Сварочные материалы

Сварочными называют материалы, обеспечивающие возможность прохождения сварочных процессов и получения качественных сварных соединений. К ним относят: присадочные материалы, электроды, флюсы, защитные газы и т.д.

Присадочные материалы. Подавляющее большинство швов при сварке выполняют с применением присадочных материалов. Роль их заключается не только в получении необходимой геометрии шва, но и в обеспечении высоких эксплуатационных характеристик при минимальной склонности к образованию дефектов. В большинстве случаев состав присадочных металла мало отличается от химического состава свариваемого металла. Присадочные материалы разрабатывают применительно к конкретным группам металлов и сплавов или даже к их отдельным марокам. При этом учитывают также методы сварки, которые определяют потерю отдельных элементов. Присадочный металл должен быть более чистым по примесям, содержать меньшее количество газов и шлаковых включений. Присадочные материалы используют в виде проволоки сплошного сечения или порошковой проволоки . Применяют также прутки, пластины, ленты. К сварочной проволоки предъявляют значительные требования относительно состояния поверхности, предельных отклонений по диаметру, овальность и другими показателями.

Электроды для дуговой сварки. Электродом для дуговой сварки называют металлический или неметаллических стержень, предназначенный для подвода тока к сварочным дугам. Электроды подразделяют на плавящиеся и неплавящиеся.

Плавящиеся электроды изготавливаются из стали, алюминия, меди и их сплавов и т.д. Плавящиеся электроды являются одновременно и присадочным материалом. Непокрытые электроды применяют при газовой защите металла шва и представляют собой присадочную или порошковую проволоку. Покрытый электрод имеет определенные размеры стерженя (табл.Д.4 - Д.5), на поверхность которого нанесено специальное покрытие (табл. Д.6).

Неплавящиеся электроды нужны для возбуждения и поддержания горения дуги. Для дуговой сварки и резки используют: угольные, графитовые, вольфрамовые электроды.

Защитные среды. Большинство металлов и сплавов при термических видах сварки взаимодействуют с окружающей средой: происходит окисление металла, а также растворения в нем азота и водорода. Особенно реагирует расплавленный металл, менее подвержены этому кристаллизующийся металл шва, и металл в зоне термического влияния. Это взаимодействие в большинстве случаев приводит к ухудшению свойств металла шва и сварных соединений и вызывает необходимость защиты зоны сварки от контакта с воздухом.

Применяют шлаковую, газовую и комбинированную защиту.

Шлаковая защита состоит в том, что при сварке используют электродные покрытия и специальные сварочные флюсы, которые создают при расплавлении шлаки с определенными физико-химическими свойствами.

Шлаки должны обеспечивать хорошее формирование шва, надлежащий химический состав металла, отсутствие пор и трещин, устойчивость процесса сварки, легкое отделение шлаковой корки от поверхности шва, быть экологичными.

Шлаки представляют собой жидкие минеральные фазы, отделяющих металл от непосредственного воздействия газовой атмосферы. Шлаки не изолируют металл от окружающей среды, а только заменяют непосредственное взаимодействие диффузии. Через шлаки могут диффундировать газы или металлы (в виде низших оксидов) на границу раздела с газами, там окисляються и, возвращаясь к металлу, передають захваченный кислород. Взаимодействие шлаковой фазы с металлом полностью зависит от ее состава и температуры.

Шлаки условно можно разделить на пассивные и активне. Пассивные шлаки осуществляют защитные функции. Активные шлаки также осуществляют и металлургическую обработку металла сварочной ванны (раскисление, легирование, связывание серы и фосфора).

Компоненты электродных покрытий и сварочных флюсов имеют разный химический состав и назначение (табл. Д.7 – Д.9).

Компоненты, ионизируют или стабилизируют дуговой разряд, - различные соединения, имеющие атомы щелочных металлов, с малым потенциалом ионизации (приложение, табл. Д.2): мел – СаСО₃, гранит, полевой шпат - (К₂О·Аl₂О₃·6SiО₂) К₂СО₃ и др. Чем менше U_u, тем легче происходит ионизация и устойчивость дуги.

Шлакообразующие компоненты покрытия, создают при плавлении шлаки, которые изолируют металл от взаимодействия с азотом и кислородом воздуха, и, кроме того, вступают с металлом в обменные реакции, регулируя состав сварочной ванны: мел, мрамор (СаСОз), полевой шпат (К₂О·Аl₂О₃·6SiО₂), кварцевый песок (SiО₂), плавиковый шпат (СаF₂), магнезит (МgСО₃) и руды: (гематит (Fе₂О₃), марганцевая руда (МпО), титановый концентрат (FеО· TiО₂), рутил (TiО₂).

Газообразующиее компоненты выделяют при своем распаде или окислении значительное количество газов, вытесняя воздух: крахмал, муку, целлюлозу, декстрин, МgСО₃, СаСО₃.

Легирующие и раскисляющие элементы - ферросплавы (ферросилиций, ферромарганец, фероалюминий, ферротитан и др.) и чистые металлы, которые при плавлении покрытия растворяются в электродном металле, играя роль легирующих элементов, или восстанавливают элементы из окислов, играя роль раскислителя.

Связующее компоненты - водные растворы силикатов натрия и калия, которые при плавлении переходят в шлаки, или высокополимерные вещества, что сгорают.

Защитные газы при сварке защищают дугу и сварочную ванну от вредного воздействия окружающей воздушной среды. Защитные газы подают в зону сварочной дуги под давлением, большим, чем атмосферное, физически оттесняя воздух потоком газа от места сварки.

Особенности сварки в защитных газах: высокая концентрация дуги; высокая производительность; высокоэффективную защита; возможность сварки металлов различных толщин в различных пространственных положениях, наблюдение за ванной; отсутствие необходимости применения флюсов, обмазок; возможность механизации и автоматизации.

Для защиты применяют как чистые газы: инертные (9% по объему сварочных работ) и активные газы (90%), так и их смесь (1%) (табл. Д.10). Из инертных газов при сварке используют аргон и гелий.

Инертные газы обеспечивают защиту металла при сварке, не осуществляя на него металлургического влияния. Из инертных газов при сварке используют аргон и гелий. Это одноатомные газы, которые не вступают в химические реакции с твердыми и жидкими металлами и практически нерастворимы в большинстве из них (точно так же N инертен к некоторым металлам - меди, кобальту и т.д.).

Для сварки применяют смесь из инертных газов, например смесь, состоящая из 70% аргона и 30% гелия (по объему).

Активные защитные газы защищают зону сварки от азота воздуха, но вместе с тем вступают в химическое взаимодействие с металлом или могут растворяться в нем. Из активных газов для сварки используют в основном углекислый газ. Другие активные газы - кислород, водород, азот - применяют для составления газовой смеси (смесь имеет лучшие технологические свойства, чем отдельные газы).

Вакуум можно рассматривать как защитную среду с ограниченным парциальным давлением О₂ и N₂ и других примесей, при общем пониженном давлении над сварочной ванной. Положительное влияние вакуума на качество сварных соединений выражается в том, что значительно ускоряются и облегчаются процессы выхода газов и диссоциация оксидов не только из поверхностных, но и из внутренних слоев металла. Высокая степень разрежения способствует разрушению поверхностных загрязнений и жидкостных пленок.