Вопросы для самоконтроля:

1. Что называется электрической дугой?

2. Назовите условия возникновения дугового разряда.

3. Что называется термоэлектронной эмиссией?

4. Охарактеризуйте режим дуги переменного тока.

5. Назовите температуру катодной области, анодной области и температуру столба дуги.

6. Назовите и охарактеризуйте основные тепловые характеристики сварочной дуги.

7. Охарактеризуйте процессы плавления и переноса металла при дуговой сварке.

8. Какое явление называется магнитным дутьем? Чем достигается уменьшение магнитного дутья?

Литература:

Л1 стр. 12 – 24 (§4 – §7)

Д/з Особенности сжатой дуги.

Распространение тепла при дуговой сварке Л1 §5.

Тема 3. Металлургические процессы при сваривании дугой.

Вопросы темы:

Термический цикл.

Металлургические процессы сваривания электродами с различными видами покрытия. Особенности кристаллизации металла шва в сварочной ванне. Микроструктура шва и зоны термического влияния. Горячие и холодные трещины.

Термический цикл

При дуговой сварке источник тепла – электрическая дуга – перемещается вдоль свариваемых кромок, нагревая и расплавляя металл. Основной и электродный металлы, перемешиваясь в подвижной сварочной ванне и застывая, образуют сварной шов.

Температура жидкого металла в сварочной ванне не везде одинакова: на периферийных участках она близка к температуре плавления металла, а на участках, находящихся под воздействием электрической дуги, выше (Т = 1530 – 2300⁰).

Изменение температуры во время сварки в данной точке сварного шва или околошовной зоны называется термическим циклом (нагрев, плавление, затвердевание и остывание). Регулируя время нагрева и остывания путем правильного выбора режима сварки, можно повлиять на формирование структуры шва или околошовной зоны и получить шов требуемого качества.

Основными параметрами режима регулирующими термический цикл сварки, являются величина погонной энергии дуги (q/v) и начальная температура металла Т₀ (перед сваркой). С увеличением погонной энергии или начальной температуры металла (в случае предварительного подогрева) скорость охлаждения уменьшается, что благоприятно влияет на структуру шва.

Особенности металлургических процессов

Сварной шов образуется в результате сложного металлургического процесса, протекающего в следующих характерных условиях:

1. при высокой температуре;

2. в небольшом объеме расплавленного металла;

3. в течение короткого времени;

4. при быстром отводе тепла в прилегающий твердый металл;

5. при участии двух разных металлов;

6. при интенсивном воздействии окружающих газов и шлака.

Благодаря высокой температуре в дуге происходят химические реакции диссоциации некоторой части молекулярного кислорода и водорода на атомарный:

Q ₂ 2O – Q₁

N ₂ 2N – Q₂

H ₂ 2H – Q₃

где Q₁,Q₂,Q₃ – количество теплоты, поглощаемой реакцией

Физико-химические процессы

Взаимодействие жидкого металла сварной ванны с кислородом, водородом и другими газами.

Кислород поступает в ванну из воздуха или из электродного покрытия и интенсивно окисляет расплавленный металл, соединяясь c железом и другими элементами:

Fe + O = FeO + Q₄

Кислород, находясь в стали в виде окиси железа FeO является вредной примесью, т.к. резко снижает механические свойства стали.

Водород попадает в сварочную ванну из влаги, находящейся в воздухе, электродном покрытии, ржавчины на кромках свариваемых деталей.

Часть молекулярного водорода остается в шве в виде газовых включений и является вредной примесью, т.к. приводит к образованию рядов дефектов сварки – пористости и трещин в шве и околошовной зоне.

Азот поступает в сварочную ванну из окружающего воздуха. Взаимодействуя с металлом он образует нитриды железа Fe₄N, Fe₂N. Металл шва насыщается нитридами, выделившимися из твердого раствора в α-железе в виде тонких включений (нитридных игл). Азот ухудшает механические свойства стали.

Окись углерода СО₂ образующаяся при сварке стали за счет окисления углерода, содержащегося в основном и электродном металлах, обычно успевает выделиться из жидкого металла до его застывания. Однако при повышенном содержании углерода в свариваемой стали, проволоке или в электродах окись углерода остается в шве в виде пор.

Металл шва, выполненный незащищенной дугой, обладает низкими механическими свойствами.

Поэтому для получения высококачественного металла шва и сварного соединения применяют защиту расплавляемого при сварке металла.

В качестве защитного газа используют углекислый газ, аргон, гелий и др. Защитный газ из баллонов подают по шлангам в зону дуги.

Наиболее распространенной является газошлаковая защита, которая образуется при расплавлении специального покрытия, нанесенного на электрод, специального порошка – флюса, насыпанного слоем определенной толщины на место сварки или запрессованного внутрь трубчатой порошковой проволоки. В процессе сварки покрытие или флюс плавятся, образуя газ, окружающий зону сварки и шлак, обволакивающий капли расплавленного металла и сварочную ванну, что преграждает доступ к ним кислорода и азота воздуха.