книги из ГПНТБ / Елагин А.В. Электродуговая сварка порошковой проволокой

ных реакций. Коэффициент перехода марганца в шов Лмп в значительной мере зависит от силы сварочного тока, напряжения на дуге и окислительных условий про­ цесса.

При ісилыных окислительных реакциях (содержание СаООз порядка 30—50%') коэффициент перехода мар­ ганца в шов весьма низок. С уменьшением окислитель­ ной способности шихты сердечника коэффициент т]мп воз­

чительно .меньше, чем при сварке электродами. Неоколько иная картина наблюдается при сварке порошковой проволокой в ореде углекислого газа. Увеличение содер­ жания марганца в проволоке ведет к уменьшению выго­ рания кремния, и наоборот. Несмотря на то, что марга­

Mo, Cr, V, Ті, идет более или менее интенсивно. Молиб­ ден практически не выгорает и почти полностью перехо­ дит в шов, выгорание же хрома весьма незначительно. Ванадий выгорает больше чем хром, но меньше, чем кремний. При введении в проволоку титана значительно уменьшается выгорание марганца, кремния, ванадия и меньше—углерода. Выгорание элементов, как и в случае

30

сварки в среде углекислого газа проволокой сплошного сечения, происходит за счет окисляющего действия С 0 2 ) ко­ торый разлагается, под действием высокой температуры на СО и О (СО2 Z СО+'О). При сварке взаимодействие жидкого металла и газа происходит весьма интенсивно, несмотря на кратковременность их контактирования. Вы­ сокие температуры, развивающиеся в зонесварки, и боль­ шие поверхности контакта (капли, расплавленный ме­ талл сварочной ванны) способствуют ускорению реакции окисления. Для компенсации окисляющего действия уг­ лекислого газа в сердечник порошковой проволоки вво­ дят раскиіслмтели. Кроме того, углекислый газ, в зависи­ мости от содержания углерода в основном металле, мо­ жет способствовать или увеличению его, или декарбюризации металла шва-. Боли содержание углерода в ос­ новном металле меньше 0,12 %, то металл шва поглоща­ ет углерод из защитной среды. При содержании углеро­ да, превышающем 0,1.2%', металл шва теряет углерод по реакции

FeO + C^Fe-f-CO.

Окись углерода (СО), образующаяся в результате этой реакции, может привести к пористости. Во избежа­ ние этого уровень содержания раскислителей в шихте порошковой проволоки следует поддерживать' достаточ­ но высоким.

2. Н А Г Р Е В , П Л А В Л Е Н И Е И П Е Р Е Н О С Э Л Е К Т Р О Д Н О Г О

М Е Т А Л Л А

Характер плавления электрода и переноса металла при сварке как еамозащитнымл порошковыми проволо­ ками, так и с дополнительной защитой углекислым га­ зом оказывает влияние на химический состав и механи­ ческие свойства металла шва, его формирование и обра­ зование в нем дефектов. При 'сварке порошковыми про­ волоками расплавление оболочки, назрев компонентов шихты я перенос капель электродного металла через ду­ говой промежуток принципиально отличны от подобных процессов, сопровождающих плавление покрытых элек­ тродов.

Плавление электрода происходит с образованием втулки, которая концентрирует тепловой поток и способ­ ствует его направлению ло оси электрода в сторону сва­ рочной ванны. Перепад температур в этом случае незна-

31

чителен т. е. плавление стержня и покрытие идет почти одновременно. Характер плавления электродов и порош­ ковой проволоки приведен на рис. 11.

Рис. 11. Характер плавления электродов и порошковой про­ волоки

а — электрод; б — порошковая про­

При іоварке порошковой проволокой тепло, выделяе­ мое оболочкой проволоки, расходуется на повышение теплосодержания наполнителя, на теплообмен с окружа­ ющей 'средой и на повышение теплосодержания самой оболочки по всей длине вылета электрода. Чрезвычайно

видной фракции, обволакивают ферросплавы и ухудша­ ют, электро- и теплопроводность шихты сердечника. Естественно, что для получения температур, при которых

температур в этом случае значительно больший, чем при сварке электродами, что приводит к раздельному плав­ лению оболочки и сердечника проволоки. Плавление оболочки опережает плавление шихты, в результате че­ го возможен перенос компонентов шихты через дуговой промежуток без их расплавления, что приведет к недос­ таточной металлургической обработке 'сварочной ванны. С усложнением конструкции проволоки 'скорости плавле­ ния шихты и оболочки выравниваются и вероятность по­ падания стекшихся элементов шихты в сварочную ван­ ну уменьшается.

Расплавленные металл и шихта сердечника перено­ сятся в сварочную ванну с большой скоростью и преиму­ щественно внутри столба дуги. Этот перенос может быть

32

капельным и струйным. Для сварки порошковыми про­ волоками характерен капельный перенос металла. Рас­ плавление электродного металла, образование и перенос •капель, время существования и их размер во многом за­ висят от плотностей токов и типов употребляемых про­ волок. Проволокам рутилового типа свойствен мелкока­ пельный перенос, который приближается к струйному с увеличением плотности тока и повышением окислитель­ ного потенциала сердечника. Проволокам карбонатнофлюаріитавого типа свойствен крупнакаіпелы-іый перенос электродного металла. Как и для проволок рутилового типа повышение плотности тока измельчает размер ка­ пель и увеличивает скорость их переноса. Кроме общеиз­ вестных факторов: плотность тока, напряженность элек­ трического поля дуги, сила тяжести, сила поверхностного натяжения и др. — на перенос металла оказывает влия­ ние и давление газообразных продуктов, образующихся в шихте сердечника проволоки при сварке. За счет сил давлении насколько возрастает скорость капель и часто­ та их отрыва от торца электрода. • В некоторых случаях давление газов вытесняет каплю на боковую поверхность электродной проволоки. Так как сердечник проволоки практически неэлектропроводен, то сварочная дуга горит между каплей и изделием. Температура капель элек­ тродного металла достаточно высока и достигает поряд­ ка 2600—ЙЭОО^С при сварке на постоянном токе обрат­ ной полярности.

Таким образом, на образование капель и их прохож­ дение через дуговой промежуток оказывают влияние плотность тока и давление газов, образующихся в шихте проволоки при сварке. В результате этого выброс метал­ ла в сварочную ванну происходит более интенсивно', уве­ личивается количество образующихся капель, скороегь их прохождения через дуговой промежуток, уменьшает­ ся размер и вес. Вероятность «захвата», каплей азота и кислорода уменьшается, что в свою очередь приводит к снижению содержания этих газов в металле шва.

3. ВЛИЯНИЕ СВАРОЧНЫХ РЕЖИМОВ НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ И КАЧЕСТВО СВАРКИ

На .'производительность процесса сварки порошковы­ ми проволоками (самозащитными и в среде С0 2 ) оказы­ вают влияние: величина сварочного тока, напряжение дуги, расход и состав углекислого газа (сварка в С 0 2 ) ,

пользовании выпрямителей, на работе которых сказыва-

ность процесса оценивается удельной производительно­ стью. Удельная производительность, или коэффициент наплавки ан , определяется количеством наплавленного металла в граммах за единицу времени, током в ІА.

Коэффициент наплавки находится в прямой зависи­ мости от сварочного тока, вылета электрода и диаметра проволоки. С увеличением сварочного тока и вылета электрода величина коэффициента наплавки а и тем боль­ ше, чем больше диаметр применяемой проволоки. Зави­ симость а н от величины вылета электрода при сварке по­ рошковой .проволокой в среде С 0 2 приведена на рис. 12.

Вылет электрода в мм

3 4

Следует отметить, что три малых диаметрах и выле­ тах одно увеличение сварочного тока не дает значитель­

Увеличение напряжения дуги (после определенных значений) приводит не только к снижению к. п- д. на­ грева, но и к ряду других явлений, влияющих на качест­ во сварных швов. Изменение напряжения на дуге ока­ зывает влияние на коэффициенты наплавки и расплав­ ления, на химический состав и механические свойства металла шва. С ростом напряжения на дуге увеличи­ вается содержание азота в металле шва (рис. 13), что приводит к потере пластический свойств наплавленного металла. Изменение величины оварочного тока от мень­ ших значений к большим несколько снижает содержа­ ние N2. Повышение напряжения вызывает изменение и процентного соотношения химического состава металла шва. Рост напряжения приводит к снижению содержа­ ния кремния и марганца в шве.

'Каждая імарка порошковой проволоки обладает так называемым «критическим напряжением», выше кото­ рого в шве появляются поры. «Критическое напряже­ ние» зависит от химического -состава свариваемой стали .и способа защиты зоны дуги. Для большинства самозащит­ ных порошковых проволок критическое напряжение равно 35 В. Использование СО2 в качестве дополнительной за-, щиты поднимает предел напряж'ения до 42 В. Однако процесс сварки .наиболее стабилен, когда напряжение на дуге устанавливается в пределах 22—32 В. Из этой ве­ личины и .следует исходить при подборе сварочных ре­ жимов.

при_ высокой—расплавленный металл делается более вязким и захватывает шлак, в результате чего наблюда­ ется снижение пластических свойств металла шва. Поэ­ тому желательно скорость подачи проволоки и напря­ жение устанавливать в пределах, исключающих получе­ ние сварных швов низкого качества.

Как уже указывалось выше, одним из важных сос­ тавляющих режима сварки является вылет электрода, величина которого играет немаловажную роль при .полу­ чении сварных швов с требуемыми свойствами. Теплофизические превращения, происходящие в процессе сварки в шихте проволоки и ее оболочке, во многом зависят от вылета электрода.

разложения карбонатов. Кроме того, тепло, затрачивае­ мое на подогрев, является полезным и с точки зрения по­ вышения производительности сварки.

36

Немаловажным является и то, что содержание лазов в наплавленном металле находится в прямой зависимос­

содержание водорода, которое изменяется с изменением величины вылета электрода (рис.'14).

Изменяй вылет электрода, можно в определенных пределах регулировать содержание водорода в металле шва и тем самым уменьшить склонность сварных швов к порообразованию.

4. В Л И Я Н И Е К О Н С Т Р У К Ц И И П Р О В О Л О К И Н А О С Н О В Н Ы Е П А Р А М Е Т Р Ы С В А Р К И

Выпускаемые порошковые проволоки имеют самое разнообразное внутреннее строение: трубчатое (ПП-АН1; ПП-АВ6; ПП-АН4); двухслойное (ПП-АНЗ; ПП-АН7), с

проволок связано с улучшением их •сварочно-технологи-

Порошковые проволоки по сложности формы сечения оцениваются коэффициентом конструкции /СК ѵ который представляет собой отношение площадей сечений, при­ ходящихся на внутреннюю и наружную часть оболочки:

реыней доли оболочки благоприятно сказывается на хи­ мическом составе наплавленного металла. В нем умень­

на повышенных режимах с увеличенной плотностью то­ ка. Перенос металла приближается к мелкокапельному.

38

пѳнь легирования достигается уже на стадии капли. Со­ держание газов в наплавленном металле при различных значениях Кк приведено в табл. 9-

При сварке порошковой проволокой трубчатой конст­ рукции газообразные продукты распада с силой давят на каплю электродного металла, заставляя ее смещать­ ся в сторону от оси электрода. Сварка проволокой слож­ ной конструкции (насколько внутренних полостей) ха­ рактеризуется иным распределением сил давления. Об­ разуясь в замкнутых друг от друга полостях, газообраз­

по направлению приложения сил давления, т. е. в сторо­ ну сварочной ванны. Газы, образовавшиеся в замкну­ тых полостях, давят на каплю, способствуя ее отрыву от

их от окружающего воздуха, значительно снижается со­ держание азота и кислорода в наплавленном металле и улучшаются его .механические -свойства. Пластические свойства наплавленного металла возрастают, а проч­ ностные хар-актериетики насколько снижаются. Такой характер изменений объясняется уменьшением содержа­ ния кислорода и азота в металле шва.. Известно, что

.азот повышает твердость и прочность наплавленного ме­

ческие свойства. Повышение пластических свойств мож­ но объяснить и тем, что в связи с избытком марганца и кремния происходит рафинирование металла шва, т. е. снижение содержания в нем серы и частично фосфора. Усложнение конструкции проволоки повышает и .произво­ дительность оварки. Проволоками более сложной конст­ рукции (яри одном и том же диаметре) можно вести сварку на токах большей величины. Коэффициент на­ плавки и производительность сварки при использовании

формирование шва и его технологические свойства. Шов получается ровный с плавным переходом к основному металлу. Проволоками двухслойной конструкции в силу указанных выше обстоятельств возможна сварка на вер­ тикальной плоскости? с получением швов достаточной