4. Влияние сварочных процессов на свариваемый металл.

1. Сварочные материалы

1. Электроды для ручной дуговой сварки. Металлические электроды для сварки представляют собой пруток из специальной проволоки, называемый стержнем электрода ( в подавляющем большинстве случаев из низкоуглеродистой стали), на который нанесен слой покрытия (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Метталический толстопокрытый электрод: 1–стержень, 2–покрытие

Электроды диаметром 4, 5 и 6 мм имеют стандартную длину 450 мм.

Электродное покрытие служит: а - для защиты металла сварочной ванны от воздуха; б - для раскисления и легирования наплавленного металла; в - для стабилизации горения дуги.

В соответствии с этим в состав любого электродного покрытия входят материалы, выполняющие соответствующие функции:

шлакообразующие (например марганцевая руда, гематит, гранит, мрамор, рутил и др.); флюсующие, т. е. придающие шлаку жидкотекучесть (плавиковый шпат); газообразующие (мрамор, магнезит, органические вещества); раскисляющие (ферросплавы элементов, обладающих большим сродством к кислороду); легирующие (ферросплавы различных элементов); стабилизирующие (материалы, содержащие элементы, обладающие низким потенциалом ионизации, например, мрамор, поташ, углекислый барий и др.). Некоторые материалы одновременно выполняют, несколько функций.

У

Например, мрамор является шлакообразующим, газообразующим и стабилизирующим материалом; ферромарганец и ферросилиций в ряде случаев служат раскислителями и легирующими.

В зависимости от материалов, определяющих шлаковую основу или газовую защиту расплавленного м еталла от контакта с воздухом, используются электроды с покрытиями различных видов: кислые (А), основные (Б), рутиловые (P) и целлюлозные (Ц).

В качестве примера электродов с кислым покрытием могут быть приведены электроды марки ЦМ-7: гематит 33 %; гранит 32 %, ферромарганец 30 %, крахмал 5 %.

Наиболее широко применяемые электроды основного типа (Б) марки УО НИ-13/45 имеют покрытие следующего состава, %: мрамор 53, кремнезем 9, плавиковый шпат 18, ферромарганец 2, ферросилиций 3, ферротитан 15.

При сварке электродами с рутиловыми покрытиями (Р), примером которого может быть покрытие AHO-3 состава, %: рутил 43, мусковит 7, магнезит 15, ферромарганец 13,5, гематит 4, целлюлоза 2, железный порошок 15,5

Для сварки швов, расположенных на вертикальной плоскости или выполняемых в потолочном положении, наиболее удобны электроды, которые в основном используют газовую защиту сварочной ванны от контакта с воздухом (при небольшом количестве шлака), например с целлюлозными покрытиями (Ц). Примером таких электродов могут служить электроды марки ЦЦ-1; покрытие которых имеет следующий состав, %: целлюлоза 45, рутил 25, тальк 10, ферромарганец 20.

В зависимости от степени легирования наплавленного металла можно получить различную механическую прочность его.

2. Флюсы для автоматической и полуавтоматической сварки должны обеспечивать защиту сварочной ванны от контакта с воздухом, раскисление и легирование металла сварочной ванны, необходимое формирование швов и стабилизацию горения дуги. Почти исключительное применение имеют так называемые плавленые флюсы, представляющие собой крупинки, состоящие из сплава различных оксидов и фторидов. Наибольшее распространение при сварке углеродистых и низколегированных конструкционных сталей получили флюсы марок ОСЦ-45 и АН-348А.

В плавленых флюсах раскислителей и легирующих в чистом виде, как это имеет место в электродных покрытиях - нет. Поэтому они могут быть введены в сварочную ванну за счет кремне - и марганцевосстановительного процессов, причем восстанавливаться и переходить в металл шва эти металлы будут в том большем количестве, чем больше содержание их оксидов во флюсе (рис.5.2).

Рис. 5.2. Переход кремния (а) и магранца (б) из плавленого флюса в металл сварочной ванны (схема)

Для предотвращения пористости необходимо подавить реакции окисления углерода в остывающей части сварочной ванны. Для этого необходимо в ней иметь 0,15 - 0,25 % кремния. Так как п ри сварке используют низкоуглеродистую проволоку Св-08A, в которой практически полностью отсутствует кремний, то все это количество должно быть восстановлено из флюса. Как следует из рис. 5.2, а, для перехода такого количества кремния содержание кремнезема во флюсе должно составлять 35 - 45 %.

Как следует из рис. 5.2, б, для этого необходимо иметь во флюсе 35 - 45 % оксида марганца.

Таким образом, при использовании низкоуглеродистой проволоки для получения качественных швов (без пор и горячих трещин) необходимо применять только кислые (с высоким содержанием кремнезема) высокомарганцовистые плавленые флюсы.

Надо иметь ввиду, что в кремнемарганце восстановительные процессы протекают активно, если расплавленный флюс будет жидкотекучим (т. е. будет иметь малую вязкость). Для обеспечения этого во флюс вводят такие

компоненты, которые при расплавлении флюса снижали бы вязкость расплава в узком («коротком») интервале температур (рис. 5.3 ). Таким флюсующим материалом является плавиковый шпат, который вводится во флюсы в количестве 5 - 8 % и более.

Рис. 5.3. Схема температурной зависимости вязкости флюса: 1–длинного; 2–“короткого”

Кроме того, «короткие» флюсы лучше формируют шов, т. е. делают его поверхность более гладкой, с плавным сопряжением со свариваемым металлом,

3. Защитные газы. Аргон газообразный чистый используется трех сортов: высшего, первого и второго. Содержание аргона соответственно 99,99, 99,98 и 99,95 % . Примеси - кислород, азот, влага. Аргон хранится и поставляется в баллонах под давлением 150 ∙ 98,06 кПа. Цвет окраски баллону присвоен серый, надпись «Аргон чистый» зеленого цвета.

Углекислый газ поставляется в баллонах черного цвета вместимостью 40 л. В такой баллон заливается сжиженная углекислота массой 25 кг, дающая при испарении около 12,5 м³ газа.