Защита сварочной ванны от воздействия окружающей среды
СЛАЙД 2 Расширение применения сварочных технологий в промышленности стало возможным после разработки надежных методов защиты зоны сварки от воздействия с окружающей средой – воздухом и водой. Применение сварки при подводнотехнических работах имеет специфические особенности и поэтому не рассматривается.
Как уже отмечалось сварка плавлением это высокотемпературный процесс, который сопровождается изменением состава металла сварочной ванны при взаимодействии с кислородом, азотом, парами воды и другими компонентами воздуха. Высокая реакционная активность расплавляемых металлов приводит к образованию оксидов, нитридов и гидридов, значительно ухудшающих состав и свойства металла сварного шва.
При сварке трубопроводов и конструкций используется четыре основных способа защиты сварочной ванны от вредного воздействия окружающей воздушной среды:
шлаковая;
газовая;
газошлаковая;
вакуумная.
Вакуумная защита применяется при сварке конструкций из титана, молибдена, ванадия и других химически активных и тугоплавких металлов и поэтому в дальнейшем рассматриваться не будет.
Шлаковая защита
СЛАЙД 3 При автоматической и механизированной (полуавтоматической) сварке под слоем флюса применяется шлаковая защита зоны сварки (рис 1).
Рис. 1 Схема механизированной сварки под слоем флюса:
1 – свариваемый основной металл; 2 – подающие ролики; 3 – электродная проволока; 4 – слой гранулированного флюса; 5 – шлак; 6 – сварной шов; 7 – сварочная ванна; 8 – дуговой разряд СЛАЙД 4
Электрический дуговой разряд, перемещаемый вдоль свариваемого шва механическим устройством, поддерживается в замкнутом пространстве в среде расплавленного флюса и флюса в полужидком состоянии, причем газы дуговой атмосферы – пары металла и компонентов флюса – поддерживают давление внутри полости выше, чем давление окружающей атмосферы. Дуговая сварка под слоем флюса – высокопроизводительный процесс, обеспечивающий хорошее формирование сварного шва.
СЛАЙД 5 Состав флюса подбирается таким образом, чтобы образующийся шлак при плавлении и последующем застывании легко отделялся от поверхности сварного соединения.
В основном применяются плавленые и керамические флюсы.
СЛАЙД 6 Плавленые получаются сплавлением входящих в них компонентов в электрических или пламенных печах и гранулируются выливанием в воду.
Керамические флюсы получаются путем грануляции замеса из тонкоизмельченных компонентов, соединенных между собой жидким стеклом. В отличие от плавленых в керамических флюсах могут содержаться металлические порошки – раскислители и легирующие компоненты, так как в процессе приготовления керамические флюсы не подвергаются нагреву до высоких температур.
СЛАЙД 7 Наибольшее распространение в производстве получили плавленые флюсы различных марок, изготовляемые в крупных промышленных масштабах. Плавленые флюсы по своему составу и назначению делятся на алюмосиликатные, предназначенные для сварки сталей различных марок, и фторидные, предназначенные для сварки титановых сплавов. Алюмосиликатные флюсы выбираются по составу в зависимости от марки стали, так как при взаимодействии со шлаком состав металла сварочной ванны может изменяться.
СЛАЙД 8 Классификация флюсов производится также по физическим свойствам: по структуре зерна они делятся на стекловидные и пемзовидные, по характеру изменения вязкости – на длинные и короткие, по характеру взаимодействия с металлом – на активные и пассивные. Пассивные применяются в основном при сварке среднелегированных сталей.
СЛАЙД 9 При дуговой сварке под слоем плавленого флюса различают: высокотемпературную зону, охватывающую плавящийся торец электрода, капли металла, проходящие дуговой промежуток и активное пятно дугового разряда в сварочной ванне; и низкотемпературную зону – хвостовая часть ванны, где температура приближается к температуре кристаллизации металла.
В высокотемпературной зоне интенсивно развиваются эндотермические реакции, приводящие к легированию и одновременно к окислению металла сварочной ванны компонентами флюса. В этой же зоне происходит интенсивное окисление углерода стали и восстановление кремния марганцем.
Интенсивное перемешивание шлака с металлом приводит к извлечению значительной части FeO в шлаковую фазу.
При сварке под флюсом почти не происходят потери металла и оценить изменения химического состава металла шва можно по исходному составу. По шлифу сварного шва можно определить его площадь и, зная разделку под сварку можно найти соотношение количеств расплавленного основного металла и наплавленного электродного металла, а затем, зная состав проволоки и состав основного металла, находят исходный состав, предполагая, что никаких химических реакций не было.
СЛАЙД 10 Керамические флюсы для сварки металлов позволяют сохранять все преимущества автоматической сварки под слоем флюса: малые потери металла, высокая производительность, высокое качество сварных соединений, но в то же время позволяют легировать и раскислять металл сварочной ванны в очень широких пределах. Керамические флюсы представляют собой порошки различных компонентов, образующих шлаковую фазу, изолирующую металл от окисления, и ферросплавы или свободные металлы для раскисления и легирования. Все эти порошковые материалы замешивают на растворе силиката натрия Na2SiO3 (жидкое стекло) и подвергают грануляции на специальных устройствах. После этого их просушивают, прокаливают для удаления влаги и хранят в герметической таре. Так как в процессе изготовления они не подвергаются нагреву, то все даже активные металлы в них сохранены и при плавлении флюса они переходят в металл шва, раскисляя его и легируя до нужного состава.
СЛАЙД 11 По назначению различают керамические флюсы для сварки и наплавки углеродистых и легированных сталей, цветных металлов и сплавов. По химическому составу шлакообразующей массы флюсы могут быть отнесены к кислым, нейтральным и основным. Кроме того, их делят на несколько типов: марганцово-силикатные, кальций-силикатные и флюоритно-основные и др.
По степени легирования металла шва керамические флюсы делятся на слабо легирующие для сварки низкоуглеродистых и низколегированных и сильно легирующие для сварки специальных сталей.
Основной недостаток керамических флюсов состоит в том, что они обладают повышенной гигроскопичностью, что требует хранения их в герметичной таре и прокалки перед сваркой. Наличие гидратной влаги в флюсе приводит к повышению содержания водорода в наплавленном металле, что ухудшает его свойства.