21. Взаимодействие сварочной ванны с окружающей средой. Растворимость газов. (Защита флюсом, газом).

Сварочная ванна представляет собой относительно небольшой объем перегретого выше температуры плавления расплавленного металла, находящегося в контакте, как правило, сверху, в передней части, с газовой атмосферой дуги, в хво­стовой части со слоем расплавленного шлака, снизу и с боков - с твердым холод­ным основным металлом. Сварочная ван­на образуется в результате расплавления и перемешивания основного и электродного (или присадочного) металлов.

Взаимодействие расплавленного ме­талла с газовой фазой определяется со­ставом атмосферы дуги и химическими свойствами элементов, содержащихся в расплавленном металле.

Кислород, взаимодействуя с расплав­ленным металлом, в первую очередь окис­ляет элемент, составляющий его основу. В случае стали окисляется железо и обра­зуются его оксиды. Оксид FeO растворя­ется в металле шва и окисляет примеси или легирующие элементы, обладающие большим химическим сродством к кисло­роду: Si, Mn, Ti, Сг, С и др. Оксиды этих элементов не растворимы в железе, и их основное количество переходит в шлак. Оксид углерода выделяется из расплав­ленного металла в атмосферу.

Азот растворяется в расплавленном металле. При содержании свыше предела растворимости азот образует химические соединения - нитриды. Нитриды могут образовываться также с легирующими элементами, входящими в состав сплавов (в стали нитриды титана и алюминия).

Водород также растворяется в расплав­ленном металле. С рядом металлов (Ti, V, Nb и др.) водород образует химические соединения - гидриды.

Взаимодействие расплавленного ме­талла с газовой фазой может приводить к следующим отрицательным последствиям:

- "выгоранию" легкоокисляющихся эле­ментов, а следовательно, к снижению их содержания в сварочной ванне по сравне­нию с содержанием в сварочной проволоке;

- снижению прочностных и главным об­разом пластических свойств при наличии в шве оксидов, нитридов и водорода (рас­творенного или скопившегося в микроне- сплошностях металла);

- образованию пор в шве вследствие за­держки выхода пузырьков газов (N₂, Н₂, СО) в процессе кристаллизации сварочной ванны.

Одним из основных способов предотвращения отрицательного влияния газов является создание эффективной защиты дуги и сварочной ванны (покрытие электродов, флюсы, защитные газы, вакуум);

Защита флюсом, т.е. при высокой температуре флюс растворяется, образуя газовый пузырь, который защищает место сварки от проникновения газов из атмосферы воздуха.

В качестве защитных газов используются инертные газы (аргон, гелий), активные газы (CO2).

22. Ручная дуговая сварка. Электроды: типы, состав, назначение. Покрытия электродов.

Ручную дуговую сварку выполняют сварочными электродами, которые вруч­ную подают в дугу и перемещают вдоль заготовки. В процессе сварки металличе­ским покрытым электродом (рис. 5.6) дуга горит между стержнем электрода 7 и основным металлом 1. Стержень электро­да плавится, и расплавленный металл кап­лями стекает в сварочную ванну 9. Вместе со стержнем плавится покрытие электрода, образуя защитную газовую атмосферу 5 вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну 4 на поверхности расплавленного металла. По мере движения дуги сварочная ванна затвердевает и формируется сварной шов. Жидкий шлак после остывания образует твердую шлаковую корку 2.

Ручная сварка позволяет выполнять швы в любых пространственных положениях: нижнем, вертикальном, горизонтальном, вертикальном, потолочном.

Стандарт на стальную сварочную прово­локу предусматривает 77 марок проволоки диаметром 0,2 ... 12 мм. Сварочную про­волоку всех марок в зависимости от соста­ва разделяют на три группы; низкоуглеро­дистую (Св-08А, Св-08ГС и др.), легиро­ванную (Св-18ХМА; Св-10Х5М и др.) и высоколегированную (Св-06Х 19Н10M3T; Св-07Х25Н13 и др.). В марках проволоки "Св" означает слово "сварочная", после­дующие буквы и цифры - ее марочный состав.

Электроды представляют собой прово­лочные стержни с нанесенными на них покрытиями. Покрытия электродов пред­назначены для обеспечения стабильного горения дуги, защиты расплавленного ме­талла от воздействия воздуха и получения металла шва заданных состава и свойств. В состав покрытия электродов входят ста­билизирующие, газообразующие, шлако­образующие, раскисляющие, легирующие и связующие составляющие.

Электроды классифицируют по назна­чению и виду покрытия. По назначению стальные электроды подразделяют на пять классов: для сварки углеродистых и низ­колегированных конструкционных сталей с σ_В < 600 МПа, легированных конструкци­онных сталей с σ_В > 600 МПа, легированных жаропрочных сталей, высоколегированных сталей с особыми свойствами и для наплав­ки поверхностных слоев с особыми свойст­вами.

Электроды для сварки конструкцион­ных сталей делят на типы: Э38, Э42, ..., Э150. Цифры в обозначении типа электро­дов обозначают σ_В наплавленного металла в 10^-1 МПа.

По виду покрытия электроды делят на электроды с кислым (Fe₂O₃, MnO, SiO₂), рутиловым (на основе TiO₂, CaCO₃), основ­ным (мрамор, магнезит MgCO₃, CaF₂) и целлюлозным покрытием (целлюлоза и др. органические вещества).

Режимы ручной сварки: Iсв = (30÷50)d_{электрода}