Сварное соединение

Зоны сварного соединения при сварке плавлением

Рис. 1. Сварное соединение при сварке плавлением

1 — сварной шов; 2 — зона сплавления (околошовная зона – ОШЗ); 3 — зона термического влияния (ЗТВ); 4 —основной металл; ЛС – линия сплавления (граница сварного шва); Тпл – температура плавления; Ту мах – распределение максимальных температур вдоль оси «У».

Сварной шов - участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла.

Основной металл – металл свариваемых элементов.

Металл шва – сплав, образованный расплавленным основным и наплавленным металлами или только переплавленным основным металлом.

Наплавленный металл - переплавленный присадочный металл, введенный в сварочную ванну или наплавленный на основной металл.

Сварочная ванна - часть металла свариваемого шва, находящаяся при сварке плавлением в жидком состоянии.

Присадочный металл - металл для введения в сварочную ванну в дополнение к расплавленному основному металлу.

Линия сплавления (граница сварного шва) - граница частично оплавленных зерен твердого (основного) металла.

Зона сплавления (околошовная зона – ОШЗ) — участок сварного соединения с частично оплавившимися зернами основного металла, расположенными на границе с металлом шва.

Зона термического влияния при сварке – участок сварного соединения, не подвергшийся расплавлению, структура и свойства которого изменились в результате нагрева при сварке.

Рис. 2. Схема дуговой сварки под флюсом проволочным электродом.

При дуговой сварке под флюсом проволочным электродом источником теплоты является сварочная дуга 1. Для сварки используют непокрытую электродную проволоку и флюс, который защищает дугу, сварочную ванну и сварной шов от влияния атмосферы. Сварочная дуга 1 горит между свариваемыми заготовками 2 (основной металл) и концом электродной проволоки 3 (электродный металл). Сварочный ток к проволоке подводится через скользящий токоподвод 4 по электрической цепи 11 от источника переменного (~) или постоянного (–) тока 13 при замыкании контактора 12.

Зона сварки закрыта высыпающимся из бункера 9 мелкозернистым флюсом 14, образующим на поверхности свариваемого металла слой толщиной 30…80 мм и шириной 40…100 мм. Под влиянием теплоты дуги электродная проволока плавится и по мере расплавления подаётся в зону сварки из кассеты 5 роликами 10 подающего механизма с постоянной скоростью Vпп . Кроме того, дуга расплавляет основной металл и часть флюса, находящегося в зоне дуги. В области горения дуги образуется полость 6, изолированная от окружающей среды. Капли расплавленной электродной проволоки, расплавленный основной металл и расплавленный флюс (жидкий шлак) смешиваются и образуют сварочную ванну 8. Расплавленный флюс 7 вследствие значительно меньшей плотности всплывает на поверхность расплавленного металла и покрывает его плотным слоем.

Электродная проволока вместе с дугой перемещается в направлении сварки (Vсв). Капли плавящейся электродной проволоки и жидкий металл сварочной ванны под силовым воздействием дуги отталкиваются в сторону, противоположную движению дуги. По мере удаления дуги металл сварочной ванны начинает охлаждаться, а затем затвердевает, образуя сварной шов 15. Затвердевший шлак образует на поверхности шва шлаковую корку 16. После прекращения сварки и охлаждения металла шлаковая корка удаляется с поверхности шва.

Нерасплавленный в процессе сварки избыточный флюс убирается и используется в дальнейшем при последующей сварке.

ОСНОВНЫЕ РЕЖИМЫ СВАРКИ

Основными параметрами режима дуговой сварки под флюсом проволочным электродом являются: диаметр электродной (сварочной) проволоки, величина сварочного тока, напряжение на дуге, скорость сварки Vсв, скорость подачи электродной проволоки Vпп. Дополнительными параметрами являются: род и полярность тока (при постоянном токе), толщина слоя флюса.

Сварочные материалы.

Сварочными материалами при дуговой сварке под флюсом проволочными электродами являются электродная проволока и флюс для дуговой сварки.

Электродная проволока - сварочная проволока для использования в качестве плавящегося электрода. Электродная проволока может иметь химический состав близкий к составу свариваемого металла или существенно отличающийся от него за счет дополнительно введенных легирующих элементов, что позволяет легировать этими элементами металл шва. Для сварки применяют специально выплавленную проволоку обозначенную индексом Св. Например, Св-08 означает: сварочная проволока, содержащая 0,08% углерода. Проволоку заправляют в кассеты. Длина заправленного куска может достигать десятков и сотен метров.

Флюс для дуговой сварки - сварочный флюс, защищающий дугу и сварочную ванну от вредного воздействия окружающей среды и осуществляющий металлургическую обработку ванны.

По способу изготовления флюсы разделяют на плавленые и неплавленные. Плавленый флюс – сварочный флюс, полученный сплавлением его составляющих. Сплавленную массу после охлаждения подвергают дроблению на зерна требуемого размера. Неплавленные флюсы – механическая смесь порошкообразных и зернистых материалов. К ним относятся керамические флюсы для дуговой сварки, получаемые перемешиванием порошкообразных материалов со связующим веществом.

Преимуществом плавленых флюсов являются высокие технологические свойства (защита, формирование, отделимость шлаковой корки) и малая стоимость. Преимуществом керамических флюсов является возможность в более широких пределах легировать металл шва через флюс.

По назначению различают флюсы для сварки низкоуглеродистых, легированных, специальных сталей (жаропрочные, жаростойкие, коррозионностойкие), цветных металлов и их сплавов.

Для сварки низкоуглеродистых сталей применяются флюсы, в состав которых входят MnO, SiO₂, CaF₂ (плавиковый шпат).

При сварке легированных сталей используются флюсы, содержащие CaO, MgO, CaF₂.

Высоколегированные стали, содержащие легкоокисляющиеся элементы, такие как хром, молибден, титан, и др., свариваются с использованием бескислородных флюсов, состоящих в основном из CaF₂.

Сочетание электродной проволоки и флюса.

При сварке конкретных марок сталей для получения требуемых механических свойств сварного шва используется определенное сочетание электродной проволоки и флюса. Как правило, сварочная проволока имеет химический состав близкий к химсоставу основного металла.

СВАРОЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФЛЮСОВ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ

1. Повышение устойчивости процесса сварки. Для этого в состав флюса вводятся оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов, которые увеличивают электрическую проводимость и длину дугового промежутка.

2. Защита дуги и сварочной ванны от вредного воздействия окружающей среды. Сварочный флюс содержит компоненты, обеспечивающие образование на поверхности жидкого металла вязкого слоя шлака, который препятствует насыщению расплавленного металла газами, находящимися в атмосфере - кислородом O₂, азотом N₂, водородом H₂.

3. Очищение металла шва от загрязнений. Жидкий шлак, образующийся при плавлении флюса, обладает низкой теплопроводностью, что замедляет процесс охлаждения шва. Малая скорость охлаждения позволяет шлаковым включениям (шлак, присутствующий в сварочной ванне) и растворенным в жидком металле газам подняться на поверхность ванны перед затвердеванием металла. Это способствует очищению металла шва от загрязнений, а также предотвращает образование пор - дефектов сварного шва в виде полостей округлой формы, заполненных газом.

4. Металлургическое воздействие на металл сварочной ванны. Во время сварки происходит взаимодействие между жидким шлаком и металлом. В результате этого взаимодействия происходит раскисление, легирование и рафинирование (снижение содержания в расплавленном металле вредных примесей серы S и фосфора P, способствующих образованию трещин) металла шва.

5. Обеспечение формирования сварного шва. Насыпная масса флюса и размер его зерен позволяют формировать плавные переходы от основного металла к шву, что снижает концентрацию напряжений.

6. Обеспечение самопроизвольного отделения шлаковой корки от шва. Легкая отделимость шлаковой корки – необходимое условие высокой производительности сварочных работ. При плохой отделимости шлаковой корки затрачивается много времени на зачистку поверхности швов. Отделимость шлаковой корки от поверхности шва улучшается при увеличении разности температурного коэффициента линейного расширения шлака и металла шва. Поэтому в состав флюса вводятся элементы, обеспечивающие это условие (CaO, SiO₂, MnO).

7. Почти полное отсутствие потерь на угар и разбрызгивание. Достигается плотной защитой зоны сварки флюсом.