3 = t1, следова тельно:

Uз arcsin U max t п 2t1.

f Время погасания дуги (и время стабилизации дуги) зависит от амплитудного значения напряжения ИП, напряжения зажигания дуги, частоты переменного тока. По условиям техники безопасности, величина амплитудного значения напряжения ограни чена (промышленные сварочные аппараты – не более 80 В, бытовые – не более 50 В).

Повышение частоты тока связано с применением специальных высо кочастотных генераторов переменного тока, что экономически целе сообразно только в условиях крупносерийного производства.

Наиболее эффективной является стабилизация дуги за счет уменьше ния напряжения зажигания (применение электродов со стабилизи рующими покрытиями, элементы которых имеют низкий потенциал ионизации). Повысить стабильность горения дуги можно включением в сварочную цепь индуктивного сопротивления. Последовательное включение в сварочную цепь индуктивного сопротивления позволяет осуществить сдвиг фаз между сварочным током и напряжением ИП.

При этом в момент угасания дуги (Iд=0) напряжение ИП уже равно Uз.

Это достигается включением в сварочную цепь последовательно с ду гой индуктивного сопротивления (дросселя) с самоиндукцией доста точной для подержания Uз на участке спада кривой напряжения ис точника питания.

2.1.3. Источники питания сварочной дуги Устойчивость горения дуги зависит от соответствия формы внешней характеристики ИП статической характеристике дуги.

Внешние характеристики ИП могут быть следующих видов (рис. 2.6): 1 – возрастающая, 2 – жесткая, 3 – полого падающая, 5 – круто падающая.

ИП необходимо подбирать по соответствию его характеристики принятому способу сварки. Для питания дуги на участке II (рис. 2.3) применяют источники с круто падающей характеристикой. Рассмот рим работу ИП с пологой и круто падающей характеристиками. Ус тойчивое горение дуги при сварке возможно при условии пересечения статической характеристики 4 дуги с внешней характеристикой ИП в рабочей точке (точки «А» или «Б»). Во время горения дуги и переноса электродного металла на заготовки длина дуги изменяется. Вольт – амперная характеристика так же изменяет свое положение дуги (кри вые UД1 и UД2). Вследствие этого изменяются значения напряжения дуги (Uд) и сварочного тока (Jсв). Устойчивое горение дуги будет только тогда, когда при случайных отклонениях рабочего режима (точки А1, А2, Б1, Б2) режим сварки быстро восстановится, и колебания сварочного тока будут относительно малыми. Поэтому, чем более круто падает внешняя характеристика источника тока, тем стабильнее горит дуга и выше качество сварки.

Точка «В» соответствует режиму холостого хода в работе ИП в период, когда дуга не горит и сварочная цепь разомкнута. Для облег чения зажигания дуги, режим холостого хода должен характеризо ваться повышенным напряжением (в 2…3 раза выше напряжения ду ги). Одновременно, это напряжение должно быть безопасным для сварщика (не более 80 В для источников переменного тока и не боле 90 В – для постоянного). Точка Г соответствуют короткому замыка нию при зажигании дуги и ее замыканию каплями жидкого электрод ного металла. Для того чтобы не допустить перегрева токопроводя щих проводов ИП должен иметь характеристику, ограничивающую ток короткого замыкания (Iк). Отношение тока короткого зажигания к сварочному току должно находиться в интервале 1,1…1,5. Время вос становления напряжения от короткого замыкания до зажигания дуги должно составлять сотые доли секунды.

Для ручной дуговой сварки и сварки под флюсом с автоматиче ским регулированием напряжения дуги (рис. 2.3, участок II) внешняя характеристика ИП должна быть круто падающей (рис. 2.6, кривая 4).

Чем больше крутизна характеристики, тем меньше колебания тока при изменении длины дуги. При автоматической сварке с саморегулиро ванием дуги внешняя характеристика ИП должна быть полого па дающей (рис. 2.6, кривая 3), что обеспечивает интенсивность саморе гулирования. При сварке в среде защитных газов на постоянном токе, в случаях, когда применяют большие плотности тока, характеристика дуги возрастающая (рис. 2.3, участок III), внешняя характеристика ИП должна быть жесткой или возрастающей (рис. 2.6, кривые 2 и 1).

Каждый ИП дуги рассчитан на определенную нагрузку (номи нальные рабочие ток и напряжения), при которой он работает, не пе регреваясь выше допустимых норм. Режим работы при дуговой сварке характеризуется отношением длительности сварки к сумме длитель ности сварки и длительности холостого хода, выраженном в процен тах и обозначаемом ПВ (повторное включение):

t св ПВ t св t п где: tсв – время сварки;

tп – время пауз. Длительность рабочего цикла tсв+tп =5 мин. Для промышленного сварочного оборудования прини мается ПВ=(60…80)%, для бытового – (20…35)%.

Для питания дуги применяют источники переменного тока (сва рочные трансформаторы) и источники постоянного тока (сварочные выпрямители и генераторы).

Сварочные трансформаторы более распространены, так как они: проще в эксплуатации, долговечнее;

имеют высокий КПД. Одна ко для работы трансформатора необходима линия электропередачи.

Кроме того, постоянный ток более технологичен, так как дуга более устойчива (особенно при сварке на малых токах), улучшаются усло вия сварки в различных пространственных положениях, можно вести сварку на прямой и обратной полярности.

Рассмотрим несколько схем сварочных трансформаторов.

Сварочный трансформатор серии СТЭ (рис. 2.7) состоит из двух частей: понижающего трансформатора Тр. и дросселя Др. соединен ных в последовательную цепь. На П – образном сердечнике 1 транс форматора намотаны первичная 2 и вторичная 3 обмотки. На П – об разном разомкнутом сердечнике 5 дросселя намотана компенсирую щая обмотка 4. Трансформатор понижает сетевое напряжение до 60…70 В. Дроссель служит для получения крутопадающей характери стики и регулирования сварочного тока в цепи « Тр.- Др. - электрод – дуга 8 - заготовки 9». При прохождении электрического тока через компенсирующую обмотку дросселя в ней возникает ЭДС самоиндук ции, направленная противоположно основному потоку. В результате падения напряжения в дросселе трансформатор получает крутопа дающую характеристику. Перемещение ярма 6 сердечника дросселя приводит к изменению зазора. Чем больше зазор, тем больше ЭДС самоиндукции компенсирующей обмотки, тем больше сварочный ток.

Более совершенной является конструкция сварочного транс форматора серии ТД (рис. 2.8). Первичная 2 и вторичная 3 обмотки каждая намотаны на противоположных ветвях замкнутого П – образ ного сердечника 1. Вторичная обмотка установлена с возможностью перемещения относительно первичной обмотки за счет винтового ме ханизма 4. Сварочный ток регулируется за счет изменения расстояния между первичной и вторичной обмотками. При сближении обмоток магнитный поток рассеяния и индуктивное сопротивление уменьша ются, и сварочный ток увеличивается.

Устойчивость горения дуги переменного тока можно повысить питанием сварочной цепи токами высокой частоты и высокого напря жения. Такое питание обеспечивается включением в сварочную цепь осциллятора. Осциллятор представляет собой колебательный контур (искровой разрядник и L-C контур). Осциллятор подключается к сети переменного тока через повышающий трансформатор и сетевые фильтры. Со сварочной цепью осциллятор соединен через согласую щую обмотку высокочастотного трансформатора и защитные конден саторы. Мощность осциллятора составляет 100…250 Вт, частота тока подводимого к дуге – 150…260 кГц, напряжение 2…3 кВ.

В состав серийных выпрямителей входят понижающий свароч ный трансформатор с регулируемым магнитным рассеиванием и вы прямительный блок, собранный по мостовой схеме с использованием кремниевых силовых вентилей. При использовании однофазного тока, применение мостовой схемы не дает существенного эффекта, так как все равно 100 раз в секунду напряжение будет падать ниже напряже ния зажигания. Применение дополнительного L–C фильтра позволяет сгладить напряжение. Однако лучшие результаты дает применение трехфазного тока, трехфазного трансформатора и трехфазной мосто вой схемы выпрямления (рис. 2.9). Применение трехфазной схемы по зволяет обеспечить: малую пульсацию выпрямленного напряжения, так как выпрямленные полуволны каждой фазы складываются со сдвигом фаз;

более равномерную загрузку силовой сети переменного тока.

Для дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитных газов применяют трехфазные сварочные выпрямители с жесткой внешней характеристикой с последовательным включением в свароч ную цепь дросселя.

Дроссель обеспечивает необходимую скорость нарастания тока короткого замыкания, что облегчает зажигание дуги и уменьшает раз брызгивание металла. Регулирование напряжение производят ступен чатым переключением числа витков в первичной обмотке каждой фа зы трансформатора.

Широкое применение нашли универсальные выпрямители, со стоящие из трансформатора и управляемого тиристорного выпрями теля и инверторные выпрямители. Введение в выпрямительный блок обратной связи по сварочному току позволяет получать различные вольт – амперные характеристики. Отрицательная обратная связь обеспечивает крутопадающую характеристику, положительная – же сткую. Особенность инверторных выпрямителей заключена в том, что с помощью управляемого тиристорного инвертора сетевое напряже ние преобразуется в высокочастотное (до 60 кГц). Далее это напряже ние выпрямляется малогабаритным трансформатором, и подается в сварочную сеть. Эта схема позволяет получать любую вольт – ампер ную характеристику, а сами трансформаторы в 8…10 раз легче обыч ных. На основе инверторных выпрямителей разработаны импульсные источники сварочного тока. Применение импульсного сварочного то ка (различной формы, длительности и частоты) позволяет существен но снизить тепловые вложения при сварке, а значит, сваривать без опасности прожогов заготовки малой толщины.

Сварочные выпрямительные установки имеют высокие динами ческие свойства вследствие меньшей электромагнитной инерции. Ток и напряжение в переходных процессах изменяются практически мгно венно. Отсутствие вращающихся частей делает их более надежными и долговечными по сравнению с генераторами постоянного тока. Ос новными их недостатками являются: зависимость от сети переменного тока и необходимость принудительного охлаждения полупроводнико вых элементов (воздушного или водяного).

Сварочные генераторы постоянного тока подразделяются: по числу питаемых постов (однопостовые – для питания одной свароч ной дуги) и многопостовые (для питания нескольких сварочных дуг);

по способу установки (стационарные и передвижные);

по форме внешней вольт – амперной характеристики;

по виду привода (с элек трическим приводом, с приводом от двигателя внутреннего сгорания);

по способу исполнения (однокорпусные – генератор и двигатель вы полнены на одном валу, в одном корпусе;

раздельные – генератор и двигатель выполнены на общей раме, а их валы соединены муфтой).

Сварочный генератор с независимым возбуждение и размагни чивающей последовательной обмоткой показан на рис. 2.10. Генера тор имеет две обмотки возбуждения. Намагничивающая обмотка Wн (обмотка независимого возбуждения) создает мощный поток Фн воз буждения. Эта обмотка питается от сети переменного тока через селе новый выпрямитель СВ приводного электродвигателя ЭД. Сила тока в цепи независимого возбуждения регулируется реостатом R. Вторая обмотка возбуждения Wр включена последовательно в сварочную цепь и величина ее магнитного потока Фр зависит от силы сварочного тока. Магнитные потоки Фн и Фр направлены навстречу друг другу.

При холостом ходе, когда сварочная цепь разомкнута, действует толь ко магнитный поток Фн. ЭДС генератора равна E=CФн, где С - посто янная генератора. При сварке, когда сварочный ток проходит через обмотку Wр, ЭДС генератора будет равна E=C(Фн –Фр), т.е. напряже ние на зажимах генератора упадет. Ступенчатое регулирование сва рочного тока осуществляется переключателем П. В положении 1 под ключено полное число витков обмотки Wр, что позволяет, получить силу сварочного тока от 30 до 60 А. В положении 2 обмотка Wр под ключена частично, и сварочный ток повышается (50…120 А). В пре делах каждой ступени, сварочный ток плавно регулируется реостатом R.

Отличие сварочного генератора с самовозбуждением от генера тора с независимым возбуждением заключается в подключении на магничивающей обмотки к основной, т.е. намагничивающая обмотка является самовозбуждающейся. Регулирование режимов сварки ком бинированное, такое же, как и в предыдущей схеме.

Приведенные схемы генераторов используются для ручной ду говой сварки, для автоматической и полуавтоматической сварки под слоем флюса. В тех случаях, когда отключена последовательная раз магничивающая обмотка, генераторы имеют жесткую характеристику и используются для механизированной сварки в среде защитных газов с саморегулированием дуги.

Многопостовые сварочные генераторы применяются в серийном производстве с большим количеством компактно расположенных сва рочных постов. Эти источники питания позволяют: снизить эксплуа тационные расходы;

уменьшить стоимость сварочного оборудования;

использовать сварку с большими токами. Схема многопостового сва рочного генератора и подключение постов показаны на рис. 2.11. В генераторе применяется смешанное возбуждение. При этом магнит ные потоки параллельной или шунтовой обмотки Wш и последова тельной обмотки Wп складываются Ф=Фш+Фп. При нагрузке напря жение на клеммах генератора остается практически неизменным, по скольку магнитный поток последовательной обмотки несколько под магничивает генератор. Для изменения напряжения в цепь обмотки параллельного возбуждения включены реостат R. Сварочный посты подключаются параллельно через балластные реостаты Rб, что позво ляет получить линейно падающую характеристику.

2.1.4. Основные металлургические процессы, протекающие в сва рочной ванне Сварочная ванна образуется в результате расплавления и пере мешивания металла заготовок, металла электрода (и присадочного ма териала). Сварочная ванна в своей передней части контактирует с га зовой атмосферой дуги;

в хвостовой части контактирует со слоем рас плавленного шлака;

по бокам контактирует с холодным твердым ме таллом заготовок.

Химический состав сварочной ванны определяется составом электрода (присадочного материала) и металлом заготовок. Конечный состав шва устанавливается после протекания металлургических про цессов в каплях расплавленного металла и в сварочной ванне. Осо бенность протекания металлургических процессов при дуговой сварке заключается в высокой скорости их протекания и кратковременно стью существования сварочной ванны. Металлургические процессы, протекающие в сварочной ванне условно можно разделить на три ви да: взаимодействие расплава с газовой фазой;

взаимодействие распла ва и шлака;

кристаллизация расплава.

Взаимодействие расплавленного металла с газовой фазой опре деляется составом газовой атмосферы дуги, около дугового простран ства и химическими свойствами элементов, содержащихся в расплав ленном металле. Атмосфера дуги и около дугового пространства со держит смесь следующих газов: кислород, водород, азот, СО, СО2;

па ров: воды, металлов и шлаков. Количественное соотношение газов за висит от вида сварки, способа защиты сварочной ванны. При высоких температурах дуги газы диссоциируют и переходят в атомарной со стояние. При этом возрастает их химическая активность и способ ность к растворению в расплаве металлов. Кислород, водород, азот попадают в зону дуги из: воздуха;

сварочной проволоки;

покрытий электродов;

флюсов и защитных газов. Дополнительным их источни ком могут служить: ржавчина, оксидные пленки, органические за грязнения и конденсат на поверхностях заготовок.

Кислород, взаимодействуя с расплавом, окисляет металлы, об разуя оксиды. Оксид железа растворяется в металле шва и окисляет примеси и легирующие элементы, обладающие большим химическим сродством к кислороду (кремний, марганец, титан, хром, алюминий).

Полученные оксиды нерастворимы в железе, и, обычно, переходят в шлак (но, частично, они могут остаться в сварном шве в виде неме таллических включений).

Водород хорошо растворяется в расплавленном металле, и пло хо растворим в твердых фазах металла. Поэтому водород может быть причиной пористости сварного шва. С рядом легирующих металлов (титан, ниобий) водород вступает в химическое взаимодействие, обра зуя гидриды.

Азот растворяется в расплавленном металле. При концентрации азота выше предела растворимости, он вступает в химическую реак цию с легирующими элементами (титан, алюминий), образуя нитри ды.

Взаимодействие металла с газовой фазой приводит к следую щим последствиям: Выгоранию легкоокисляющихся легирующих элементов и снижению их содержания в сварном шве, по сравнению с содержанием в основном металле. Снижению прочностных парамет ров, а главное, пластических свойств, сварного шва. Образованию по сторонних включений (твердых или газообразных) в сварном шве.

Уменьшить отрицательное влияние газовой атмосферы на свой ства сварного шва возможно следующими способами: Созданием эф фективной защиты дуги и сварочной ванны (покрытие электродов, флюсы, защитные газы, вакуум). Тщательной очисткой свариваемых поверхностей от окислов, жировых и т.п. пленок. Прокалкой свароч ных материалов, осушкой защитных газов. Введением в состав сва рочных материалов элементов – раскислителей, способных связать кислород в нерастворимые окислы (для железа – марганец, кремний, титан). Применением сварочных элементов, содержащих повышенное содержание легирующих элементов, выгорающих при сварке.

Взаимодействие расплавленного металла и шлака определяется химическим составом шлака и условиями перераспределения раство римых соединений между контактирующими жидкими фазами.

Одна из задач электродного покрытия и флюса – раскислить ме талл сварочной ванны, удалить из нее вредные примеси за счет связы вания и перевода их в шлак в виде нерастворимых соединений. Сле довательно, шлаки образуются в результате расплавления электрод ных покрытий и флюсов и их взаимодействия с расплавом и газовой атмосферой.

При сварке сталей, в качестве раскислителей используют марга нец, и кремний которые восстанавливают окись железа. Нераствори мые оксиды марганца и кремния выводятся в шлак. Марганец, допол нительно, взаимодействует с растворенной в железе серой, связывая ее в тугоплавкий сульфид марганца. Через шлак можно дополнитель но легировать сварной шов.

Кристаллизация сварного шва начинается от границ оплавлен ных зерен и протекает путем роста столбчатых кристаллов к центру шва. Оси кристаллов перпендикулярны к поверхности движущейся сварочной ванны. Поэтому, кристаллы изгибаются и вытягиваются в направлении сварки.

Междендритная ликвация приводит к расположению примесей по границам кристаллов, где они могут образовывать легкоплавкие эвтектики и неметаллические включения. Это снижает механические свойства сварного шва и может привести к образованию горячих тре щин.

2.1.5. Схемы дуговой сварки В зависимости материала, числа электродов, способа включения электродов в электрическую цепь различают: дуговую сварку плавя щимся (электродной проволокой или электродом, покрытым обмаз кой) или неплавящимся (графитовым, вольфрамовым …) электродом;

сварку дугой прямого или косвенного действия, сварку трех фазной дугой.

Дуга прямого действия – дуга, при которой объект сварки включен в цепь сварочного тока (рис. 2.12, а). Электрическая дуга горит между электродом 2 и свариваемыми заготовками 4. Сварочный шов получается за счет плавления электрода или присадочного прутка 1. Возможные подключения: переменным током;

постоянным током, прямое включение (заготовка является катодом);

постоянным током, обратное включение (заготовка является анодом). Дуга косвенного действия – дуга, при которой объект сварки не включен в сварочную цепь (рис. 2.12, б). Электроды 2 включены в цепь переменного тока.

Дуга 3 горит между электродами (обычно неплавящимися). Металл кромок заготовок нагревается и расплавляется теплотой столба дуги.

Сварка трех фазной дугой (рис. 2.12, в). Дуга 3 горит между электро дами 2 и между каждым электродом заготовками 4.

2.1.6. Технико-экономические показатели дуговой сварки Технико-экономическое нормирование предусматривает уста новление технически обоснованных норм времени на производство сварочных работ. В норму времени входят: основное (машинное) вре мя, подготовительно-заключительное время, вспомогательное время и время на обслуживание рабочего места.

Основное время – время, затраченное на получение сварного шва длинной 1 м. Оно определяется с учетом технологи сварки, про изводительности сварочного оборудования и режимов сварки. Подго товительно-заключительное время складывается из времени;

на под готовку сварщика к работе (получение задания, производственный инструктаж);

на настройку и наладку сварочной аппаратуры;

на сдачу работ. Обычно оно составляет 4…8% от основного времени. Вспомо гательное время складывается из времени: на установку и базирование заготовок на рабочем месте;

на перемещения заготовок в процессе сварки;

на установление режимов сварки;

на зачистку швов и на дру гие аналогичные работы. Время на обслуживание рабочего места за трачивается на собственно обслуживание рабочего места, на отдых и личные надобности сварщика.

Основное время сварки равно:

tо=Qн/(Iсвн), где: Qн – масса наплавленного металла;

Iсв – сварочный ток;

н – ко эффициент наплавки.

Масса наплавленного металла определяется по заданным черте жами размерам сварного шва. Масса наплавленного металла опреде ляется по формуле:

Qн =FнL, где: Fн – площадь поперечного сечения шва;

L – длина шва;

– плот ность металла. Коэффициент наплавки – масса металла, наплавленно го в течение 1 часа горения дуги (г/А час).

Для учета расхода электродов (электродной проволоки) необхо димо рассчитать норму расхода электродов на изделие:

Нэ=GэL, где: Gэ – расход электродов на 1 м шва;

Gэ= Kр(1-)Qн/L;

Kр – коэффи циент расхода на неизбежные потери электродов;

– эксперимен тальный коэффициент потерь на разбрызгивание металла электродов.

2.1.7. Ручная дуговая сварка (РДГ) Ручная сварка – сварка, выполняемая человеком с помощью ин струмента, получающего энергию от специального источника.

РДГ выполняют покрытыми сварочными электродами, которые вручную подают в дугу и перемещают вдоль заготовки. РДГ позволя ет выполнять швы в различных пространственных положениях: ниж нем, вертикальном, горизонтальном, потолочном.

Схема процесса РДГ показана на рис. 2.13. Дуга 11 горит между стержнем 2 электрода и металлом заготовок 3. Температура дуги 6000…7000оС. В соответствии с полярностью, показано прямое вклю чение, т.е. направление движения электронов 10 совпадает с направ лением стекания капель металла 4. Температура катода (электрода) и анода составляет соответственно 2400оС и 2600оС. Вместе со стерж нем плавится и покрытие (обмазка) 1 электрода, образуя, защитную газовую атмосферу 9 вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну 8 на по верхности жидкого металла 5. Шлаковая ванна и ванна жидкого ме талла образуют сварочную ванну. По мере продвижения дуги, свароч ная ванна затвердевает, образуя, сварочный шов 6 и твердую шлако вую корку 7.

Электроды для РДГ Стержни плавящихся электродов изготавливают из стали, чугу на, алюминиевых, титановых сплавов, меди и медных сплавов. Для сварки сталей применяют холоднотянутую, гладкую стальную прово локу диаметром от 0,8 до 6,0 мм. По ГОСТ 2246 – 70* предусмотрено 75 марок сварочной проволоки различного химического состава ( марок низкоуглеродистой проволоки: Св-08, Св-08А, Св-08ГА, Св 10ГА, Св-10Г2;

30 марок легированной проволоки: Св-08ГС, Св 08Г2С…;

39 марок высоколегированной проволоки: Св-12Х13, Св 12Х11НМФ…). Расшифровка обозначения проволоки: Св - сварочная (содержание серы или фосфора не более 0,04%);

первое число – со держание углерода в сотых долях процента;

заглавными буквами обо значаются легирующие элементы (марганец – Г, кремний – С, хром – Х, никель – Н, молибден – М, вольфрам – В, селен – Е, алюминий – Ю, титан – Т, ниобий – Б, кобальт – К, медь – Д);

после буквенного обозначения легирующего элемента ставится цифра, обозначающая его процентное содержание (если содержание менее 1% - цифра не ставится). Последние буквы: А - содержание серы или фосфора менее 0,03%;

АА - содержание серы или фосфора менее 0,02%;

Э – для изго товления электродов;

О – Омедненная;

В, Вд, ВИ – способ получения стали, выплавленной соответственно электрошлаковым, вакуумно дуговым или вакуумно - индукционным способом.

Электродное покрытие (обмазка) необходима для обеспечения стабильности горения дуги и для получения шва с заранее заданными свойствами. Она наносится на стержень окунанием или опрессовкой.

Обмазка включает в себя ряд компонентов и обеспечивает:

1. Стабильное горение дуги за счет присутствия соединений ще лочных и щелочноземельных металлов с низким потенциалом иони зации (калий, натрий, кальций). Электроды для сварки постоянным током этого компонента не имеют, поэтому они не применимы для сварки переменным током. Торец этих электродов окрашивается красным цветом.

2. Защиту металла сварочной ванны от взаимодействия с кисло родом и азотом за счет: Создания газовой атмосферы, оттесняющей воздух. К газообразующим веществам относятся органические веще ства (крахмал, целлюлоза, декстрин, древесная мука). Под действием тепла дуги газообразующие вещества сгорают, создавая собственную газовую атмосферу. Образования шлака на поверхностях сварочной ванны и на поверхностях камель металла. К шлакообразующим ком понентам относятся марганцевая руда, рутил (TiO2), плавиковый шпат (CaF2), мрамор (CaCO3), каолин, мел кварцевый песок и др. Шлакооб разующие компоненты расплавляются под действием тепла дуги, об волакивают капли расплавленного электродного металла и вместе с ней попадают в сварочную ванну. Имея удельный вес меньший, чем у расплавленного металла, шлак всплывает на поверхность расплава, обеспечивая защиту сварочной ванны от кислорода воздуха и, одно временно, замедляют охлаждение сварочной ванны. Это способствует удалению газов из расплава, уменьшает образование закалочных структур в сварном шве и в околошовной зоне.

3. Раскисление металла сварочной ванны путем введения хими ческих элементов более активных к кислороду, чем основной металл заготовок. Для сварки сталей, в качестве раскислителей используют ферромарганец, ферросилиций, ферроалюминий и др. Раскисление идет по следующим реакциям: 2FeO + Si = SiO2 + 2Fe;

FeO + Mn = MnO + Fe. образующиеся при этом нерастворимые в железе окислы (SiO2, MnO) всплывают на поверхность шлаковой ванны и уходят в шлак.

4. Легирование металла шва за счет введения в покрытия леги рующих компонентов – ферросплавов или чистых металлов, который при сварке переходят в металл шва.

5. Связывание компонентов обмазки между собой и с электрод ной проволокой (связующие вещества). Например: натриевое жидкое стекло (Na2O(SiO)2), желатин, пластмассы.

Электроды классифицируются по следующим признакам: по виду сварочной проволоки;

по сталям, для сварки которых они пред назначены;

по толщине покрытия;

по виду покрытия;

по характеру шлака, образующегося при расплавлении покрытия;

по механическим свойствам металла сварного шва;

по допустимому пространственному положению при сварке;

по роду полярности тока применяемого при сварке.

По группам сталей для сварки которых предназначены электро ды различают: группа У – для сварки углеродистых и низколегиро ванных сталей;

группа Л – для сварки легированных конструкцион ных сталей;

группа Т – для сварки легированных теплостойких (жаро стойких) сталей;

группа В – для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами;

группа Н – для направки поверхностных слоев с особыми свойствами.

По толщине покрытия различают: электроды с тонкими (стаби лизирующими) и толстыми (защитно-легирующими) покрытиями (табл. 2.2).

Таблица 2.2.

Классификация электродов по толщине обмазки Покрытие Отношение диаметра покрытия к Обозначение диаметру электродной проволо- электрода ки Тонкое менее 1,2 Т Среднее 1,2 …1,45 С Толстое 1,45…1,8 Д Особо толстое более 1,8 Г Стабилизирующие обмазки состоят только из ионизирующих и связующих компонентов. Эта обмазка не обеспечивает высокой проч ности сварного соединения. В состав средних, толстых и особо тол стых обмазок входят все вышеперечисленные компоненты, обеспечи вающие высокое качество сварного шва.

По видам покрытий различают электроды следующих групп:



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.