книги из ГПНТБ / Котвицкий, А. Д. Сварка в среде защитных газов учебное пособие

вательно, может увеличиться и содержание водорода в жидком металле.

Снижение склонности к горячим трещинам, а также высокая производительность процесса сварки на прямой полярности позволяют рекомендовать ее главным обра­ зом для исправления дефектов в стальном литье и напла­ вочных работах. Как правило, сварку в среде углекислого газа ведут на постоянном токе обратной полярности бла­ годаря большей устойчивости процесса и повышению ка­ чества наплавленного металла.

На рис. 40, а, б показаны формы швов и направление кристаллизации металла шва.

Поверхность металла

Рис. 40. Форма шва и направление кристаллизации металла:

а — прн крупнокапсльном переносе, 6 — при мелкокапельном

Если в шве основной металл и присадочный (или эле­ ктродный) будут различны, то их соотношение даст хи­ мический состав шва, пропорциональный влиянию рас­ плавленного основного или присадочного металла. Эту за­ кономерность используют на практике. Например, чтобы предотвратить образование закалочных трещин, сварку металла с большим содержанием углерода ведут низко­ углеродистой проволокой с разделкой кромок.

Травлением макрошлифа выявляют зону переплавлен­ ного металла. Приближенно представляют, что на всей длине шва сохраняются эти соотношения площадей. Та­ ким образом, с небольшими погрешностями подсчитыва­ ют количество наплавленного, расплавленного или про­ плавленного металла в единицу времни. Зная площадь наплавки и диаметр электродной или присадочной про­ волоки, рассчитывают потребность проволоки (массу) в единицу времени или на 1 м шва по формуле

я <&■

+

4

141

где Fн— площадь поперечного сечения наплавленного металла, мм2;

I — длина шва, м;

у — плотность металла, г/см3; d — диаметр проволоки , мм; 1а— длина проволоки, м;

А — потери на угар и разбрызгивание, %• Металл, заполнивший шов до границ разделки, —это

н а п л а в л е н н ы й ме т а л л , его поперечное сечение со­

п р о п л а в л е н и я . Площадь ‘всего расплавленного метал­ ла в шве является площадью расплавления или суммой площадей проплавления и наплавки.

Для определения площади шва производят травление макрошлифа, а затем переносят его контуры на кальку и миллиметровку, подсчитывая сколько квадратных мил­ лиметров составляет площадь, ограниченная этим конту­ ром.

При различных способах сварки должно выдерживать­ ся определенное соотношение ширины шва к толщине ме­ талла или иначе коэффициент формы шва:

где ф — коэффициент формы шва; b — ширина шва (рис. 41);

h — толщина металла или глубина проплавления.

площадь на-

\$Р.м~площадь паспладленного металла

Рис. 41. Схема определения площади на­ плавленного -и расплавленного металла и коэффициента формы шва

142

элементов, и среднелегированные, содержащие от 3 до 8% легирующих элементов.

Низколегированные стали менее чувствительны к низ­ ким температурам в условиях эксплуатации. Хрупкость их проявляется при температурах ниже —40°. Широко применяются стали 10ХНД (СХЛ-4), 15СХНД (СХЛ-1, НЛ-2), 14ХГС, 09Г2. Применение низколегированных сталей позволяет экономить металл, повышает прочность и грузоподъемность конструкций, уменьшает их массу.

Рис. 42. Диаграмма для выбора рацмональных режимов при сварке в среде углекис­ лого газа

К среднелегированным сталям относятся стали 20ХГС, 25ХГС, ЗОХГС, ЗОХГСН. Эти стали после термообработки имеют высокую прочность и хорошо работают при зна­ копеременных нагрузках. Стали 20ХГС и 25ХГС свари­ ваются вполне удовлетворительно, для стали ЗОХГС необходим предварительный подогрев и упрочняющая термическая обработка (закалка и отпуск).

Качество сварного соединения и металла шва во мно­ гом зависит от способа и приемов сварки (изменение рас­ стояния, угла наклона и характера движения горелкой влияет на надежность защиты, скорость охлаждения ме­ талла и форму шва).

Перед началом сварки включают подачу защитного газа, регулируют его расход и в течение 20—30 с проду­ вают шланги.

Перед зажиганием дуги устанавливают рекомендуе­ мый вылет электрода. Зажиганце дуги при большом вы­

144

лете электрода может привести к плохому формированию начала шва и появлению пор. При токах 200—500 А длина дуги должна составлять 1,5—4,0 мм. При увеличении длины дуги ее горение становится неспокойным, увеличи­ вается разбрызгивание и угар легирующих элементов.

Длина дуги оценивается по ее напряжению, величина которого выбирается в зависимости от сварочного тока.

нии нарушается надежность защиты. При сварке в мес­ тах с трудным подходом делают токоподвод, выступаю­ щий из сопла, а сопло держат на высоте 20—30 мм.

Сварку в среде углекислого газа, как и газовую свар­ ку, выполняют двумя способами (ведения горелки вдоль стыка) — правым и левым. Кроме того, в зависимости от вида выполняемой работы, производят и колебательные движения поперек стыка.

Сварка в углекислом газе отличается от сварки в сре­ де аргона с добавками 3—5% кислорода применением более короткой дуги, большим разбрызгиванием жидко­ го металла, более глубоким кратером, повышенным выгоранием легирующих элементов-, наличием в ванне газовых пузырей и др.

Обычно при сварке в углекислом газе горелку накло­ няют под углом 15—30° к оси шва и процесс ведут «уг­ лом вперед» (рис. 43, а), в некоторых случаях горелку наклоняют в противоположную сторону — «углом назад»

(рис. 43, б).

145

В зависимости от величины накладываемого шва вы­ полняются различные движения горелкой: первые швы ложатся в разделку или без поперечных перемещений или с небольшими поперечными перемещениями по зигзагу, петлей (захлесточное движение) или «пятачками» (рис. 44, а, б, в), последующие швы выполняют с'ббльши-

D O O O D

а — зигзагообразное, б — «пятачком», в — петлеобразное

ми колебаниями поперек шва. Однако слишком широкие колебания дуги не следует делать, так как металл ванны длительное время находится в расплавленном состоянии, что увеличивает выгорание легирующих элементов. Анало­ гичная техника выполнения и угловых швов. Первые швы укладываются петлеобразными движениями, последую­ щие — зигзагами.

При сварке угловых швов ведут процесс так, чтобы электрод упирался в горизонтальную полку (рис. 45), а наклон горелки по ходу движения не превышал 15°.

Кратер шва заполняется металлом при более дли­ тельной задержке горелки. Начало и конец шва жела­ тельно выводить на приставные технологические планки.

В низкоуглероднстых сталях содержится марганца 0,9%, кремния 0,4%. К этой группе относятся мартенов­

146

ские и бессмеровские стали обычного качества, часть уг­ леродистых и некоторые марки специальных сталей. Ос­ новным представителем таких сталей является МСтЗ. При сварке этих сталей наибольшее разбрызгивание отмеча­ ется при увеличении содержания в стали углерода, умень­ шении элементов-раскислителей и наличии влаги.

На поверхности сварочной ванны образуется шлак, состоящий из FeO-—МпО—БЮг (FeO—12—13%, МпО— 35_ 38%, SiOa—47—49%), с температурой плавления га 1700° С. В значительной степени на количество газов и шлаков в расплавленной ванне влияет степень чистоты проволоки. Проволоку очищают пескоструйной обработ­ кой, травлением или механической зачисткой щетками. В

сварке применяют проволоку Св08ГС или Св12ГС. Меха­ нические свойства металла шва, выполненного этими про­ волоками на изделии из стали МСтЗ, составляют: предел прочности 51—53 кГ/мм2, предел текучести 34—39 кГ/мм2, относительное удлинение 21—30%, ударная вязкость

10,5—11,0 кГ • м/мм2.

Основными правилами сварки углеродистых и легиро­ ванных конструкционных сталей в углекислом газе явля­ ются:

обязательное применение низкоуглеродистой электрод­ ной проволоки с повышенным содержанием кремния и марганца, предотвращающих образование пор и горячих трещин в металле шва;

ограничение глубины проплавления основного метал­ ла, содержащего повышенное количество углерода;

дополнительное легирование металла шва через при­ садочную проволоку элементами, сообщающими шву тре­ буемые свойства, без снижения стойкости против образо­ вания горячих трещин;

после сварки соединение подвергнуть термообработке, так как легированные стали, обладая повышенным коэф­ фициентом линейного расширения и . пониженной тепло­ проводностью, склонны к трещинообразованию;

147

с целью уменьшения содержания водорода проволоку травят в 20%-ной серной кислоте, а затем прокаливают в течение 2—3 ч при 250—280° С.

Выполнение этих правил позволяет получать швы с высокими механическими характеристиками: относитель­ ным удлинением не менее 18%, ударной вязкостью не менее 8 кГм/см2, углом загиба не менее 120°, которые равны свойствам основного металла.

Режимы сварки в среде углекислого газа стыковых соединений из углеродистой и низколегированной сталей приведены в табл. 47.

§ 21. СВАРКА НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

При сварке низколегированных сталей к швам предъявляются следующие требования: предел прочности и предел текучести металла шва должны быть не ниже тех же пределов основного металла, относительное удли­ нение— не ниже 18%, ударная вязкость при комнатной

температуре не ниже 8 кГм/см2, а угол загиба не ме­ нее 120°.

Легированные стали отличаются от инзкоуглеродистых пониженной теплопроводностью и более высоким ко­ эффициентом объемного расширения. При сварке деталей из легированных сталей возможно сильное коробление, а в случаях жестких соединений — швы склонны к образо­ ванию горячих и холодных трещин.

При содержании углерода в наплавленном металле более 0,15% стойкость швов против образования горячих трещин резко снижается, поэтому применяют проволоку с малым содержанием углерода и большим содержанием элементов-упрочнителей. Уменьшением глубины проплав­ ления снижают переход углерода из основного металла в шов.

Во многом прочность сварного соединения зависит от зоны термического влияния, особенно того ее участка, который нагревается от 1400—1100° С с образованием зо­ ны перегрева и резким увеличением размера зерна.

Быстрый отвод тепла может вызвать закалку участ­ ков околошовной зоны. Это явление опасно при сварке деталей больших толщин дугой малой тепловой мощнос­ ти. Ухудшение'свойств сварных соединений наблюдается при выполнении однослойных швов на деталях толщиной

148

П р о д о л о к е н и е т абл. 4 7

60-70°