Техпроцессы в машиностроении_лек

свариваемость. Молибден измельчает зерно, способствует образованию тре-

щин в зоне термического влияния. Ванадий способствует появлению зака-

лочных структур, чем затрудняет сварку. Вольфрам способствует появлению закалочных структур и активно окисляется, чем препятствует сварке. Титан и ниобий способствуют образованию горячих трещин. Углерод при содержа-

нии в стали до 0,25% не ухудшает свариваемости. При более высоком содер-

жании свариваемость резко ухудшается (в з.т.в. образуются закалочные структуры, приводящие к трещинам). Применение средне- и высокоуглеро-

дистых присадочных материалов приводит к пористости шва. Марганец при содержании в стали от 1,8 до 2,5% способствует появлению закалочных структур. При содержании в стали от 11 до 16%, марганец интенсивно выго-

рает. Кремний при содержании в стали от 0,02 до 0,3% не вызывает ухудше-

ния свариваемости. При содержании и в стали кремния от 0,8 до 1.5% усло-

вия сварки ухудшаются из-за высокой жидкотекучести кремнистой стали и образования тугоплавких окислов кремния.

6.2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ СВАРКИ

Электрические способы включают в себя следующие виды сварки: ду-

говую сварку (ручную, под флюсом, в защитных газах, подводную); плаз-

менную; высокочастотную; диффузионную и электрошлаковую.

Дуговая сварка

Дуговая сварка – сварка плавлением, при которой нагрев осуществля-

ется электрической дугой. Сварочная дуга – одна из форм электрического разряда в ионизированной смеси газов, паров метала, компонентов электрод-

ных покрытий, флюсов.

В обычных условиях газы нейтральны. Ионизация газов происходит под влиянием внешнего воздействия: сильного нагрева, высокочастотного электромагнитного излучения, при бомбардировке атомов (молекул) быст-

рыми электронами. Для ионизации атома (молекулы) необходимо совершить работу ионизации, превышающую работу взаимодействия электрона с ос-

474

трического поля по длине дуги неравномерна. Напряжение дуги складывается из трех составляющих: Uд = Uк+Uа)+Uс = (Uк+Uа)+EсLд = α+βLд, где: Uк, Uа, Uс – падения напряжения соответственно в катодной, анодной области и в столбе дуги; Eс – напряженность электрического поля в столбе дуги; Lд –

длина столба дуги.

Электрические свойства дуги описываются внутренней вольт - ампер-

ной характеристикой (рис. 6.4), показывающей зону устойчивого горения ду-

ги.

Характеристика состоит из трех участков: 1 – участок крупнокапельно-

го течения металла (для сварки не применяется); 2 – участок мелкокапельно-

го течения металла (применяется для всех видов сварки); 3 – струйное тече-

ние металла (применяется для глубокой проплавки или наплавки металла сварочными автоматами). Для участка 2 суммарное анодное и катодное паде-

ние напряжения являются постоянными. Площадь поперечного сечения столба дуги увеличивается пропорционально току, а электропроводность из-

меняется мало. Поэтому сопротивление столба дуги, обратно пропорцио-

нально току, а напряженность электрического поля и падение напряжения в столбе дуги от тока не зависят.

Рис. 6.4. Внутренняя вольт - амперная харак-

теристика дуги:

U – напряжение; I – ток;

Lд1 – длина дуги 1; Lд2 –

длина дуги 2; Uд1 – напряжение дуги 1; Uд2 – напряжение дуги 2; 1 – зона крупнокапельного переноса металла; 2 – зона мелкокапельного переноса ме-

талла; 3 – зона струйного переноса металла.

476

хода должен характеризоваться повышенным напряжением (в 2…3 раза вы-

ше напряжения дуги).

Рис. 6.5. Внешние вольт – амперные характеристики источника тока (ИТ):

1, 2 – внутренние вольт – амперные характеристики дуги 1(длина дуги L1) и

дуги 2 (длина дуги L1); 3 –

жесткая характеристика ИТ; 4 - полого падающая характеристика ИТ; 5 –

идеальная характеристика ИТ; 6 – круто падающая характеристика ИТ; 7 – возрастающая характеристи-

ка ИТ; U – напряжение; I – ток; Uхх – напряжение холостого хода; A, B1, B2, C1, C2 – точки зажигания дуги 1 или 2; D1, D2, C1, C2 – точки начала устойчи-

вого горения дуги 1 или 2; Uзд4, Uзд6, Uзд8 – напряжение зажигания дуги для характеристик 4, 6, 8, соответственно; Uд1, Uд2- напряжение дуги 1 и 2; Iсв4,

Iсв6 – сварочный ток для характеристик 4 и 6 соответственно; Iк – ток корот-

кого замыкания.

Одновременно, это напряжение должно быть безопасным для сварщика

(не более 80 в для источников переменного тока и не боле 90 в – для посто-

янного). Источник сварочного тока должен иметь характеристику, ограничи-

вающую ток короткого замыкания (Iкз), чтобы не допускать перегрева токо-

проводящих проводов. Отношение тока короткого зажигания к сварочному току должно находиться в интервале 1,1…1,5. Напряжение зажигания дуги

(Uзд) должно быть как можно меньше, что обеспечит безопасное и быстрое зажигание. Наилучшим образом этому условию отвечает источник тока с идеальной характеристикой 5 (рис. 6.5).

478

металла 10. Температура катода (электрода) и анода составляет соответст-

венно 2 400оС и 2 600оС.

Вместе со стержнем плавится и покрытие 7 электрода, образуя, защит-

ную газовую атмосферу 4 вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну 3 на по-

верхности жидкого металла 11. Шлаковая ванна и ванна жидкого металла об-

разуют сварочную ванну. По мере продвижения дуги, сварочная ванна за-

твердевает, образуя, сварной шов 1 и твердую шлаковую корку 2.

Для сварки сталей применяют холоднотянутую, гладкую стальную проволоку диаметром 1,6…6,0 мм с уменьшенным содержанием серы и фос-

фора. В обозначении марки стали добавляют «Св» - сварочная (содержание серы или фосфора не более 0,04%). Буквы А и АА в конце маркировки пока-

зывает о пониженном содержании серы и фосфора. Для защиты от окисления

(при использовании непокрытых электродов) проволоку покрывают слоем меди (в маркировке присутствует буква О). В конце маркировки могут стоять буквы: Э – проволока служит для изготовления электродов; Ш, ВД и ВИ – сталь для изготовления проволоки изготовлена соответственно электрошла-

ковым, вакуумно-дуговым переплавом и в вакуумно-индукционных печах.

Например, Св-08Х14ГНТ – сварочная проволока, 0,08% углерода, 14% хро-

ма, до 1% никеля и титана.

Электродное покрытие включает в себя ряд компонентов и обеспечива-

ет:

Стабильное горение дуги за счет присутствия соединений щелочных и щелочноземельных металлов с низким потенциалом ионизации (калий, на-

трий, кальций). Электроды для сварки постоянным током этого компонента не имеют, поэтому они не применимы для сварки переменным током.

Защиту металла сварочной ванны от взаимодействия с кислородом и азотом за счет создания газовой атмосферы, оттесняющей воздух. К газооб-

разующим веществам относятся органические вещества (крахмал, целлюло-

за…). Под действием тепла дуги газообразующие вещества сгорают, создавая собственную газовую атмосферу.

481

Образование шлака на поверхностях сварочной ванны и на поверхно-

стях капель металла. Шлакообразующие компоненты расплавляются под действием тепла дуги, обволакивают капли расплавленного электродного ме-

талла и вместе с ней попадают в сварочную ванну. Имея удельный вес мень-

ший, чем у расплавленного металла, шлак всплывает на поверхность распла-

ва, обеспечивая защиту сварочной ванны от кислорода воздуха и, одновре-

менно, замедляют охлаждение сварочной ванны. Это способствует удалению газов из расплава, уменьшает образование закалочных структур в сварном шве и в околошовной зоне.

Раскисление металла сварочной ванны путем введения химических элементов более активных к кислороду, чем основной металл заготовок. Для сварки сталей, в качестве раскислителей используют ферромарганец, ферро-

силиций, алюминий. Раскисление идет по следующим реакциям: 2FeO+ Si =

SiO2+2Fe; FeO+Mn = MnO+Fe. Образующиеся при этом нерастворимые в же-

лезе окислы (SiO2, MnO) всплывают на поверхность шлаковой ванны и ухо-

дят в шлак.

Легирование металла шва за счет введения в покрытия легирующих компонентов – ферросплавов или чистых металлов, который при сварке пе-

реходят в металл шва.

Связывание компонентов обмазки между собой и с электродной прово-

локой (связующие вещества).

Режимы сварки подбираются в зависимости от: материала и толщины свариваемых заготовок; пространственного положения сварного шва; требо-

ваний к сварному шву. Основным параметром режима РДС является свароч-

ный ток (Iсв). Величина тока подбирается по эмпирическим формулам: для электродов диаметром до трех мм: Iсв= kdэ; для электродов диаметром 3…6

мм: Iсв=(20+6dэ) dэ, где: k – эмпирический коэффициент, в А/мм (для сварки низкоуглеродистых сталей k = 35…60); dэ – диаметр электрода в мм. Диаметр электрода выбирается в зависимости от толщины свариваемых заготовок.

Напряжение дуги изменяется в пределах 16…30 В.

482