книги из ГПНТБ / Безбах, Д. К. Сварка на открытых площадках в судостроении и судоремонте

t. e. парциальное давление кисЛорода в газовой фазе возрастает. Выгорание углерода, серы и фосфора проследить не удалось, так как имели место колебания в количестве этих элементов без какой-­ либо системы. Сравнение зависимости коэффициентов выгорания элементов г] от скорости ветра с зависимостью, описываемой урав­

Для сварки на открытых площадках предпочтительны те свароч­ ные материалы и способы сварки, которые обеспечивают минималь­ ное содержание азота в металле шва в нормальных условиях. Для сравнительной оценки в табл. 12 приведено содержание азота в ме­ талле шва при сварке некоторыми электродными материалами, по­ лучившими распространение в судостроении и в судоремонте. Дан­ ные относятся к сварке в спокойном воздухе при нормальной отно-

40

сительпой влажности (60%) и при температуре +20° С вертикальных швов, когда вероятность поглощения азота больше, вследствие бы­ строго перемещения дуги по поверхности сварочной ванны, применя­

электродные материалы, которые позволяют вводить в их состав значительное количество газообразующих компонентов, являются предпочтительными для открытых площадок, так как это позво­ ляет снизить парциальное давление азота в газовой фазе путем ее разбавления. Следует также уменьшать поверхность расплав­ ленного металла (укрупнять капли, сужать ванночку) и пред­ отвращать образование окиси азота N 0 снижением парциального давления кислорода. Другим важным путем является нейтрализа­ ция вредного влияния азота введением в проволоку нитридооб-

<\

разующих элементов, например титана 150]. С этой точки зрения по­ рошковые проволоки обладают определенными преимуществами по сравнению с проволоками однородного сечения.

Влияние водорода. Источником водорода в металле шва служит

пию расплавленного металла, за исключением случаев сварки элект­ родами руднокпслого и рутилового типов, когда газовая фаза содер­ жит водорода больше, чем его имеется в атмосфере, окружающей сварочную дугу.

В отличие от кислорода и азота, водород при сварке на открытых площадках попадает в сварочную ванну не только в случае откры­ той дуги, но и при электродуговой сварке под флюсом и при электрошлаковой сварке. Выделяющийся в результате реакций (20)— (22) молекулярный водород при высокой температуре распадается

Ватомарном состояииии водород растворяется в жидкой стали.

Вотличие от других газов, значительная часть водорода улетучи­ вается из сварного соединения.

Существен!- ым источником наводораживания швов на открытых площадках практически при всех способах сварки является ржав­ чина на поверхностях свариваемых кромок [упрощенная формула Fe (ОН)3]. Ржавчина содержит кристаллизационную и гигроскопи­ ческую влагу, количество которой может изменяться в широких пределах. При сварке под флюсом наличие 5— 6 г ржавчины на 1 м шва приводит к возрастанию содержания водорода до 9— 10 см3/ 100 г металла шва, при сварке чистого металла водорода приходится примерно 6 см3/100 г металла шва [16].

По данным Б. А. Гололобова [16], при автоматической сварке на переменном токе проволокой марки Св-08А под флюсом марки ОСЦ-45 и при наличии на свариваемых кромках инея (незначительного количества, оставшегося после очистки ветошью) содержание водо­ рода в шве возросло от 3,4 до 4,5 см3/ 100 г металла шва. При ручной сварке покрытыми электродами и при механизированной сварке в защитных газах и без дополнительной защиты наличие на свари­ ваемых кромках небольшого количества инея не изменяет содержа­ ние водорода в металле шва. От тепла сварочной дуги иней испа­ ряется на определенном расстоянии от сварочной ванны, и водяные пары не попадают в газовую фазу.

Растворение водорода при сварке начинается уже на стадии возникновения капли на торце электрода, продолжается при пере­ носе капли через дуговое пространство и завершается в ванне жидкого металла. Об этом свидетельствуют данные, полученные при обдува­ нии дуги из коаксиалы-ю расположенного сопла сухим воздухом, воздухом нормальной влажности (5 г воды на 1 м3 воздуха) и водя­ ным паром (табл. 13). Данные свидетельствуют также о том, что окружающая дуговое пространство атмосфера проникает в него

42

даже в случае применения электродных материалов, имеющих защиту в виде покрытия или порошкового сердечника. Так как количество водяного пара в 1 м3 атмосферного воздуха может пре­ вышать в 100 раз его предельную норму, допустимую при сварке в среде защитных газов, то уже несколько процентов воздуха, по­ павших в газовую фазу, заметно повлияют на содержание в ней водорода. При сварке низководородистыми (фтористокальциевыми) электродами содержние водорода в металле шва зависит от абсо­

пара в атмосфере от 3—5 до 25—30 г/м3 приводит к увеличению количества водорода в металле шва на 1— 1,5 см3/100 г металла шва. Результаты обработки автором его экспериментальных данных представлены на рис. 23. Зависимость содержания водорода в ме­ талле шва от абсолютной влажности воздуха близка к линейной.

Водяной пар воздуха принимает заметное участие в металлурги­ ческих процессах, протекающих в сварочной ванне при сварке порошковой и легированной проволоками без дополнительной за­ щиты, когда в зону дуги вовлекается в десятки раз больше воздуха (судя по содержанию азота), чем при сварке покрытыми электродами.

Аналогично годовому ходу влажности атмосферы существует годовой ход количества водорода в металле шва при сварке откры­ той дугой низководородистыми сварочными материалами, который

43

заключается в увеличении содержания водорода в безморозный период и в уменьшении — в зимний период [25, 37].

Годовой ход содержания водорода в наплавленном металле показан на рис. 24.

Рис. 23. Влияние абсолютной влажности воздуха на содержание водорода в металле шва (по методу карандашных проб).

Обычно о качестве защиты сварочной ванны судят по количеству азота в наплавленном металле. Однако, вследствие различной под­ вижности атомов азота и водорода и сравнительно низкой темпе­ ратуры начала диссоциации последнего, защитные свойства дуги по отношению к этим газам различны. Поэтому между количеством

44

время как содержание азота (сМ. рис. 22) неизменно увеличивается во всех случаях. Этот факт можно объяснить изменением парциаль­ ного давления водорода непосредственно над расплавленным метал­ лом вследствие разбавления газовой фазы воздухом, содержащим водяного пара в пересчете на водород меньше или больше, чем газо­ вая фаза в нормальном состоянии.

В твердом железе водород находится во внутрикристаллитных полостях, по границам зерен и как внедрения в кристаллы. Водород влияет на возникновение пор и трещин — наиболее распространен­ ных дефектов при сварке на открытых площадках.

Неблагоприятные факторы погоды значительно меньше влияют па содержание водорода в металле, наплавленном электродными материалами, газовая фаза которых содержит значительное коли­ чество этого элемента. Поэтому электроды руднокислого и рутило­ вого типов (высоководородистые) в этом отношении более приемлемы для открытых площадок, чем низководородистые. Однако при сварке в условиях низких температур повышенное содержание водорода в электродных материалах увеличивает его количество в металле шва, что нередко является причиной образования трещин и других дефектов. Поэтому при выборе сварочных материалов следует учи­ тывать также время года.

Влияние пониженной температуры. В швах, заваренных при от­ рицательной температуре, процент дефектов: пор, шлаковых вклю­ чений и трещин — всегда выше [2, 16, 62]. Причиной этого могут быть следующие качественные изменения:

а) повышение скорости охлаждения металла;

и т. д.; д) физические затруднения ведения процесса сварки.

А. С. Фалькевич [55] указывает, что при низких температурах повышается хрупкость и ухудшается свариваемость металла, воз­ никают трещины и поры. Начиная с — 20° С наблюдается активное насыщение металла газами (кислородом и водородом) при сварке под флюсом. При сварке на переменном токе, газов в металле всегда больше, чем на постоянном токе (табл. 14). Швы, сваренные при низких температурах, имеют повышенные напряжения первого рода [2], однако это повышение незначительно и может быть предотвращено

рости охлаждения металла шва при сварке прямо пропорционально снижению температуры свариваемых металлоконструкций и соста­ вляет 0,5% на 1°. При понижении температуры от + 14 до —35° С напряжения второго рода возрастают на 20%. Основной причиной увеличения напряжений второго рода является рост содержания газов в металле шва [2]. В конечном счете понижение температуры сварки приводит к появлению в швах дефектов: пор, неметалли­ ческих включений и трещин.

45

Таблица 14

Содержание газов в металле шва при сварке под флюсом (проволока марки Св-08А) [2]

* В скобках — сварка на переменном токе.

§ 5. Взаимодействие ветра со струями газов и паров в области сварочной дуги

Общая схема газовых потоков. При сварке металлическими элек­ тродами в области дуги образуются газовые (анодные и катодные)

называют дуговыми струями. Дуговые струи хорошо изучены при сварке неплавящимися электродами. При плавящихся электродах из области дуги вылетает множество раскаленных твердых частиц и брызг, которые затрудняют экспериментальные исследования. Общая картина придугового пространства при сварке порошковой проволокой показана на рис. 27. Полагают, что при сварке плавя­ щимся электродом общая схема газовых потоков в области дуги

46