Сварка порошковой проволокой

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ...

скачать книгу Сварка порошковой проволокой

Максимальная температура капель при обратной полярности составляет 2590—2700° С, что несколько ниже температуры кипения стали 08Г2С. Абсолютные значения теплосодержания капель при сварке в углекислом газе в сравнимых условиях также ниже, чем при сварке в аргоне. По-видимому, это вызвано более интен-
...
Рис. 43. Влияние силы тока и полярности на теплосодержание капель электродного металла при сварке в углекислом газе проволокой Св-08Г2С [104]: a — d=2,0 мм; б —
...
сивным охлаждением периферийных зон столба дуги вследствие расхода большого количества тепла на диссоциацию молекул С02. Степень сжатия столба дуги в углекислом газе в сравнении, например, с аргоном увеличивается, уменьшается поверхность анодно-
...
Рис. 43. Влияние силы тока и полярности на теплосодержание капель электродного металла при сварке в углекислом газе проволокой Св-08Г2С [104]:
...
у проволоки большего диаметра. Уменьшение диаметра проволоки препятствует свободному расширению столба дуги, дуга становится сжатой. При этом размеры анодного пятна также ограничиваются, уменьшается поверхность передачи тепла в каплю, снижается ее теплосодержание. Новые данные о теплосодержании капель при сварке порошковой проволокой получены в работе [91].
...
Теплосодержание электродного металла измерялось калориметром (рис. 44) при сварке порошковой проволокой с рутил-органическим сердечником, состав которой приведен ниже. Блок калори-
...
При плавлении порошковой проволоки капли металла покрыты шлаком. Поэтому измеренное в калориметре теплосодержание капель 5К представляет сумму теплосодержаний металла S„, и шлака
...
Разделение металла и шлака и определение доли шлака в каплях производилось расплавлением их в алундовом тигле в среде аргона.
...
В расчетах была принята равной 2400° С. Это допущение не • вносит существенной ошибки в измерения. Расчетные з ачения Саш, Цшл
...
лоуглеродистой проволокой в аргоне, что, по-видимому, связано с различными энергетическими характеристиками дуги в аргоне и на воздухе. Более высокая температура капель металла наблюдается при повышении напряжения дуги (табл. 6). Это можно в определенной мере объяснить дополнительным нагревом капель в дуговом промежутке.
...
Рис. 45. Влияние плотности тока на температуру капель электродного металла при сварке порошковой проволокой с ру-
...
Температура капель при сварке порошковой проволокой зависит от соотношения масс железа оболочки и сердечника. Поскольку сердечник порошковой проволоки практически не электропро-воден, нагрев и плавление его происходят, в основном, за счет излучения дуги. Чем большая доля «холодного» железа сердечника поступает в каплю, тем ниже ее температура (табл. 7).
...
Рис. 45. Влияние плотности тока на температуру капель электродного металла при сварке порошковой проволокой с
...
Азот в сварных швах на малоуглеродистых и низколегированных сталях — вредная примесь. Присутствие его вызывает снижение пластичности швов; при пересыщении сварочной ванны азотом повышается склонность металла шва к пористости.
...
Проблема предотвращения вредного влияния азота — одна из наиболее сложных проблем в металлургии сварки вообще и при сварке открытой дугой в особенности. Согласно современным представлениям азот в металле находится в виде атомов или группировок, содержащих атомы, а также в виде самостоятельных ни-тридных фаз. Растворению предшествуют поверхностные реакции и диссоциация молекул азота.
...
Растворимость азота в железе зависит от температуры и наличия примесей. В твердом железе с объемноцентрированной решеткой зависимость растворимости азота от температуры описывается уравнением [73]
...
В а- и б-железе растворимость азота растет с повышением температуры. В у-железе растворяется значительно больше азота, однако с повышением температуры его растворимость падает.
...
В жидком железе при температуре плавления растворяется, по данным многочисленных исследований, около 0,040% азота. Растворимость в интервале температур плавления и кипения рассчитана [135] и определена экспериментально.
...
Находящиеся в жидком железе углерод и кремний снижают растворимость азота; марганец, хром,ванадий, ниобий — повышают ее, а вольфрам и мо-. либден влияют незначительно. Влияние кислорода оценивает
...
В бинарных сплавах железа, содержащих элементы, обладающие высоким сродством к азоту, при определенных условиях образуются самостоятельные нитридные фазы. К числу элементов, способных образовывать нитриды в жидких и твердых железных сплавах, относятся титан и алюминий.
...
При расплавлении железа электрической дугой содержание азота в нем оказывается выше, чем при плавлении без дуги [168]. Повышение активности азота в атмосфере дуги связано с возбуждением молекул и их диссоциацией, в связи с чем скорость растворения азота возрастает [159].
...
стояниях. Содержание азота в жидком металле, контактирующем с такой атмосферой, может превышать растворимость в равновесных с молекулярным азотом условиях.
...
Содержание азота в металле шва существенно зависит от рода тока, полярности, режима сварки, состава атмосферы дуги, состава электродного материала.
...
По мнению большинства исследователей, изучавших вопросы взаимодействия металла с азотом при дуговой сварке, повышение напряжения дуги приводит к повышенному насыщению металла шва азотом [95, 120,
...
Экспериментальные данные, полученные для условий сварки в атмосфере, состоящей из смеси азота с различными газами, показывают, что повышение окислительного потенциала газовой фазы путем добавок кислорода, окиси и двуокиси углерода вызывает увеличение концентрации азота в наплавленном металле.
...
При легировании электродного материала различными элементами содержание азота в металле шва может изменятся в широких пределах. В большинстве случаев наблюдается удовлетворительное соответствие между влиянием элементов на содержание азота в металле шва и изменением растворимости азота в железе в присутствии этих элементов. В случае легирования титаном, алюминием или цирконием [14, 43, 44,121, 135] в металле шва обнаруживаются нитриды этих элементов.
...
Рис. 47. Растворимость азота в сплавах железа с титаном и алюминием при
...
При сварке открытой дугой без дополнительной защиты зоны дуги заметное снижение содержания азота в металле швов достигается благодаря увеличению доли газообразующих и шлакообра-зующих составляющих в электродном материале [91, 95, 120]. Появление дополнительных количеств газа в зоне дуги и увеличение объема шлака приводят к снижению парциального давления азота у поверхности расплавленного металла и замедлению скорости его поглощения.
...
Таким образом, содержание азота в металле шва при дуговой сварке, по мнению большинства исследователей, определяется условиями насыщения металла азотом: температурой металла, парциальным давлением газа в атмосфере дуги, степенью диссоциации и возбуждения в дуге его молекул, а также кинетическими параметрами плавления и переноса расплавленного металла, в частности величиной поверхности взаимодействия с газами и временем.
...
При сварке порошковой проволокой характер плавления и переноса металла, температурные условия, формирование газошлаковой защиты и другие факторы, как было показано выше, отличаются от наблюдаемых при других способах сварки, что приводит к изменению условий взаимодействия металла с азотом. Рассмотрим особенности этих процессов.
...
Влияние условий сварки на насыщение металла азотом. Величина применяемых на практике напряжений дуги и сварочных токов для данной порошковой проволоки ограничена определенными пределами, т. е. для данной проволоки существует диапазон режимов, в пределах которого возможен нормальный технологический процесс сварки. Этот диапазон принято называть диапазоном рабочих режимов сварки. Нарушение его приводит к появлению дефектов в швах, резкому ухудшению технологических характеристик. Схематически такой диапазон представлен на рис. 48. Линии А Б
...
Зависимости содержания азота в металле наплавки от напряжения дуги для двух выбранных токов (пересечение диапазона линиями у — у')
...
Если влияние силы тока на содержание азота в металле наплавки оценивать при постоянном напряжении дуги (пересечение диапазона режимов линиями х — х'),
...
а — раскисление Мп и Si; трубчатая конструкция; б — то же, двухслойная конструкция; в — раскисление Ti, трубчатая конструкция;
...
Рис. 50. Влияние вылета электрода на содержание азота в наплавленном металле: а — й=Ъ мм,
...
Рис. 49. Влияние напряжения дуги и силы тока на содержание азота в наплавленном металле:
...
Если же оценить влияние тока при среднем значении напряжения для каждого выбранного значения силы тока, то окажется, что влияние это невелико и зависит от состава и конструкции проволоки, а также от степени ее легирования.
...
При сварке открытой дугой трубчатой проволокой с рутил-органическим сердечником заметное снижение содержания азота в наплавленном металле наблюдается в области малых токов [123], последующее возрастание тока не влияет на содержание азота. Для проволоки с карбонатно-флюоритным сердечником, напротив, обнаруживается некоторое увеличение содержания азота, более заметное при использовании проволоки с высоким содержанием нит-ридобразующих элементов алюминия и титана. Содержание азота лри сварке проволокой двухслойной конструкции при различных токах и оптимальном напряжении дуги остается практически неизменным. Использование защитной среды углекислого газа позволяет сохранять содержание азота на низком уровне при высоких сварочных токах путем увеличения расхода газа.
...
Изменение содержания азота в металле наплавки наблюдается также при изменении величины вылета порошковой проволоки. Увеличение вылета до определенной величины не влияет на содержание азота в наплавленном металле, а затем приводит к его росту (рис. 50).
...
Влияние параметров режима связано с изменением важнейших факторов, определяющих процессы поглощения азота жидким металлом, прежде всего на стадии капли.
...
Поскольку исходные концентрации азота в проволоке невелики, абсорбция азота расплавленным электродным металлом будет определяться в первую очередь его растворимостью в расплаве, температурой и парциальным давлением азота в газовой фазе.
...
Капли металла при сварке порошковой проволокой, как указывалось выше, нагреваются до температуры, близкой температуре максимальной растворимости азота в железе (2000—2400°
...
Парциальное давление азота у поверхности расплавленного металла зависит от количества защитного газа в зоне плавления. Увеличение напряжения дуги связано с возрастанием длины дугового промежутка; количество выделяющегося при плавлении проволоки газа может оказаться недостаточным для оттеснения воздуха от поверхности расплавленного металла и содержание в нем азота будет возрастать. При сварке в углекислом газе с повышением
...
Если же оценить влияние тока при среднем значении напряжения для каждого выбранного значения силы тока, то окажется, что влияние это невелико и зависит от состава и конструкции проволоки, а также от степени ее легирования.
...
При сварке открытой дугой трубчатой проволокой с рутил-органическим сердечником заметное снижение содержания азота в наплавленном металле наблюдается в области малых токов [123], последующее возрастание тока не влияет на содержание азота. Для проволоки с карбонатно-флюоритным сердечником, напротив, обнаруживается некоторое увеличение содержания азота, более заметное при использовании проволоки с высоким содержанием нит-ридобразующих элементов алюминия и титана. Содержание азота лри сварке проволокой двухслойной конструкции при различных токах и оптимальном напряжении дуги остается практически неизменным. Использование защитной среды углекислого газа позволяет сохранять содержание азота на низком уровне при высоких сварочных токах путем увеличения расхода газа.
...
Изменение содержания азота в металле наплавки наблюдается также при изменении величины вылета порошковой проволоки. Увеличение вылета до определенной величины не влияет на содержание азота в наплавленном металле, а затем приводит к его росту (рис. 50).
...
Значительное увеличение вылета электродной проволоки приводит к ранней диссоциации газообразующих материалов (см. параграф 2), к потере части защитного газа вследствие удаления его через стык в оболочке порошковой проволоки. Вероятность этих потерь возрастает с ростом сварочного тока, когда оболочка^прово-локи нагревается на вылете до значительных температур.
...
Органические материалы диссоциируют при меньших температурах нагрева, чем, например, карбонаты. Как было показано ранее, скорость разложения газообразующего определяется не только прочностью соединения, но и составом всего сердечника, а также условиями подвода к нему тепла (диаметром и конструкцией проволоки).
...
Изменение кинетических факторов оценивается с помощью скоростной оптической киносъемки процесса плавления и переноса металла.
...
Обработанные кинограммы процесса сварки порошковой проволокой дают сведения о времени взаимодействия металла с газами на стадии капли твз и величине, называемой условным параметром взаимодействия со:
...
На рис. 51 приведены зависимости, отражающие влияние параметров режима сварки на изменение величин твз и со для проволоки различных конструкций.
...
Из полученных зависимостей очевидно, что наиболее существенные изменения кинетических параметров наблюдаются при изменении сварочного тока. Увеличение тока приводит к уменьшению времени взаимодействия металла капли с газами твз и параметра взаимодействия со. Уменьшение этих величин должно снижать содержание азота в металле капли.
...
Существенное нарушение атмосферы дуги происходит при наличии ветра. Степень влияния ветра на содержание азота в металле шва определяется его скоростью и направлением. Наибольшее нарушение газовой защиты зоны плавления вызывает ветер, встречный по направлению сварки. Влияние бокового ветра проявляется в меньшей степени; попутный ветер до определенных скоростей практически не влияет на содержание газов в металле [172].
...
При сварке проволокой сплошного сечения Св-08Г2С в углекислом газе повышение скорости встречного ветра до 2 м/сек
...
Самозащитная порошковая проволока менее чувствительна к влиянию ветра. Влияние ветра изучено при сварке проволокой карбонатно-флюоритного, флюоритного и рутил-органического типов.
...
мах по току и напряжению в условиях безветрия, составляло: для проволоки карбонатно-флюоритного типа — 0,015—0,019% ; флюоритного — 0,020—0,028% ; рутил-органического — 0,025—0,030% . Увеличение скорости встречного ветра до 4 м/сек
...
лись в пределах допустимого уровня. Так, значение работы разрушения при испытаниях на ударный изгиб сварного соединения, выполненного проволокой флюоритного типа, уменьшилось с 7 кГм
...
Таким образом, низкие концентрации азота в металле обеспечиваются при оптимальных условиях сварки. Отклонение от них приводит к изменению одного из факторов, определяющих поглощение азота металлом. Содержание азота в металле будет тем ниже, чем меньше парциальное давление азота у поверхности расплавленного металла, чем больше температура его смещена от температуры максимальной растворимости азота в расплаве, чем меньше поверхность контакта и время взаимодействия жидкого металла с атмосферой дуги.
...
Взаимодействие с азотом металла, легированного титаном и алюминием. Легирование металла шва титаном и алюминием при дуговой сварке приводит к изменению прочности и пластичности металла шва, склонности к образованию кристаллизационных трещин и других свойств. Металл швов с высоким содержанием титана и алюминия обладает низкой ударной вязкостью. Высокое содержание этих элементов повышает склонность к образованию кристаллизационных трещин [113]. При сварке под флюсом конструкционных углеродистых сталей обнаружено снижение ударной вязкости металла швов, содержащих свыше 0,4% титана [142].
...
С выделением нитридов алюминия связывают хрупкость швов [43, 44, 45] при сварке под флюсом сталей, успокоенных алюминием. Благоприятное влияние титана и алюминия на свойства металла швов при сварке под флюсом наблюдалось при комплексном легировании небольшими добавками [14, 70, 170].
...
В условиях ручной дуговой сварки наблюдается большой угар титана и алюминия, содержащихся в покрытии. В металле шва обнаруживаются незначительные количества этих элементов, при этом его свойства оказываются достаточно высокими [84, 179].
...
Введение в проволоку для сварки в углекислом газе титана и алюминия в ряде случаев вызывает охрупчивание металла шва [41, 76].
...
Влияние титана, алюминия и азота на свойства швов, выполненных открытой дугой, оценивается противоречиво. В работе [28] легирование алюминием во всех случаях считается неблагоприятным. В то же время в работах [53, 94, 105] показана возможность получения швов с высокими механическими свойствами при легировании алюминием и титаном раздельно или комплексно.
...
Титан и алюминий, обладающие большим химическим сродством к азоту, способны связывать его в жидкой стали в прочные нитриды и таким образом предотвращать пересыщение металла азотом.
...
лись в пределах допустимого уровня. Так, значение работы разрушения при испытаниях на ударный изгиб сварного соединения, выполненного проволокой флюоритного типа, уменьшилось с 7 кГм
...
Являясь сильными раскислителями, титан и алюминий восстанавливают из окислов элементы, обладающие меньшим сродством к кислороду. Это также оказывает большое влияние на механические свойства швов.
...
Рис. 52. Влияние содержания титана в проволоке и напряжения дуги на содержание азота в наплавленном металле:
...
к азоту и растворимостью азота. Титан обладает большим сродством к азоту, чем алюминий. Реакция образования нитрида в жидкой стали с содержанием азота 0,01% наблюдается уже при относительно небольших концентрациях титана (порядка 0,1%). В то же время в жидкой стали с таким же содержанием азота, легированной алюминием, образование нитрида алюминия возможно при содержании алюминия более 5% [1,
...
ние титана и алюминия в проволоку приводит к снижению концентрации кислорода в металле. Однако при этом не наблюдается четкой связи между содержанием в металле кислорода и азота (рис. 54). Содержание кислорода уменьшается с увеличением содержания титана и алюминия в наплавленном металле. В то же время содержание азота возрастает при повышении концентрации титана более 0,15% и практически не изменяется при увеличении концентрации алюминия до 0,7%.
...
Эффективность легирования и изменение свойств стали зависят от распределения легирующих элементов между фазами, что в свою очередь связано с концентрацией примесей и легирующих, а также с условиями образования и выделения фаз.
...
Сравнение термодинамических потенциалов реакций образования основных соединений, которые могут присутствовать в сталях, легированных титаном и алюминием, показывает, что эти элементы в первую очередь будут реагировать с кислородом и азотом. В сталях, легированных титаном, велика также вероятность образования карбидов. Сродство к азоту титана и алюминия значительно выше, чем железа, кремния и марганца.
...
Имеющиеся экспериментальные данные о распределении азота, титана и алюминия в металле сварных швов, выполненных порошковой проволокой, относятся к случаю сварки открытой дугой и в атмосфере аргона [154]. Различные концентрации азота при свар-
...
к азоту и растворимостью азота. Титан обладает большим сродством к азоту, чем алюминий. Реакция образования нитрида в жидкой стали с содержанием азота 0,01% наблюдается уже при относительно небольших концентрациях титана (порядка 0,1%). В то же время в жидкой стали с таким же содержанием азота, легированной алюминием, образование нитрида алюминия возможно при содержании алюминия более 5% [1,
...
ке в аргоне получали при введении в сердечник дозированных количеств азотированного ферромарганца. Содержание легирующих и азота определяли химическим анализом. Для получения сведений о распределении элементов между фазами использовали метод электролитического растворения образцов металла шва с последующим анализом выделенного осадка.
...
Рис. 55. Влияние напряжения дуги Рис. 56. Влияние напряжения дуги на на распределение титана и азота распределение алюминия и азота ме-между фазами в металле на-
...
При большом содержании титана и алюминия практически весь азот в металле находится в виде нитридов этих элементов. Данные о распределении азота, титана и алюминия между фазами в наплавленном металле (сварка в атмосфере аргона) приведены в табл. 8 и 9. В этих таблицах и на рис. 55 и 56 приняты следующие обозначения: ТЛобщ, А1обЩ, Ыобщ — общее содержание каждого из этих эле-
...
Рис. 55. Влияние напряжения дуги Рис. 56. Влияние напряжения дуги на на распределение титана и азота распределение алюминия и азота ме-между фазами в металле
...
ментов в наплавленном металле; Tip, А1р — содержание титана и алюминия в твердом растворе; Tic, А1с — содержание титана и алюминия в соединениях; Ntin, Nai
...
самозащитной проволокой рост напряжения дуги сопровождается увеличением содержания азота и уменьшением содержания легирующих в наплавленном металле, одновременно возрастает количество нитридов в металле и снижается доля легирующего, входящего в твердый раствор (рис. 55 и 56).
...
С распределением титана, алюминия и азота между фазами связаны изменения механических свойств металла швов, выполненных порошковой проволокой. Результаты исследования механических свойств металла швов с содержанием титана до 0,5% и алюминия до 1,2% при концентрациях азота в металле до 0,05% иллюстрируются рис. 57 и 58. Из полученных данных видно, что увели-
...
чение содержания титана в металле шва приводит к значительному повышению прочности и снижению пластичности металла. Рост концентрации азота в металле шва не изменяет характера этого влияния и способствует дополнительному упрочнению. При легировании алюминием упрочнение наблюдается лишь в области ма-пых
...
жания прочность и пластичность изменяются незначительно. Увеличение содержания азота в металле швов, легированных алюминием, способствует увеличению прочности. С увеличением содержания алюминия проявляется тенденция к снижению пластичности.
...
Повышение прочности при легировании может быть связано с изменением основных факторов — измельчанием размеров зерна, упрочнением твердого раствора, появлением включений.
...
Изучение микроструктуры металла швов показало, что в исследуемых диапазонах легирования с повышением содержания титана размер зерна изменяется незначительно, а с повышением содержания алюминия — несколько возрастает. Упрочнение при легировании титаном и алюминием не связано с изменением размера зерен. Отсутствие существенного повышения прочности при легировании алюминием является, по-видимому, следствием некоторого разу-прочняющего действия увеличения размера зерен. Типичные микроструктуры приведены на рис. 59 и 60.
...
Титан и алюминий образуют с железом твердые растворы внедрения с ограниченной растворимостью [68, 158]. Образование твердого раствора обычно сопровождается изменением периода решетки. Растворение титана и алюминия в феррите приводит к увеличению периода решетки, что должно способствовать упрочнению. По данным работы [156], наибольшее искажение решетки при малых концентрациях легирующего вызывает титан.
...
чение содержания титана в металле шва приводит к значительному повышению прочности и снижению пластичности металла. Рост концентрации азота в металле шва не изменяет характера этого влияния и способствует дополнительному упрочнению. При легировании алюминием упрочнение наблюдается лишь в области ма-пых
...
Рис. Ь8. Влияние содержания алюминия и азота в металле шва на механические свойства при испытании на растяжение:
...
существующим представлениям связана с изменением дислокационной структуры и непосредственным взаимодействием дислокаций с растворенными атомами. Последнее может приводить к закреплению дислокаций либо к возникновению сил трения при движении дислокаций. На диаграммах напряжение — деформация первый
...
эффект обычно связан с появлением зуба текучести, второй — со смещением всей кривой в область более высоких напряжений [22]. Типичные кривые напряжение—деформация для образцов с различным содержанием титана и алюминия в металле представлены на рис. 61.
...
Для относительно небольших и средних содержаний легирующих (0,1—0,25%) характерно появление четкого зуба текучести. В соответствии с отмеченными выше изменениями в распределении легирующих между фазами при таких содержаниях титана и алюминия наблюдается появление этих элементов в твердом растворе. При высокой степени легирования площадка текучести может ис-
...
существующим представлениям связана с изменением дислокационной структуры и непосредственным взаимодействием дислокаций с растворенными атомами. Последнее может приводить к закреплению дислокаций либо к возникновению сил трения при движении дислокаций. На диаграммах напряжение — деформация первый
...
Частицы включений способны сильно упрочнять сплав [31, 131]. Степень упрочнения зависит от структуры, размеров, формы и расположения выделившихся частиц. В соответствии с существую-
...
щими представлениями при наличии крупных включений упрочнение зависит от прочности матрицы и частиц, а при наличии мелких включений упрочнение пропорционально изменению модуля сдвига дисперсной фазы. Наибольшее упрочняющее действие в рассматриваемом случае могут оказывать нитриды, карбиды и карбо-нитриды титана либо нитриды алюминия. Изучение состава неметаллических включений в металле швов, легированном титаном и алюминием, показало что значительную часть включений составляют нитриды.
...
Частицы включений способны сильно упрочнять сплав [31, 131]. Степень упрочнения зависит от структуры, размеров, формы и расположения выделившихся частиц. В соответствии с существую-
...
рованных кристаллов, иногда со скругленными краями [21, 146]. Самостоятельно нитриды всплывают довольно медленно [33]. При всплывании нитридов с другими включениями скорость возрастает. Хорошая очистка от нитридов возможна при использовании шлаков, адгезия нитридов к которым имеет большие значения [1511. Однако, учитывая, что наиболее интенсивное образование нитри-
...
и карбонитридов. Незначительное изменение прочности металла швов, выполненных проволоками, содержащими алюминий, связано с малым упрочнением твердого раствора и укрупнением зерен при высоких концентрациях алюминия. Упрочнение при высоких содержаниях азота в металле происходит в результате появления большого числа выделений нитрида алюминия.
...
При увеличении содержания алюминия в металле шва ударная вязкость сохраняется на высоком уровне до содержания его примерно 0,6%. Характерным является положительное влияние относительно малых добавок и падение ударной вязкости при высоких содержаниях легирующего.
...
ным 0,036% азота для недопустимого снижения ударной вязкости. В то же время при содержании алюминия 0,9% снижение ударной вязкости наблюдается уже при 0,02% азота.
...
при общем содержании алюминия в металле свыше 0,2%) не вызывает понижения ударной вязкости при низких концентрациях азота для довольно значительного содержания алюминия в металле. В то же время увеличение концентрации азота в пределах того же содержания алюминия вызывает недопустимое снижение ударной вязкости.
...
Таким образом, снижение ударной вязкости металла при сварке титансодержащей проволокой связано с упрочнением феррита при легировании его титаном и появлением включений нитридов и кар-бонитридов по границам зерен. Поскольку значительное упрочнение вызывают уже небольшие количества титана в твердом растворе, диапазон содержания легирующих в металле швов, в котором обеспечиваются приемлемые свойства, невелик и ограничивается обычно содержанием титана 0,15—0,20%.
...
При сварке алюминийсодержащей проволокой наибольшее охрупчивающее влияние на металл оказывают выделения нитридов алюминия по границам зерен, а также укрупнение размеров зерна при высоком содержании алюминия в металле. Диапазон легирования металла с алюминием, в котором обеспечивается достаточная пластичность металла, ограничивается содержанием алюминия 0,5—0,6%, причем большие концентрации алюминия не вызывают хрупкости лишь при невысоком (менее 0,03%) содержании азота в металле шва.
...
Рассмотренные материалы показывают, что компенсация несовершенства защиты расплавленного металла от азота с помощью активных нитридобразователей ограничена определенными концентрациями этих элементов.
...
Во всех случаях следует стремиться к снижению содержания азота в металле шва для получения благоприятных показателей механических свойств.
...
Эффективность защиты металла от влияния азота. Содержание азота в металле шва принято считать показателем эффективности защиты металла от вредного влияния воздуха. При сварке открытой дугой эффективность защиты оценивают также по возможности удлинения дуги или по диапазону напряжений сварки, в пределах которого отсутствует пористость. Для проволоки с малым диапазоном рабочих напряжений требуются исключительно высокая стабилизация рабочего напряжения дуги, применение специальных источников питания и механизмов подачи. Поэтому можно считать, что эффективная защита, обеспечивающая снижение содержания азота в металле, во многом определяет технологические возможности порошковой проволоки и ее пригодность к производственному применению.
...
В связи с тем, что количество вводимых в сердечник проволоки неметаллических материалов ограничено, для создания надежной защиты металла стремятся использовать газообразующие мате-
...
при общем содержании алюминия в металле свыше 0,2%) не вызывает понижения ударной вязкости при низких концентрациях азота для довольно значительного содержания алюминия в металле. В то же время увеличение концентрации азота в пределах того же содержания алюминия вызывает недопустимое снижение ударной вязкости.
...
Таким образом, снижение ударной вязкости металла при сварке титансодержащей проволокой связано с упрочнением феррита при легировании его титаном и появлением включений нитридов и кар-бонитридов по границам зерен. Поскольку значительное упрочнение вызывают уже небольшие количества титана в твердом растворе, диапазон содержания легирующих в металле швов, в котором обеспечиваются приемлемые свойства, невелик и ограничивается обычно содержанием титана 0,15—0,20%.
...
При сварке алюминийсодержащей проволокой наибольшее охрупчивающее влияние на металл оказывают выделения нитридов алюминия по границам зерен, а также укрупнение размеров зерна при высоком содержании алюминия в металле. Диапазон легирования металла с алюминием, в котором обеспечивается достаточная пластичность металла, ограничивается содержанием алюминия 0,5—0,6%, причем большие концентрации алюминия не вызывают хрупкости лишь при невысоком (менее 0,03%) содержании азота в металле шва.
...
Рассмотренные материалы показывают, что компенсация несовершенства защиты расплавленного металла от азота с помощью активных нитридобразователей ограничена определенными концентрациями этих элементов.
...
риалы, при разложении которых выделяются большие объемы газов. В проволоке рутил-органического типа обычно применяют органические материалы, в проволоке карбонатно-флюоритного типа — карбонаты и фториды.
...
Несмотря на различие химического состава, физических свойств, а также состава выделяющихся при разложении газов, характер влияния количества вводимых в проволоку газообразующих на
...
волоки с большим содержанием карбоната это напряжение выше. Это свидетельствует о том, что при сварке открытой дугой в атмосфере воздуха, где имеются условия для повышенной абсорбции азота, увеличение доли защитных материалов в сердечнике не всегда является достаточным сред
...
Уменьшить содержание азота в металле шва можно путем рационального выбора состава газошла-кообразующей части сердечника проволоки. При сварке порошковой проволокой, содержащей в сердечнике карбонаты кальция и натрия, минимальное содержание азота наблюдается при определенном соотношении карбонатов в смеси (рис. 67). Снижение содержания
...
азота (сплошные линии) связано с расширением температурного диапазона выделения углекислого газа при диссоциации карбонатов, а также с образованием шла
...
Для сохранения неизменным состава шлака в сердечник этой проволоки вводили соответствующие карбонату основные окислы. Сварку в углекислом газе выполняли при двух установленных расходах газа. Первый соответствовал выходу С02 при полной диссоциации карбоната (для данной скорости подачи проволоки), второй — удвоенному выходу газа.
...
Выход углекислого газа при диссоциации карбонатов для приведенных примеров был принят по данным термогравиометрического анализа карбонатов.
...
В металле, наплавленном указанными материалами (сварка выполнялась при постоянном токе обратной полярности), фиксировали содержание азота при различных значениях напряжения дуги (рис. 69).
...
ного тока. Величина «критического» содержания азота, превышение которого связано с появлением пористости в швах для сравниваемых материалов, близка к величине растворимости азота в жидком железе при температуре плавления и давлении азота Pn2=
...
разделение сердечника оболочкой; увеличение доли металла, находящегося внутри сердечника, благодаря применению специальных конструкций проволоки, в частности двухслойной.
...
Легирование порошковой проволоки трубчатой конструкции большими количествами титана и алюминия позволяет связать азот в прочные нитриды и предупредить пористость швов; эти нитриды, как правило, оставаясь в металле шва, способствуют его упрочнению и снижению пластичности.
...
Водород поступает в зону дуги из материалов сердечника или покрытия, флюса или защитного газа, из окружающего воздуха, а также с поверхности свариваемого металла. Насыщение металла водородом в процессе сварки может служить причиной пористости металла. При повышенном содержании водорода в стали часто возникают локальные пересыщения в микрообъемах металла, что служит причиной появления межкристаллитных трещин. Наличие водорода снижает показатели пластических свойств и сопротивление разрушению металла шва, а при испытаниях на длительную прочность приводит к возникновению трещин, снижая тем самым усталостные свойства стали. Присутствие водорода является одной из основных причин образования флокенов в сварных швах.
...
В условиях низких температур растворимость водорода в железе и стали мала и составляет для чистого железа при комнатной температуре 7-10—8% [73]. В то же время в стали и сварных швах всегда содержатся значительно большие количества водорода.
...
Растворенные в железе атомы водорода связаны со свободными электронами металла, часть водорода может быть в виде ионов. Лишь незначительное количество избыточного водорода находится в кристаллической решетке железа, большая часть его концентрируется в микропустотах металла в газообразном состоянии либо химически связана в соединения с примесями металла [24, 73, 159].
...
Растворимость водорода в жидком железе изучали многие исследователи 157, 73, 135, 159, 184]. Согласно расчетам и экспериментальным данным [57, 135] максимум растворимости достигается при температуре 2450° С. Понижение растворимости по мере приближения к точке кипения объясняется влиянием паров железа, уменьшающих парциальное давление водорода. Растворимость водорода в жидком железе при парциальном давлении водорода рн2*
...
Данные о растворимости водорода в жидком железе в интервале температур плавления и кипения железа, полученные В. И. Ла-комским [58], иллюстрируются рис. 71.
...
Растворимость водорода в жидком железе во всем диапазоне температур подчиняется закону Сивертса. Водород отличается исключительно высокой диффузионной способностью. Температурная зависимость коэффициента диффузии водорода в жидком железе определена экспериментально для интервала температур 1547—-1726 °С [164]:
...
О влиянии примесей на растворимость водорода в жидких сплавах железа можно судить по значениям параметров взаимодействия. Для примесей, присутствующих в углеродистых конструкционных сталях, при 1600° С [73] они равны: +0,060 для углерода; +0,025 для кремния; — 0,001 для марганца, +0,010 для алюминия; — 0,070 для титана; +0,010 для серы; +0,011 для фосфора; +2,5 для кислорода. Из перечисленных элементов лишь титан увеличивает растворимость водорода в железе.
...
Шлак на поверхности металла препятствует проникновению водорода в металл. Лимитировать проникновение водорода могут процессы на границах раздела газовая фаза — шлак и шлак — металл, а также массоперенос через слой шлака. С ростом температуры и понижением вязкости шлака массоперенос водорода из газовой фазы в металл возрастает.
...
Водород и пары воды растворимы в сварочных шлаках, причем основной формой существования водорода в шлаке являются ионы гидроксила. Полагают, что растворение водорода проходит через его окисление или обменные реакции образования гидроксильных групп. С повышением основности шлаков растворимость водорода в них растет.
...
При электродуговой сварке в зоне плавления разогретый до высоких температур газ контактирует с относительно холодным расплавленным электродным металлом и металлом сварочной ванны. В дуговой плазме молекулярный водород диссоциирует на атомы. При температуре 5000—6000° К степень диссоциации водорода близка к единице [141]. Часть водорода в дуге находится в виде ионов [55, 93].
...
По данным исследований и расчетов [58, 91], с металлом взаимодействует газ, молизовавшийся в пограничном слое. Молекулы водорода, однако, не успевают полностью ассоциироваться, скорость растворения возбужденных молекул высока. С еще большей скоростью может происходить растворение ионов водорода на катоде. Этот процесс возможен лишь при значительных величинах сварочного тока. Ряд экспериментов показывает, что доля водорода, поглощенного металлом катода, «электрически» незначительна [91] для принятых на практике режимов дуговой сварки. При электродуго-
...
Данные о растворимости водорода в жидком железе в интервале температур плавления и кипения железа, полученные В. И. Ла-комским [58], иллюстрируются рис. 71.
...
Растворимость водорода в жидком железе во всем диапазоне температур подчиняется закону Сивертса. Водород отличается исключительно высокой диффузионной способностью. Температурная зависимость коэффициента диффузии водорода в жидком железе определена экспериментально для интервала температур 1547—-1726 °С [164]:
...
Характер распределения водорода между металлом сварочной ванны и швом определяется преимущественно скоростью кристаллизации. При скоростях кристаллизации, присущих большей части дуговых способов сварки, в том числе и сварке порошковой проволокой, диффузионные процессы не получают значительного раз-
...
количества, например, крахмала в сердечнике проволоки снижается содержание азота и кислорода в наплавленном металле. Однако крахмал является источником водорода. Поэтому атмосфера дуги, с которой контактирует расплавленный металл, содержит большие количества водорода и паров воды.
...
Исследование газонасыщенности металла, наплавленного проволокой с различным содержанием крахмала, показывает (рис. 72), что содержание водорода в металле наплавки изменяется незначительно, причем тенденция к росту содержания водорода заметна лишь при переходе от проволоки без крахмала к проволоке с содержанием его 0,5%.
...
С повышением влажности сердечника порошковой проволоки наблюдается заметный рост содержания водорода в наплавленном металле.
...
Зависимость содержания диффузионного водорода в металле от влажности шихты порошковой проволоки карбонатно-флюорит-ного типа 1106] иллюстрируется
...
рис. 75. Шихта не содержала металлических порошков. Увлажнялась она в процессе хранения в гидростате с относительной влажностью воздуха 91%. В период хранения и перед изготовлением проволоки шихту перемешивали. Влажность определяли вакуумной экстракцией при 400° С. Контрольную шихту изготавливали из компонентов, прокаленных при этой же температуре.
...
При увлажнении шихты значительных изменений технологических свойств проволоки не наблюдалось лишь до влажности 2,5% . При сварке проволокой с боль
...
Трудности проведения экспериментов с фтором и его соединениями не позволили до настоящего времени получить экспериментальное подтверждение хода этих реакций. Вопрос о механизме связывания водорода в дуге остается в значительной мере дискуссионным.
...
Выделение газообразного SiF4 в процессе сварки наблюдается при взаимодействии флюорита с кремнеземом или при диссоциации кремнефторидов натрия или калия.
...
В реальных условиях сварки порошковой проволокой реакции взаимодействия флюорита с кремнеземом и двуокисью титана даже в присутствии атмосферной влаги протекают с заметной скоростью при температуре выше 1000° С, т. е. практически в расплавленном шлаке. При большом содержании влаги и относительно низкой температуре существенное развитие получает реакция взаимодействия флюорита с парами воды с последующим связыванием образовавшейся окиси кальция в силикат [71]. С повышением температуры интенсифицируется реакция образования тетрафторида кремния.
...
Использование кремнефторида для снижения содержания водорода в металле оказывается более действенным средством. Крем-нефториды применяются в композициях сердечников проволоки карбонатно-флюоритного типа для сварки открытой дугой и в .проволоке для сварки в углекислом газе. В табл. 13 приведены дан-
...
ные, отражающие влияние кремнефтористого натрия на содержание водорода в металле, наплавленном проволокой карбонатно-флюо-ритного типа. Исходная влажность сердечника проволоки во всех случаях была примерно одинаковой (в пределах 0,44—0,51%). Анализ полученных результатов показывает, что введение в сердечник проволоки кремнефтористо
...
в металле. Этим приемом, однако, нельзя пользоваться при сварке проволокой рутил-органического типа, где выгорание органических материалов из сердечника проволоки на повышенном вылете нарушает газовую защиту зоны дуги.
...
Сварка в углекислом газе. Отсутствие газообразующих материалов в проволоке для сварки в углекислом газе создает предпосылки для получения весьма низких исходных концентраций влаги в сердечнике благодаря применению высокотемпературной прокалки. Ферросплавы и железный порошок обычно не прокаливаются и являются одними из главных поставщиков водорода в дугу. Определенное количество влаги может вносить также защитный углекислый газ. Возможность термообработки материалов и самой проволоки позволяет при сварке в углекислом газе получать низкое содержание водорода в металле шва.
...
риалов в сердечнике; введение в сердечник проволоки минералов, содержащих кристаллизационную влагу с целью дегазации ванны путем водородного кипения; повышение содержания кислорода в наплавленном металле; ограничение силы тока; ограничение содержания в металле шва элементов, снижающих скорость десорбции водорода из ванны (кремний, углерод);
...
б) при сварке самозащитной проволокой с сердечником карбонатно-флюоритного типа и порошковой проволокой в углекислом газе — прокалка материалов сердечника и готовой проволоки; введение в сердечник веществ, обеспечивающих при нагреве выделение летучих фторидов; увеличение длины вылета; обезвоживание и сушка углекислого газа; очистка кромок свариваемых изделий от ржавчины, окалины и загрязнений, содержащих органические материалы и влагу; ограничение силы тока и напряжения дуги.
...
риалов в сердечнике; введение в сердечник проволоки минералов, содержащих кристаллизационную влагу с целью дегазации ванны путем водородного кипения; повышение содержания кислорода в наплавленном металле; ограничение силы тока; ограничение содержания в металле шва элементов, снижающих скорость десорбции водорода из ванны (кремний, углерод);
...
б) при сварке самозащитной проволокой с сердечником карбонатно-флюоритного типа и порошковой проволокой в углекислом газе — прокалка материалов сердечника и готовой проволоки; введение в сердечник веществ, обеспечивающих при нагреве выделение летучих фторидов; увеличение длины вылета; обезвоживание и сушка углекислого газа; очистка кромок свариваемых изделий от ржавчины, окалины и загрязнений, содержащих органические материалы и влагу; ограничение силы тока и напряжения дуги.
...
риалов в сердечнике; введение в сердечник проволоки минералов, содержащих кристаллизационную влагу с целью дегазации ванны путем водородного кипения; повышение содержания кислорода в наплавленном металле; ограничение силы тока; ограничение содержания в металле шва элементов, снижающих скорость десорбции водорода из ванны (кремний, углерод);
...
б) при сварке самозащитной проволокой с сердечником карбонатно-флюоритного типа и порошковой проволокой в углекислом газе — прокалка материалов сердечника и готовой проволоки; введение в сердечник веществ, обеспечивающих при нагреве выделение летучих фторидов; увеличение длины вылета; обезвоживание и сушка углекислого газа; очистка кромок свариваемых изделий от ржавчины, окалины и загрязнений, содержащих органические материалы и влагу; ограничение силы тока и напряжения дуги.
...
риалов в сердечнике; введение в сердечник проволоки минералов, содержащих кристаллизационную влагу с целью дегазации ванны путем водородного кипения; повышение содержания кислорода в наплавленном металле; ограничение силы тока; ограничение содержания в металле шва элементов, снижающих скорость десорбции водорода из ванны (кремний, углерод);
...
б) при сварке самозащитной проволокой с сердечником карбонатно-флюоритного типа и порошковой проволокой в углекислом газе — прокалка материалов сердечника и готовой проволоки; введение в сердечник веществ, обеспечивающих при нагреве выделение летучих фторидов; увеличение длины вылета; обезвоживание и сушка углекислого газа; очистка кромок свариваемых изделий от ржавчины, окалины и загрязнений, содержащих органические материалы и влагу; ограничение силы тока и напряжения дуги.
...
Пористость — один из наиболее распространенных дефектов сварных швов при дуговой сварке. Образование пор является следствием выделения газов из металла при кристаллизации сварочной ванны. Выделение газов происходит при снижении растворимости или протекании в жидком металле химических реакций. Для описания механизма зарождения и развития пор при сварке сталей целесообразно использовать кинетический метод.
...
В общем случае процесс образования пор можно разделить на ' две стадии — зарождение и развитие газового пузырька. Для зарождения пузырька необходимы, по крайней мере, три условия: 1) перенасыщение жидкого металла газом; 2) наличие центра; 3) определенная выдержка элементарного объема жидкого металла (инкубационный период) при соблюдении первых двух условий, так как скорость образования газового зародыша критического размера конечна [133]. Развитие пузырька происходит во времени и определяется скоростью атомарной и конвективной диффузии, концентрацией газа в металле (степенью перенасыщения), а также скоростью его десорбции. Сформулированные условия зарождения и развития пузырька вытекают из общих принципов теории фазовых процессов [133].
...
Перенасыщение жидкого металла газами. Перегретый металл капель и ванны, взаимодействуя с активизированными дугой водородом и азотом, при определенных парциальных давлениях этих газов в атмосфере дуги адсорбирует их в количествах, значительно превышающих стандартную растворимость водорода и азота в металле.
...
Выше (см. параграфы 5 и 6) отмечалось, что растворимость водорода и азота в жидком железе достигает максимума при температуре 2300—2400° С и снижается с уменьшением температуры металла. В результате этого при охлаждении жидкого металла может быть достигнуто значительное перенасыщение сварочной ванны газами во всем ее объеме.
...
Растворимость водорода и азота в жидком железе значительно выше, чем в твердом. Поэтому их можно рассматривать как примеси в стали с коэффициентом распределения, меньшим единицы [145]. При контакте жидкого и твердого железа, содержащего
...
Результаты численного исследования перераспределения водорода и азота в сварочной ванне для случая движения фронта кристаллизации с многократным чередованием процесса кристаллизации и остановок его позволили прийти к следующим выводам 191]:
...

Материаловедение в микроэлектронике
Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них. Учебное пособие для вузов
Вентиляция рабочих мест в сварочном производстве
Сварка порошковой проволокой
Сплавы для термопар. Справоч. изд.
Пайка серебряными припоями в пламени газовой горелки
Электроконтактный нагрев металлов

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Сварка порошковой проволокой