Металлургия дуговой сварки: Взаимодействие металла с газами

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ...

скачать книгу Металлургия дуговой сварки: Взаимодействие металла с газами

При введении алюминия и азота возрастает объемная доля первичного феррита (ПФ) и феррита со второй фазой (ФВФ) за счет уменьшения объемной доли игольчатого феррита (ИФ)
...
Поведение азотапри сварке покрытыми электродамиПри дуговой сварке покрытыми электродами основными источниками азота являются; атмосфера (воздух), покрытие, сварочная проволока, основной металл
...
Содержание азота в металле низкоуглеродистых швов пытаются всячески ограничить либо связать азот в нитриды (карбонитриды) и управлять их размерами, формой и количеством для получения заданной структуры и свойств сварных соединений
...
Деструкция органических составляющих и испарение влаги при нагреве электродного покрытия органического, кислого или рутилового вида приводит к повышенной абсорбции азота
...
Термообработка электродов с основным покрытием до температуры 450 °С не вызывает увеличения содержания азота в металле швов, так как термическая диссоциация карбонатов покрытия происходит при более высоких температурах
...
Отсюда следует вывод, что основной источник азота в металле сварного шва — окружающий воздух, который попадает в зону дуги при ухудшении ее защиты; удлинении дуги, уменьшении количества защитных газов, выделяющихся при нагреве и плавлении покрытий электродов, недостаточной толщине покрытия, высокой температуре прокалки, неравномерном плавлении покрытия, низкой квалификации сварщика, не умеющего вести сварку «короткой» дугой, особенно при сварке в вертикальном и потолочном положениях швов, и др
...
Рассмотрим пути повышения эффективности защиты металла ог азота при сварке порошковой проволокой со свободным и принудительным формированием металла шва
...
В процессе сварки порошковая проволока проходит стадии нагрева и плавления, которые сопровождаются диссоциацией и деструкцией компонентов сердечника, термическим разложением компонентов сердечника проволоки
...
Степень развития этих процессов в сердечнике оказывает существенное влияние на абсорбцию азота и эффективность защиты расплавленного металла от воздуха
...
При этом на вылете проволоки (на участке проволоки от среза наконечника токоподводяшего мундштука до дуги) устанавливается квазистационарное температурное поле
...
При высоких скоростях подачи проволоки тепло, передаваемое торцу проволоки от дуги, распространяется в сердечнике на меньшую длину, чем в оболочке, так как теплопроводность сердечника на 1
...
Из теории переноса тепла применительно к дисперсным материалам и капиллярно-пористым телам следует, что для определенной температуры Т в дан-ной точке цилиндра в момент времени т требуется решить дифференциальное уравнениедТ _ X 5т ~ СудГ г дггде — температуропроводность; г — текущий радиус цилин-дра радиусом Я
...
В результате преобразования уравнения, выведенного в [108], получено выражениегде тл — время диссоциации; О,— тепловой эффект реакции, отнесенный к единице массы карбоната, участвующего в реакции; X — коэффициент теплопроводности твердого продукта разложения; у — удельный вес; Ти и Тр- температуры поверхности и реакционной зоны соответственно; А — коэффициент, зависящий от размеров образца и степени диссоциации
...
Модуль термоанализатора ТГА-951 позволяет непрерывно регистрировать значение и скорость изменения массы образца как функцию температуры или времени в контролируемой проточной атмосфере
...
Эксперименты показали, что диссоциация карбоната кальция в смеси с карбонатом натрия инициируется при более низких температурах и расширяется интервал температур диссоциации
...
Этот пример показывает возможности управления температурно-временными режимами газовыделения и определения оптимального соотношения компонентов в шихте порошковой проволоки
...
Эксперименты показали, что диссоциация карбоната кальция в смеси с карбонатом натрия инициируется при более низких температурах и расширяется интервал температур диссоциации
...
Этот пример показывает возможности управления температурно-временными режимами газовыделения и определения оптимального соотношения компонентов в шихте порошковой проволоки
...
Гематит, как и хромпик (К2СЮ7), несколько снижает энергию активации деструкции крахмала на этом этапе, что приводит к расширению температурного интервала этой стадии, т
...
С увеличением окислительного потенциала сердечника проволоки наблюдается возрастание содержания СО и С02 в газовой фазе за счет окисления остаточного углерода, образующегося при высокоскоростном нагреве углеводов (рис
...
Для проволок карбонатно-флюоритного типа добавление в состав сердечника проволоки плавней, а также использование смесей нескольких карбонатов, дает возможность расширить температурный интервал газовыделения
...
С увеличением окислительного потенциала сердечника проволоки наблюдается возрастание содержания СО и С02 в газовой фазе за счет окисления остаточного углерода, образующегося при высокоскоростном нагреве углеводов (рис
...
Для проволок карбонатно-флюоритного типа добавление в состав сердечника проволоки плавней, а также использование смесей нескольких карбонатов, дает возможность расширить температурный интервал газовыделения
...
При сварке в монтажных условиях одним из основных факторов, оказывающих неблагоприятное воздействие на процесс дуговой сварки, считают порывы ветра, разрушающие сформированную среду, защищающую расплавленный металл
...
Схема установки для оценки эффективности зашиты металла от воздействия ветрового потока: / — электровентилятор; 2 — короб, охватывающий зону сварки; 3 — стабилизатор воздушного потока; 4— анемометр; 5— изолирующая прокладка; 6— подача порошковой проволоки; 7— пластина стали; 8— блок питання и управления вентилятораМерой эффективности защиты расплавленного металла при сварке самозащитными порошковыми проволоками служит диапазон напряжений (длин дуг), в котором при данной скорости ветра обеспечивается зашита расплавленного металла и предупреждается образование пор
...
Предельно допустимой скоростью ветра принято значение скорости воздушного потока в зоне сварки, при которой ширина диапазона рабочих напряжений сужается до 2 В
...
При сварке в монтажных условиях одним из основных факторов, оказывающих неблагоприятное воздействие на процесс дуговой сварки, считают порывы ветра, разрушающие сформированную среду, защищающую расплавленный металл
...
Схема установки для оценки эффективности зашиты металла от воздействия ветрового потока: / — электровентилятор; 2 — короб, охватывающий зону сварки; 3 — стабилизатор воздушного потока; 4— анемометр; 5— изолирующая прокладка; 6— подача порошковой проволоки; 7— пластина стали; 8— блок питання и управления вентилятораМерой эффективности защиты расплавленного металла при сварке самозащитными порошковыми проволоками служит диапазон напряжений (длин дуг), в котором при данной скорости ветра обеспечивается зашита расплавленного металла и предупреждается образование пор
...
Предельно допустимой скоростью ветра принято значение скорости воздушного потока в зоне сварки, при которой ширина диапазона рабочих напряжений сужается до 2 В
...
Диаграммы для диапазонов рабочих напряжений дуги при сварке самозащитными порошковыми проволоками карбонатно-флюорити ого типа под воздействием ветрового потокались при температуре 230 °С в течение трех часов для удаления остатков волочильной смазки с их поверхности и влаги из сердечника
...
Темп уменьшения диапазона напряжений дуги при увеличении скорости ветра наиболее высок для порошковых проволок {/} и {3}, что свидетельствует о худших защитных свойствах этих проволок
...
Влияние скорости ветра на массовую долю азота, кислорода, кремния и марганца в металле, наплавленном самозащитными порошковыми проволоками карбонатно-флюоритного типаРис, 2
...
Зависимость массовой доли азота от напряжения дуги в наплавленном металлеС увеличением скорости ветра содержание азота в наплавленном металле повышается (рис
...
Кривые, характеризующие диссоциацию моделей сердечников опытных порошковых проволок при непрерывном нагреве со скоростью 10 °С/минПри термической деструкции материалов сердечника выделяются газы, различные по молекулярной массе, в частности SiF, С02
...
Высокую эффективность газовой зашиты обеспечивают самозащитные проволоки с сердечником, при нагреве которого процесс газовыделения происходит в широком интервале температур от 400 до 1400 °С
...
При сварке порошковой проволокой с принудительным формированием свободных поверх-ностей шва условия контакта газовой фазы с металлом в значительной мере определяются конструктивной формой соединения и положением формирующих приспособлений по отношению к поверхности ванны (рис
...
Массовая доля азота в металле шва зависит от содержания газо- и шлакообразующих материалов в проволоке и при верхнем положении поверхности ванны составляет обычно 0,018
...
Исследования, проведенные в таких сопоставимых условиях, позволили выявить [116—118), что при углубленной поверхности ванны содержание газообразующих материалов в сердечнике может быть существенно снижено без значительного повышения содержания азота в металле шва
...
Благодаря высоким температурам, большим удельным поверхностям и диссоциации молекулярного азота в дуге абсорбция азота на стадии капли происходит весьма интенсивно и зависит от степени диссоциации азота, температуры металла и растворимости в нем азота
...
Повышение температуры капель в сплавах с отрицательным температурным коэффициентом растворимости азота (например, стали типа 0Х18Н9) приводит к снижению абсорбции азота, а в сплавах с положительным коэффициентом (например, низкоуглеродистая сталь) — к повышению абсорбции азота
...
Взаимодействие металла с азотомза счет увеличения массы покрытия, окислительного потенциала покрытий рутилового вида, предупреждения деструкции органических составляющих покрытий и диссоциации карбонатов путем регулирования температуры прокалки электродов при изготовлении, ограничения силы тока и напряжения дуги
...
При сварке в защитных газах проволоками сплошного сечения и порошковыми проволоками необходимо всеми мерами предупреждать попадание воздуха в атмосферу дуги
...
При сварке самозащитной порошковой проволокой необходимо применять такие составы сердечников проволок, которые обеспечивали бы равномерное выделение газов в широком интервале температур от 400 до 1400 °С при нагреве проволок на «вылете»
...
Образование пор связано с насыщением металла газами, а также с выделением газа при кристаллизации в результате снижения растворимости или протекания химических реакций
...
Поры возникают в результате одновременного протекания двух процессов: образования газовых пузырьков в жидком металле и последующего захлопывания их растущими кристаллитами при кристаллизации металла
...
Например, увлажнение покрытий электродов карбон атн о-флюо-ритного типа вызывает пористость швов несмотря на сравнительно низкое содержание водорода и паров воды в газовой фазе 144]
...
Кроме того, не ясны причины различного влияния удлинения дуги на пористость швов при сварке электродами с карбонатно-флюоритным и рутиловым либо руднокислым покрытием, причины пористости швов, образующейся при сварке на повышенных токах электродами с рутиловым и руднокислым покрытием
...
Термодинамика и кинетика образования пор в сварных швахОбразование газовых пузырьков в жидком металле начинается с появления газовых зародышей, представляющих собой мельчайшие объемы газа, отделенные от металла межфазной границей
...
Увеличение пузырька газа возможно, если давление газа внутри него Ръыл выше внешнего давления Рвн, состоящего из атмосферного Р, гидростатического давления слоя металла и шлака, а также силы поверхностного натяжения Рпм
...
Фаст ввел понятие скрытого давления газов в металле сварочной ванны, представляющее собой сумму парциальных давлений газов, которые могут выделиться из ванны в результате прохождения всех возможных реакций в условиях равновесия
...
Перегретый металл капель и ванны, взаимодействуя с активированными дутой водородом и азотом, при определенных парциальных давлениях этих газов в атмосфере дуги абсорбирует их в количествах, значительно превышающих растворимость водорода и азота в металле
...
При любом значении в отношение /г3//г будет наибольшим в зазорах между свариваемыми деталями, на границах зерен неоплавившихся кристаллов основного металла, во Рис
...
Поэтому при больших пересыщениях жидкого металла и развитой поверхности действия сил адгезии Е, время, предшествующее зарождению пузырька, будет уменьшаться
...
Локальное пересыщение жидкого металла газом в узком неперемешивающемся слое и направление диффузионного потока газа в жидкую фазу в этом случае могут способствовать образованию пор
...
Наиболее вероятно зарождение этих пор при больших соотношениях поверхностей адгезии и пузырька в зазорах между свариваемыми деталями, на границах зерен неоплавившихся кристаллов, во впадинах растущего зубчатого фронта кристаллов, а также на неметаллических включениях в объеме жидкого металла
...
Развитие этих пузырьков происходит в основном в результате конвективной диффузии газа из окружающих объемов металла, поэтому продолжительность роста пузырька может существенно сократиться по сравнению с продолжительностью роста пузырьков, приведенной в табл
...
Для обычных условий охлаждения сварочной ванны наиболее вероятно образование мельчайших пор у линии сплавления, что чаще всего наблюдается при сварке алюминия, меди и их сплавов
...
Так, на стадии образования устойчивых зародышей газовых пузырьков основными факторами, влияющими на этот процесс, будут пересыщение расплава (как отмечалось выше), поверхностное натяжение на границе раздела фаз, наличие межфазных границ и смачиваемость этих границ расплавленным металлом
...
Русанова, что в области малых радиусов кривизны поверхностное натяжение всегда понижается с их уменьшением и становится равным нулю, когда радиус кривизны поверхности натяжения обращается в нуль
...
Исходя из этого, приходим к выводу, что давление поверхностной пленки металла не может быть непреодолимым препятствием образованию и росту газовых зародышей в объеме жидкого металла
...
Форма пузырькок, образовавшихся на поиерхности твердого металла: /— жидкий металл смачивает твердую поверхность лучше газа; II — газ смачивает твердую поверхность лучше жидкого металлаРис
...
Схема роста газового пузырька, инициируемого зазором между кромками свариваемого металла, хорошо смачиваемыми жидким металломрыва основной массы пузырька на поверхности твердой фазы остается линзоподобный пузырек
...
При хорошей смачиваемости твердого металла жидким поверхность последнего окажется выгнутой, а ее радиус кривизны г будет равен половине ширины зазора 53/2 (рис
...
Газ, находящийся в зазоре, будет зародышем пузырька, который является устойчивым, если 5э/2 Лф- Следовательно, в случае хорошего смачивания кромок свариваемых пластин жидким металлом центрами образования зародышей станут лишь те зазоры, ширина которых больше 2гкр
...
Схема роста газового пузырька, инициируемого зазором между кромками свариваемого металла, плохо смачиваемого жидким металломВ случае, когда кромки свариваемых пластин плохо смачиваются жидким металлом, поверхность металла в зазоре будет выпуклой в сторону газовой фазы (9 90°)
...
Схема образования газовых зародышей на неметаллических включениях: а — мелкое включение; б — крупное включение, плохо смачиваемое металлом; в — крупное включение, хорошо смачиваемое металломи шлака
...
С повышением концентрации газа в металле и шлаке уменьшается критический радиус зародыша и увеличивается интенсивность появления зародышей, причем значение критического газового зародыша в этом случае гораздо меньше, чем в случае его возникновения в гомогенной среде при той же степени пересыщения
...
Поверхностно-активные элементы (в условиях сварки это в первую очередь кислород и сера), «блокируя» поверхность раздела фаз, могут оказывать существенное влияние на массопередачу газа из объема расплавленного металла в газовый зародыш, а следовательно, и скорость роста пузырька, его отрыв и всплывание из металлического расплава
...
Благодаря этому электроды с покрытием основного вида образуют высокоосновные хорошо раскисленные шлаки; металл шва — глубокоуспокоенная сталь с массовой долей кремния 0,3
...
Однако оставалось неясным, почему водород вызывает поры, если содержание его в швах, по экспериментальным данным, значительно ниже растворимости в твердом железе при температуре плавления ]2]
...
Корицким зафиксировать в металле, наплавленном электродами с карбонатно-флюоритным покрытием, содержание водорода, в несколько раз превышающее количество водорода, определенное в работе [2]
...
Иные факторы, которые способствуют достижению этого уровня содержания водорода в сварочной ванне (наличие влаги, ржавчины, масла, краски или других загрязнений органического происхождения на свариваемых кромках металла), будут также вызывать образование пористости
...
Чем меньше значение межфазного натяжения, тем лучше шлак смачивает металл, а следовательно, тем меньше вероятность непосредственного контакта металла с газовой фазой
...
Предупредить «стартовую» пористость позволяют некоторые технологические приемы: поджигающие импульсные приставки к источникам питания, срабатывающие в мо-момспт зажигания дуги и обеспечивающие «горячий старт»; свер-Таблща 3
...
Влияние состава карбонатно-флюоритного покрытия на защитные свойства шлакаление отверстий в торце электрода для увеличения плотности тока и уменьшения длины дуги в начальный период сварки; нанесение специальных ионизирующих составов на торец электрода и др
...
Однако указанные приемы не устраняют образование пористости, связанной с нарушением стабильности горения дуги, с характером переноса электродного металла
...
Низкая стабильность горения дуги и крупнокапельный перенос металла, вызывающие соответственно обрывы дуги и «примерзание» электрода к изделию, требуют повторного возбуждения дуги, т
...
Последнее обусловлено тем, что при удлинении дуги происходит рост капель электродного металла, периодически сокращающих длину дуги и уменьшающих мгновенные значения напряжения на дуге (рис
...
Поэтому в данной работе при определении порогового значения напряжения дуги наосциллограммах измерялось среднее напряжение £/уср в областиэтих максимальных значений (рис
...
Зависимость изменения напряжения от времени удлинения дуги: т, — полное время удлинения дуги; тл, — длительность последующихпериодов с максимальным напряжением (удлинением) дуги; ису9, , и** —средние значения напряжения дуги в отрезки времени ту, тУ[ , ху;Такой подход позволяет учитывать различие в напряженности электрического поля в столбе дуги для разных электродов и позволяет сопоставлять полученные данные
...
Графики, характеризующие оценку склонности металла шва к образованию пор при удлинении дуги: а — электроды АНО-9; б — электроды В-5; О — поры есть; • — пор нетуменьшается систематическая составляющая погрешности определения напряжения дуги
...
По оси абсцисс отмечена длительность ту превышения напряжения 1/я выше определенного уровня, а по оси ординат — соответствующее значение напряжения удлиненной дуги
...
Наличие такой широкой переходной зоны объясняется тем, что вероятность зарождения поры зависит не только от удлинения дуги, но и от протекания других процессов (роста капель на торце электрода, направления потока газов и т
...
Влияние длительности коротких замыканий на степень удлинения дуги при сварке (средние данные пяти экспериментов)* Сварка опиранием на короткой дугеличением длительности коротких замыканий относительное удлинение дуги уменьшается, и наоборот
...
В то же время с изменением состава покрытия изменяется и эффективность газовой защиты электродного металла, что также может оказать заметное влияние на порообразование
...
При этом установлено, что чем больше средний размер переходящих электродных капель при установившемся процессе сварки, тем они крупнее и при зажигании (возобновлении) дуги
...
Штриховой линией показана граница «примерзания» электродов-'«ниеи показаналочное, как наименее удобное для сварщика и характеризующееся, по сравнению с другими положениями, наибольшим процентом брака
...
В этом случае наблюдается наиболее крупнокапельный перенос металла, который затрудняет манипулирование электродом при сварке и приводит к образованию дефектов в шве
...
В значительной степени эта ситуация обусловлена плохими защитными свойствами высокоосновных шлаков, которые плохо покрывают каплю на торце электрода и головную часть сварочной ванны
...
Эти меры предусматривают следующее:а)в состав покрытия основного вида не вводят минералы, содержащие связанную влагу, или ограничивают их количество в покрытии 1
...
Поры в швах, сваренных электродами с покрытием рутилового видаШлакообразуюшуго основу покрытий ругилового вида составляют рутиловый концентрат, различные алюмосиликаты (полевой шпат, слюда, каолин и др
...
Газовая зашита расплавленного металла осуществляется за счет газов, образующихсяпри сгорании органических добавок (целлюлозы, карбоксиметил-целлюлозы) и диссоциации карбонатов (если они входят в состав покрытия)
...
Среди исследователей распространено мнение, что основной причиной пористости при высокотемпературной прокалке рутиловых электродов и повышении силы тока является разложение органических составляющих, ухудшение газовой защиты и, как следствие, повышенная абсорбция азота [3, 49]
...
Влияние температуры прокалки электродов АНО-4 и атмосферы дуги на массовую долю азота в тавровых швахние влаги в покрытии определяли, сжигая его в потоке осушенного кислорода [48], Этот метод имеет существенные преимущества но сравнению с обычным методом прокалки до постоянного веса, так как позволяет учесть не только свободную, но и связанную (кристаллизационную, конституционную) влагу, которая удаляется при 400
...
При введении в рутиловые покрытия активных раскислителей (кремния, титана, алюминия) или попадании их в сварочную ванну из основного металла начинает развиваться кремневосстановительный процесс [27], вследствие этого содержание кремния в металле шва возрастает
...
Для предупреждения попадания влаги в поры внутренняя поверхность шлаковой корки, отделявшейся полностью от поверхности шва без разрушения, проклеивалась очень тонкой лакированной конденсаторной бумагой
...
Приведенные результаты экспериментов показывают, что при сварке рутиловыми электродами содержание водорода в металле шва близко или больше уровня растворимости водорода в железе при температуре плавления
...
Таким образом, при высокой концентрации водорода и достаточно высоком содержании кислорода в сварочной ванне образовавшиеся пузырьки газа быстро достигают критического размера, отрываются и всплывают, опережая движение фронта кристаллизации
...
При малом пересыщении металла газами процесс их выделения из жидкого металла при охлаждении идет вяло и в момент кристаллизации, когда пересыщение возрастает, в металле образуются поры
...
При более высоких концентрациях водорода в металле, наплавленном рутиловыми электродами, благодаря большому пересыщению металла газом создаются благоприятные условия для дегазации жидкого металла при его охлаждении, при которых ур укр
...
Микрофото внутренних пор, встречающихся в швах, выполненных электродами с руднокислым и рутиловым покрытиямиПри сварке на повышенных силах тока либо при использовании перекаленных электродов эти поры не выходят наружу, локализуясь, как правило, в корне шва (рис
...
Увеличение окислительного потенциала покрытия достигали изменением соотношения Ре203: РеМп (серия МК) при сохранении постоянных количеств остальных составляющих
...
Содержание диффузионного водорода определяли в эвдиометрах под водным раствором глицерина, остаточного водорода, кислорода и азота — методом вакуум-плавки на установке VH-6
...

Применение взрыва в сварочной технике
Поверхностные явления при сварке металлов
Металлургия дуговой сварки: Процессы в дуге и плавление электродов
Металлургия дуговой сварки: Взаимодействие металла с газами
Дефекты сварных швов
Інженерія поверхні: Підручник
Соединение металлов в твердой фазе

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

admin

Металлургия дуговой сварки: Взаимодействие металла с газами