Главная


Оcновы сварки судовых конструкций




Листать книгу
Листать
Страницы: 1 ... 20 ... 60 ... 100 ... 140 ... 180 ... 220 ... 260 ... 279
40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79


скачать книгу Оcновы сварки судовых конструкций




Одиопостовые электромашинные преобразователи с падающей характеристикой представляют собой агрегат, состоящий из однопо-стового сварочного генератора на одном валу с приводным электро­двигателем, смонтированными в одном корпусе. Электрическая схе­ма такого преобразователя с независимой обмоткой возбуждения приведена на рис. 3.8.
...
£/? - магнитное сопротивление магнптопровода генератора (по­люсов, якоря, воздушного зазора, корпуса), А/Вб; / -- сила тока независимой обмотки, А; XV - число витков обмотки независимо­го возбудителя; /п. - сила сварочного тока, А; \Т. - число витков последовательной обмотки.
...
При коротком замыкании резко возрастает ноток Фг, что значи­тельно уменьшает результирующий поток; ЭДС, индуцируемая в яко­ре, резко падает и практически вся расходуется на падение напряже­ния во внутренней цепи - напряжение на зажимах генератора приближается к нулю, и это ограничивает ток короткого замыкания величиной
...
ные выпрямители. Исключением являются работающие в полевых ус­ловиях и состоящие из двигателя внутреннего сгорания и сидящего на его валу генератора. Выпрямитель состоит обычно из одно- или трех­фазного (рис. 3.9) трансформатора (I), устройства для регулирования тока и внешней характеристики - дросселя (II) и блока полупроводни­ковых выпрямителей - вентилей (III). У выпрямителя с трехфазным трансформатором в каждую шестую часть периода включаются пооче­редные пары вентилей (1 и 5, 2 и 4, 3 и 6 и т. д.), в результате чего на выходе получается пульсирующий постоянный ток (300 Гц). Для полу­чения падающей характеристики и ее регулирования служат индуктив­ные сопротивления - дроссели (II).
...
Из этого выражения можно заключить, что величину силы тока короткого замыкания, а значит, и величину сварочного тока рабочего режима можно регулировать следующими способами:
...
Наиболее простым способом является регулировка силы тока в обмотке независимого возбуждения с помощью реостата Яц
...
Если включить обмотки генератора так, чтобы их магнитные пото­ки были направлены в одну сторону, то это обеспечит жесткую или возрастающую ВАХ (ПСГ-350, ПСГ-500, ГД-2001, ГД-4004, ГД-5001 и т. д.). Существуют универсальные преобразователи, которые предус­матривают возможность изменения витков последовательной обмот­ки и согласное включение обеих обмоток, что обеспечивает переход от падающей характеристики различной крутизны к жесткой (ПСУ-500), возможны и другие варианты (ПСУ-300). Электромашинные преобразователи обеспечивают стабильное горение сварочной дуги, но требуют тщательного ухода во время эксплуатации (притирка ще­ток, смазка подшипников).
...
Для создания падающей характеристики на посту 2 в цепь, по­следовательно с дугой, включается балластный реостат (активное омическое сопротивление #,). Он же служит для регулировки силы тока на данном сварочном посту. Примером многопостового элект-ромашпнного преобразователя служит ГДУ02502 (снят с производ­ства), многопостового выпрямителя ВДМ-3001 и ВДМ-1201. Из со­временных однопостовых сварочных выпрямителей распространены универсальные тиристорные выпрямители ВДУ-505, ВДУ-506, ВДУ-1202, ВДУ-306.
...
В последнее время получили распространение инверторные ис­точники питания с преобразованием частоты. В них регулировка мощности производится изменением частоты и регулировкой ем­кости рабочих конденсаторов. Такие источники имеют малые га­бариты и массу. Величина сварочного тока, получаемого от таких источников, достигает 500 А, что вполне достаточно для наиболее распространенных способов дуговой сварки. Подобный источник -INVERTEC V-4001, предназначенный для дуговой сварки штуч­ными и неплавящимися электродами с возможностью создания режимов импульсной сварки на токах до 400 А (выпускает завод «Электрик»).
...
Современные источники питания зарубежных фирм в доста­точной мере универсальны, способны легко регулировать режимы сварки и настраиваться на любые характеристики. В современных универсальных источниках питания предусмотрены схемы, обес­печивающие питание дуги при сварке плавящимися и неплавящи­мися электродами импульсным током. В этом случае процесс свар­ки происходит при непрерывно горящей маломощной дуге (дежурной) и периодически зажигающейся импульсами тока мощ­ной дуге.
...
Для обеспеченного первоначального и повторного зажигания дуги (например, при сварке вольфрамовым электродом, плазменной свар­ке и резке и т. д.) применяют искровые осцилляторы и импульсные генераторы, использующие накопительные емкости, которые заряжа­ются от специального зарядного устройства и разряжаются в момент повторного возбуждения дуги.
...
Остальные операции выполняются автоматически. Автомат (или полуавтомат) входит в состав сварочной установки, а в состав любого автомата (полуавтомата) входит в качестве основного узла свароч­ная головка, осуществляющая подачу электродной проволоки в зону горения дуги. Для стабильного процесса сварки в этом случае необ­ходимо соблюдение условия
...
Собственно схема работы головки повторяет порядок операций, про­изводимых при ручной сварке. Однако такой принцип построения голов­ки приводит, например, к тому, что автомат должен иметь два двигателя: один для подачи проволоки, другой для привода каретки.
...
Стабильный режим сварки обеспечивается за счет явления само­регулирования дуги. Путем саморегулирования, при rini = const, уда­ется сохранить заданные изначально параметры режима сварки, обес­печив критерий стабильности процесса (('llll = rii). Само явление заключается в том, что при случайных нарушениях длины дуги в свя­зи с изменением силы сварочного тока 7>н и напряжения на дуге [7 самопроизвольно изменяется и скорость плавления проволоки v
...
Качественно механизм саморегулирования можно представить следующим образом. Даже при небольшом изменении длины дуги меняются режим плавления электрода и две вышеназванные скорос­ти. В результате длина дугового промежутка восстанавливается. Ско­рость этого восстановления
...
Этот краткий качественный анализ показывает, что процесс са­морегулирования происходит тем энергичнее, чем больше меняется величина сварочного тока при отклонении длины дуги на одну и ту же величину, что характерно для более пологих внешних характе­ристик источника питания. Отсюда следует вывод о том, что голов­ки, построенные по первому принципу (принудительного регулиро­вания), хорошо работают с источником, имеющим крутопадающие внешние характеристики, головки с постоянной скоростью подачи -с пологопадающими и жесткими ВАХ.
...
Система саморегулирования весьма надежна при высоких плот­ностях тока (проволока диаметром 1,0...3,0 мм) и при колебаниях напряжения в питающей сети до 8%. Определенным недостатком этой системы является нарушение ее действия при различных возму­щениях (резкое изменение длины дуги из-за неровности изделия, изменение вылета электрода, резкие колебания напряжения в питаю­щей сети и др.). Система с принудительным регулированием скорос­ти подачи рациональна при относительно небольших плотностях тока (диаметр электродной проволоки 4,0...6,0 мм в диапазоне токов 400...700 А). Поэтому головки системы с саморегулированием целе­сообразно использовать при автоматической и полуавтоматической сварке под флюсом и в С02 при малых диаметрах проволок 1,0...2,0 мм и в роботизированных комплексах, а систему с принудительным регулированием - в автоматах для сварки под флюсом при диаметре электродной проволоки 4,0 мм и выше.
...
Наибольшее распространение в судостроении получили автома­ты тракторного типа, перемещающиеся непосредственно по изделию. Здесь механизированы две основные операции: подача электродной проволоки в зону горения дуги и перемещение дуги по линии сварного
...
соединения. Такие автоматы предназначены для сварки прямолиней­ных протяженных сварных соединений (как стыковых, так и тавро­вых) и делятся на два типа, в соответствии с типами головок для механизированной подачи электродной проволоки. К первому от­носятся автоматы со скоростью подачи электродной проволоки в за­висимости от напряжения на сварочной дуге. Наиболее известны из них, выпускаемые отечественной промышленностью (завод «Элект­рик»), автоматы АДФ-1000* (рис. 3.13), предназначенные для свар­ки на постоянном токе до значений 1000 А. От ранее выпускаемых автоматов серии АДС они отличаются более современной схемой управления и конструктивным оформлением трактора. На каретке такого трактора установлен двигатель для его перемещения, пульт управления, на котором размещены приборы контроля параметров режима сварки (7,и и [/, г'п), кассета с запасом электродной проволо­ки, бункер с флюсом и сварочная головка, имеющая механизм пода­чи электродной проволоки и токоподвод.
...
Автоматы второго типа, более простой конструкции, работают с го­ловками постоянной скорости подачи электродной проволоки с явле-
...
ниєм саморегулирования луги. В них имеется один низковольтный асин­хронный двигатель переменного тока, осуществляющий одновременно перемещение трактора и подачу электродной проволоки в зону горения дуги с постоянной скоростью. Скорости подачи проволоки и перемеще­ния каретки могут ступенчато регулироваться сменой пар шестерен.
...
Такие тракторы конструкции Института электросварки им. Е. О. Патона (г. Киев) имеют разное конструктивное выполне­ние. Они могут быть однодуговыми (ТС-17 МУ/3, ТС-44) и двух­дуговыми (ДТС-45). Есть вариант трактора для сварки угловых швов (ТС-17Р). Для односторонней сварки под флюсом прямолинейных швов в судостроении применяют автомат «Бриг» с формированием однопроходного шва с помощью обратного медного ползуна.
...
ЦНИИ ТС с учетом специфики судостроительных конструкций разработал трактор типа АСУ-5А (рис. 3.14). Трактор имеет два дви­гателя и предназначен для сварки тавровых соединений при высоте вертикальной стенки более 40 мм.
...
нов через понижающий давление редуктор, через систему гиокпх шлангов в горелку, служащую для вытеснения защитным газом воз­духа из района плавления металла. В оборудовании для сварки в за­щитных газах (СО.,, Аг) используется автомат для сварки плавящим­ся электродом сталей и цветных металлов стыковых и угловых швов в нижнем положении (рис. 3.1.)).
...
Для дуговой сварки сталей различными способами (под флюсом и в среде защитных газов) применяют шланговые полуавтоматы с подающими механизмами толкающего типа, предназначенные для сварки тонкой проволокой (0,8...2,5 мм). Такого рода установки име­ют разнообразные конструктивные исполнения в зависимости от фирмы-изготовителя. Однако структурное их построение примерно одинаково. Они состоят из источника питания, подающего механиз­ма, гибкого шланга и сварочной горелки для плавящегося или непла-вящегося электрода.
...
В последнее время полуавтоматы для сварки под флюсом практи­чески не выпускаются промышленностью; их заменили полуавтоматы для сварки в защитных газах, изготовляемые многими отечественны­ми и зарубежными фирмами в различных модификациях. Одной из основных частей таких установок являются гибкие шланги (рис. 3.16), предназначенные для подачи электродной проволоки малого диаметра в сварочную горелку.
...
используемой силы тока, шланг заканчивается сварочной головкой с воздушным охлаждением при сварке проволокой диаметром 0,8...1,4 мм на токах до 150 А или с водяным охлаждением при сварке проволокой диаметром 1,6...2,0 мм на токах до 500 А. Длина гибкого шланга колеблет­ся от 2,5 до 4,0 м.
...
Примерами таких полуавтоматов являются ПДГ-200, ПДГ-351, «Гра­нит», выпускавшиеся отечественной промышленностью. В настоящее время судостроительные заводы часто используют импортные полуавтоматы различных фирм (например, фирмы «КЕМПИ»), ко­торые обладают достаточной универсальностью, позволяя произво­дить сварку в защитных газах и их смесях в широком диапазоне ре­жимов как постоянно горящей, так и импульсной дугой. Источники тока таких полуавтоматов позволяют вести сварку как неплавящим-ся, так и плавящимся электродом (при соответствующей замене сва­рочных горелок) и предназначены для сварки различных материалов (сталей различного класса, алюминиевых сплавов и т. д.). При сварке неплавящимся электродом необходимость в гибких шлангах подачи проволоки отпадает, изменяются и комплектующие инструменты го­релки.
...
Многолетний опыт применения различных по конструкции авто­матов, построенных на перечисленных принципах головок для пода­чи электродной проволоки, показал, что качество выполненных швов не всегда соответствует нормативным требованиям. Виной этому слу­жат низкая точность вырезаемых деталей (что делает необходимым подгонку для соблюдения нормативных требований по конструктив­ным параметрам подготовки кромок) и невозможность изменения параметров режимов, что приводит к появлению прожогов, непрова-ров, уменьшению сечения шва и часто требует дорогостоящего ре­монта швов с последующим их контролем.
...
Поэтому в последнее десятилетие особенно активизировались работы по созданию автоматов с числовым программным управ­лением (ЧПУ). Такие автоматы обеспечивают полный объем ав­томатизации многих операций. Они позволяют считывать разме­ры разделки кромок в каждом сечении соединения с передачей этих сигналов в программное устройство автомата. Это устрой­ство обеспечивает автоматический выбор сварочного тока, на­пряжения дуги и скорости сварки в зависимости от изменения считываемых параметров; направление дуги по стыку с заданной точностью; производит включение и поддержку режима сварки, а также выключение тока и подачи газа при окончании сварки. Такой автомат для двудуговой сварки под флюсом типа «Мир»
...
был создай [ЩИИ ТС*. Он обеспечивает автоматическое управ­ление процессом электродуговой сварки плавящимся электродом по возмущениям, связанным с отклонениями размеров и поло­жения подготовленного иод сварку стыка от некоторых средних значений.
...
Опыт применения такого оборудования однозначно свидетель­ствует о том, что созданное программное обеспечение позволяет зна­чительно улучшить качество сварных швов, уменьшить объем ремон­тных работ. Поэтому переход на программно-управляемую технологию автоматической сварки с использованием автоматов с ЧГГУ типа «Мир» (или подобных ему) представляется, несомненно, перспек­тивным.
...
В то же время, в промышленно развитых странах для выполнения различных технологических процессов, в том числе и для сварки, все чаще используют роботов. Особые требования, предъявляемые к свар­ке судовых корпусных конструкций, побудили ЦНИИ ТС к созданию семейства сварочных роботов с учетом судостроительной специфики. Так, промышленный робот «Луч-01» предназначен для электродуговой сварки плавящимся электродом диаметром 1,2...1,6 мм в С07 или в сме­си кислородсодержащих газов. Обслуживая зону 570 х
...
Промышленный робот «РМ-01» предназначен для электродуго­вой сварки в CO., электродной проволокой диаметром 1,2...1,4 мм судовых конструкций. Робот имеет манипулятор, представляющий собой многозвенный механизм с шестью степенями подвижности, работающий в сферической системе координат. Программирование выполняется путем ввода с клавиатуры видеотерминала и записи в ОЗУ инструкций, предназначенных для управления роботом (с запи­сью на гибкий магнитный диск для возможности повторного исполь­зования). Пульт ручного управления используется для обучения
...
робота по программируемым точкам позиционирования. Програм­мирование производится в диалоговом режиме на робото-орпенти-рованном языке высокого уровня АИЛ'^.
...
Существует портальный сварочный робот для электродуговой: свар­ки плавящимся электродом в СО, проволокой малого диаметра угло­вых швов тавровых соединений судовых корпусных конструкций с вы­сотой набора не более 250 мм. Здесь в качестве манипулятора использована механическая часть машины для тепловой резки с ЧПУ типа «Гранит» - ТПл-2,5, которая оборудована сварочной головкой со степенями подвижности и серийными УЧПУ.
...
Применение роботов для сварки в судостроении может резко со­кратить использование ручного труда и повысить качество сварных швов, однако, в каждом конкретном случае, с учетом изготавливае­мых конструкций, необходима тщательная технико-экономическая проработка проекта.
...
3-я степень - механическая неоднородность. Поскольку зоны свар­ного соединения имеют различную структуру и химический состав, то в этих зонах наблюдается различие механических свойств. Как правило, во многих случаях химический состав металла шва выбира­ют так, чтобы прочность металла шва была несколько ниже прочнос­ти основного металла. А для получения равнопрочного сварного со­единения недостаток прочности компенсируется увеличением сечения шва за счет усиления. Кроме этого, менее прочный металл шва при действии напряжений растяжения работает как «мягкая про­слойка», приводя к получению в металле шва (особенно при щелевой разделке кромок) объемного напряженного состояния и увеличению предела прочности сварного соединения при растяжении, обеспечи­вая, таким образом, его равнопрочность даже при малой (технологи­ческой) высоте усиления шва.
...
4-я степень - геометрическая неоднородность, заключающаяся в изменении сечения из-за наличия усиления шва, которое может иметь разный радиус перехода г к основному металлу. При большой высоте усиления (низкая прочность металла шва) радиус перехода может быть мал, что при нагрузке соединения вызывает в месте пе­рехода высокую геометрическую концентрацию напряжений. Это, особенно в конструкциях из высокопрочных материалов, требует принятия специальных мер для увеличения радиуса перехода г (на­плавки «холостых» валиков - галтелей, специальной механической обработки и др.).
...
Основные изменения при сварке плавлением характерны для ме­талла ЗТВ, где они происходят под влиянием сосредоточенного ис­точника теплоты - сварочной дуги. Сущность этих изменений хоро­шо согласуется в сопоставлении температур нагрева различных объемов металла ЗТВ с диаграммой состояния сплава (в данном слу­чае Ре-С) основного металла. На рис. 4.2 рассмотрены изменения, происходящие при сварке низкоуглеродистой стали с концентраци­ей углерода С.
...
Непосредственно рядом со швом находится участок неполного расплавления основного металла. Участок I (нагретый от температур 1100... 1200 °С) называется участком перегрева и характеризуется
...
Любое сварное соединение, выполняемое сваркой плавлением, нарушает структурную однородность прокатного, кованого или лито­го металла, который может применяться для сварной конструкции. Такое сварное соединение имеет четыре степени неоднородности. В сварном соединении следует различать 3 зоны (рис. 4.1): I - литой металл шва, представляющий собой сплав наплавленного (электро­дного) и расплавленного основного металлов; II - ЗТВ, представляю­щая собой «сэндвич» различных структур, образовавшихся в основ­ном металле в результате сварочного нагрева; III - не измененная нагревом текстура основного металла. Отсюда определяются и степе­ни неоднородности.
...
имеет и предварительная термическая обработка полуфабрикатов (закалка-отпуск, нормализация). Эти операции ведут к изменению механических свойств в ЗТВ (см. рис. 4.2, а-в).
...
В интервале температур 100...500 °С структура металла не претер­певает сколь-либо значительных изменений, однако, при повышен­ном содержании в металле кислорода и азота здесь может происхо­дить «старение» металла, сопровождающееся снижением ударной вязкости.
...
Строение ЗТВ во многом зависит от химического состава стали (сплава), предварительной термической обработки свариваемых де­талей, применяемых способов, режимов и технологии сварки.
...
Так, однопроходная сварка воздействует на металл зоны одно­кратно, многопроходная приводит к автоматической термической обработке металла зоны от предыдущего прохода каждым последу­ющим. При сварке короткими участками околошовная зона (так же, как и шов) длительное время находится в нагретом состоянии. Помимо структурных изменений это приводит к увеличению ширины ЗТВ. Последующие слои термически воздействуют на ра­нее нагретый металл зоны, производя ее автотермообработку. Такое же тепловое влияние последующие слои оказывают и на литой ме­талл предыдущего шва. В нем тоже возникает ЗТВ, строение и струк­тура которой значительно отличаются от ЗТВ в основном металле, подвергавшемся прокатке. Эта зона на участке перегрева не имеет крупного зерна и характеризуется мелкозернистыми структурами с повышенными пластическими свойствами.
...
Необходимо отметить некоторые особенности свойств участ­ков ЗТВ. К ним относится область сплавления, находящаяся меж­ду линиями ликвидус-солидус диаграммы состояния. Для многих сталей этот интервал невелик (30...40 °С), и зона сплавления имеет небольшую ширину, ограниченную размерами 0,08...0,1 мм при руч­ной дуговой сварке и 0,15...0,2 мм при электрошлаковой и газовой сварке. Изменения химического состава в этой зоне невелики. Кро­ме некоторого перераспределения серы и водорода, структура крупнозернистая, постепенно переходящая к структуре перегрева. В этом участке довольно часто образуется «видманштетова» струк­тура, характеризующаяся резко выраженной направленностью ферритных выделений. Эта структура приводит к охрупчиванию металла, снижению ударной вязкости до значений 2...3 кгс/см2 (0,2...0,3 МДж/м2). Видманштетова структура возникает при боль­шом перегреве металла и более характерна для газовой сварки, чем для дуговой.
...
Рис. 4.2. Микроструктура и свойства основного металла в ТГВ (схема) и характер изменения механических свойств при сварке:
...
Для сталей структурные составляющие, полученные в разных учас­тках ЗТВ, при распаде аустенита определяются скоростями охлажде­ния металла и его химическим составом. При соответствующем изме­нении структурных составляющих и размера зерна в разных участках ЗТВ изменяются и ее механические свойства (см. рис. 4.2).
...
В последнем случае на участке IV наблюдается падение твердости (отпуск). Участок перекристаллизации в случае сварки незакалива-ющихся сталей характеризуется повышенной ударной вязкостью и пониженной твердостью, что определяется мелкозернистой его струк­турой.
...
Ширина ЗТВ зависит от теплофизических свойств основного металла и погонной энергии, определяемой параметрами режима дан­ного способа сварки. Так, при сварке встык листов со сквозным про-плавлением общая ширина ЗТВ (см. рис. 4.2) будет равна
...
В соответствии с существующей теорией кристаллизации для пе­рехода из жидкого состояния в твердое необходимо образование за­родышей (центров кристаллизации) твердой фазы и их рост за счет частиц, находящихся в кристаллизующейся жидкости. И для того, и для другого требуется понижение температуры ниже некой крити­ческой (так называемое переохлаждение, когда температура на ка­кую-то величину снижается по сравнению с температурой плавле­ния). Если кристаллизуется чистый металл, то его конечная структура характеризуется условиями зарождения и роста кристаллов. В этом случае при кристаллизации даже больших объемов металла его со­став по объему может оказаться одинаков.
...
По-иному протекает кристаллизация сплавов; здесь имеет место неоднородность образования твердой фазы, определяемой процесса­ми ликвации. Ликвация вызывается различной растворимостью ле­гирующих добавок (примесей) в твердой и жидкой фазах сплава. Для равновесной диаграммы состояния двухкомпонентных сплавов с эвтектикой при понижении температуры (до линии ликвидуса) в сплавах с исходной концентрацией примеси С() первые кристаллы будут иметь состав в соответствии с точкой / (рис. 4.3, а).
...
Естественно, что с увеличением погонной энергии растут размеры ЗТВ, что ярко выражено в случае ЭШС. Строение и свойства ЗТВ во многом определяют прочностные свойства и эксплуатационную на­дежность всего сварного соединения.
...
Под кристаллизацией понимают процесс формирования первич­ной структуры при затвердевании жидкого металла. По мере охлаж­дения расплавленного металла снижается подвижность его частиц и возрастают силы, которые ниже какой-то критической температуры Г() стремятся удержать эти частицы в узлах кристаллической решет­ки, характерной для твердого тела. При этой температуре, равной тем­пературе плавления, равновероятно и твердое, и жидкое состояние данного тела.
...
Фактические скорости роста кристаллов даже в слитках значи­тельной массы всегда имеют большие значения, и удаление примеси в незакристаллизовавшийся металл происходит не полностью. Если предположить, что скорость кристаллизации мала (стремится к нулю), то застывший металл долго находится при повышенной тем­пературе (здесь скорости диффузии элементов в жидком металле велики), примесь может выровнять свою концентрацию по всему объему, и конечной неоднородности состава наблюдаться не будет. При некотором повышении г исходная неоднородность еще вели­ка и одновременно сокращается время на выравнивание содержа­ния примеси в застывающем металле, что приведет к увеличению ликвационной неоднородности металла. Наиболее велика ликваци-онная неоднородность в кипящей стали, где диффузия в процессе затвердевания усиливается «кипением» (перемешиванием стали в процессе кристаллизации).
...
Известно также, что кроме неравномерности распределения при­меси во всем объеме закристаллизовавшегося металла имеется нео­днородность распределения примеси в осях и межосевых промежут­ках дендритов (дендритная неоднородность). Влияние скоростей роста дендритов (скорости охлаждения) на дендритную неоднород­ность такое же, как и ее влияние на зональную неоднородность.
...
Теория кристаллизации сварочной ванны возникла на базе общей теории кристаллизации металлов и теории кристаллизации слитков (отливок). Необходимость создания такой самостоятельной теории обусловлена рядом специфических особенностей, присущих процес­су сварки. Основными из них являются:
...
1) условия кристаллизации металла сварочной ванны, когда в нее вводится теплота от локализованного движущегося сварочно­го источника тепла (сварочной дуги);
...
равно числу кристаллов оплавленных рекристаллизованных зерен, а границы, формирующиеся между кристаллитами, являются про­должением границ рекристаллизованных зерен основного металла.
...
Скорости роста кристаллитов по различным кристаллографичес­ким направлениям различны. К тому же скорость роста конкретного кристаллита определяется термоконцентрационными условиями, сло­жившимися в окружающем расплаве. По мере роста от линии сплавле­ния к центру ванны кристаллиты сталкиваются и вступают во взаимо­действие друг с другом. В этих условиях действует механизм так называемого конкурентного роста кристаллитов - кристаллиты, име­ющие наиболее благоприятное расположение по отношению к макси­мальному температурному и концентрационному градиентам, выкли­нивают менее благоприятно расположенные кристаллиты.
...
В каждый данный момент времени кристаллиты стремятся про­должить свой рост. Те из них, у которых кристаллографическое направление максимально близко или совпадает с направлением теплового потока через межфазную поверхность, имеют траекто­рии роста кристаллитов в металле шва в виде пространственных кривых, направление которых в данный момент времени совпада­ет с направлением нормали к касательной в данной точке поверх­ности сварочной ванны. Исходя из предположения, что кристал­лит должен расти по нормали к межфазной поверхности, и в результате проведенных металлографических исследований М. В. Шаманиным была установлена связь между скоростью кристаллизации и скоростью сварки
...
где сх0 - угол между нормалью к касательной межфазной поверхности в заданной точке и направлением вектора скорости сварки (рис. 4.5, а).
...
С учетом конкурентного роста кристаллитов направление их рос­та в ряде случаев может существенно отличаться от нормали к меж­фазной поверхности на значение Дсх0. Такой случай является более общим для условий сварки, и для него рассчитанная по вышеприве­денной формуле скорость кристаллизации окажется несколько зани­женной. Точнее будет расчет по формуле
...
где Да - угол между осью кристаллита и направлением нормали к межфазной поверхности в данной точке (рис. 4.5, б).
...
веществ и т. п., которые существенно снижают энергию межфазового перехода. При этом процесс образования новой твердой фазы всегда происходит только по гетерогенному механизму (рост начинается на готовых подкладках как центрах кристаллизации, такими подкладками при сварке являются, главным образом, полурасплавившиеся зерна ос­новного металла, частички модификаторов и т. п.).
...
В определенных условиях рост твердой фазы происходит в объе­мах расплава, температура которого может даже несколько превы­шать равновесную температуру сплава. Рядом исследователей было показано, что при малых скоростях кристаллизации у межфазной поверхности со стороны жидкой фазы концентрация легирующих компонентов существенно повышается вследствие их разной фазо­вой растворимости. Образуется так называемая зона концентраци­онного уплотнения (рис. 4.6, а).
...
Размеры и форма кристаллитов в металле шва в каждом конкрет­ном случае связаны со строением фронта кристаллизации сварочной ванны, который в свою очередь определяется термоконцентрацион­ными процессами у межфазной поверхности (режимом сварки, хим­составом основного и присадочного металла и др.).
...
В общем случае в сварочной ванне могут наблюдаться следующие формы кристаллизации фронта: гладкая, ячеистая, ячеисто-дендрит-ная и дендритная с равноосными кристаллами перед фронтом крис­таллизации. Однако на практике мы имеем дело лишь с частью пере­численных форм фронта. Для того чтобы в объеме жидкой фазы началось образование зародышей твердой фазы, ее фактическая тем­пература Гф должна опуститься ниже равновесной температуры кри­сталлизации ТЕ, т. е. необходимо, чтобы жидкость имела некоторое переохлаждение относительно температуры Г£. Требуемая величина термического переохлаждения А Г = Г£-Гф определяется такими фак­торами как количество примесей в расплаве, наличие модификато­ров, и увеличивается по мере увеличения чистоты расплава, дости­гая максимальных значений для сверхчистых металлов. Для последних образование твердой фазы в жидкую происходит по го­могенному механизму; при этом необходимая величина переохлаж­дения может достигать значений А Г « 0
...
Технически чистые металлы и различные сплавы кристаллизуются при меньшем значении переохлаждения - от нескольких единиц до не­скольких десятков градусов. Это объясняется наличием в расплавах ча­стиц тугоплавких соединений, модификаторов, поверхностно активных
...
изменении условий сварки. Было показано, что характер строения межфазной поверхности может быть определен в зависимости от условий кристаллизации (рис. 4.7). По одной оси этой диаграммы откладывается средняя концентрация примеси (содержание легиру­ющего элемента) в бинарном сплаве с концентрацией С(), а по дру­гой - некоторый параметр, равный отношению величины темпера­турного градиента у межфазной поверхности в жидкой фазе АГ к величине скорости роста кристалла г . С помощью этой диаграммы увязываются воедино как температурные, так и концентрационные условия роста твердой фазы.
...
межфазной поверхности в сварочной ванне (см. рис. 4.7). К анало­гичным последствиям должно приводить и повышение скорости свар­ки (если прочие параметры режима сварки и величина С{)
...
Характер первичной кристаллизации шва оказывает существен­ное влияние на формирование его макро- и микроструктуры, а для сплавов с полиморфным превращением - и на процесс вторичной кристаллизации. Структурное состояние металла шва, размеры кри­сталлитов и особенности их строения, в свою очередь, для боль­шинства металлов и сплавов определяют их пластические свойства и технологическую прочность. Так, выраженным направленным ро­стом кристаллитов и наличием достаточно толстых прослоек выде­ления вторичных фаз и эвтектик по их границам обуславливается уменьшение такой структурно-чувствительной характеристики как ударная вязкость металла шва. Поэтому разработан ряд способов, обеспечивающих измельчение и дезориентацию кристаллитов в процессе кристаллизации сварочной ванны, приводящих в резуль­тате к повышению механических и технологических свойств метал­ла шва. Эти способы могут быть разбиты на два направления: метал­лургические и внешнего физического воздействия.
...
Металлургический путь воздействия регулирует первичную структуру с помощью модификаторов 1-го рода. Процесс этот заклю­чается во введении в жидкий кристаллизующийся металл тугоплав­ких примесей со структурой, изоморфной кристаллизующемуся спла­ву, - они-то и являются принудительными центрами кристаллизации. Это достаточно легко удается при сварке относительно легкоплавких металлов (например, алюминиевых сплавов, где в качестве модифи­каторов используются Т1 или Ъг). При сварке стали появляются за­труднения, так как значительный перегрев и перемешивание металла в сварочной ванне способствуют дезактивации даже тугоплавких мо­дификаторов. Модифицирующие добавки обычно вводят через элек­тродную (или присадочную) проволоку (иногда через флюс). Воз­можно также применение модификаторов 2-го рода, представляющих собой поверхностно-активные примеси, которые обволакивают рас­тущие кристаллы, чем создают благоприятные условия для зарожде­ния и роста новых центров кристаллизации.
...
Представим, что режим сварки остался без изменения, а изме­нился химический состав расплава ванны (произошло повышение концентрации примеси С()). И если это изменение С{) не влечет за со­бой существенного изменения теплофизических свойств сплава в
...
либо в перемешивании его с помощью внешних электромагнитных по­лей. Взглядов на механизм воздействия этих факторов несколько. По одному из них, в жидком металле перед фронтом кристаллизации со­здаются силы, способные «отщеплять» ветви растущих дендритов (учи­тывая их малую прочность). При этом образуются в определенном тем­пературном интервале жидкого металла перед фронтом кристаллизации искусственно созданные центры кристаллизации, что и способствует дезориентации и измельчению структуры первичной кристаллизации.
...
Введение упругих колебаний в кристаллизующийся металл может производиться на низких (вибрация изделия) и ультразвуковых час­тотах. В последнем случае ультразвуковые колебания вводятся непо­средственно в жидкий металл кристаллизующейся хвостовой части сварочной ванны с помощью волновода, одним своим торцом закреп­ленным на магнито-стрикционном вибраторе. Это способ контактного ввода; он применим лишь при автоматической (или электрошлако­вой) сварке и требует создания специализированных приспособлений на автомате. Кроме того, введение наконечника волновода в жидкий металл ведет к его достаточно быстрому эррозионному износу - это является недостатком способа. Проще вводить ультразвук в свароч­ную ванну при ЭШС. Создаваемые при этом в жидком металле упру­гие колебания приводят к измельчению концов растущих кристал­литов и значительному измельчению макроструктуры: на рис. 4.8 приведена макроструктура закристаллизовавшегося металла алюми-ниево-магниевого сплава с введением ультразвуковых колебаний и без него. Для получения эффекта необходимо, чтобы силы трения, возникающие у фронта растущих кристаллов, были сопоставимы с прочностью металла растущих кристаллитов.
...
ным полем импульсного воздействия, создаваемых соленоидом, рас­положенным в зоне плавления электродной проволоки. Меняя амп­литуду и частоту следования разнополярных импульсов внешнего поля, можно менять картину гидродинамического перемешивания ме­талла, уменьшая его пористость и регулируя структуру. Метод более практичен, так как внешнее воздействие происходит без физическо­го контакта инструмента (соленоида) с жидким металлом ванны.
...
Под технологической свариваемостью данного металла или спла­ва понимается совокупность свойств основного металла, определяю­щих чувствительность к термическому циклу сварки и способность при выбранной технологии сварки образовывать сварное соединение со свойствами, которые удовлетворяют требованиям надежной экс­плуатации сварной конструкции.
...
Технологическая свариваемость зависит также от химического состава наплавляемого (электродного) металла, способа сварки и выбранных режимов, применяемых флюсов, покрытий, защитных газов, конструкции сварного узла и условий эксплуатации сварной конструкции. Под хорошей свариваемостью данного сплава или ста­ли понимают возможность получения равнопрочных сварных соеди­нений без трещин и снижения пластичности в металле шва и около­шовной зоны при обычной технологии сварки без применения специальных приемов (например, подогрева перед сваркой).
...
В зависимости от условий эксплуатации конструкции к свари­ваемости могут предъявляться дополнительные требования (высо­кая коррозионная стойкость, температура перехода металла зон сварного соединения в хрупкое состояние и т. д.). Естественно, что с усложнением условий эксплуатации конструкций увеличивается число требований, определяющих хорошую свариваемость. Иными словами, при оценке свариваемости должна учитываться тесная вза­имосвязь между свойствами материала, спецификой изготовляе­мой конструкции и технологией сварки. Эта совокупность значи­тельно усложняет методику определения свариваемости и делает однозначно невозможной разработку единой методики, учитывая комплексное понятие свариваемости. Поэтому для оценки сварива­емости проводят ряд испытаний, каждое из которых выявляет то или иное свойство. По направленности испытаний их можно раз­бить на три группы.
...
Определение стойкости металла различных зон сварного со­единения против образования горячих трещин. Здесь приме­няется целый ряд проб, позволяющих производить как каче­ственную, так и количественную оценку. Как правило, пробы для качественной оценки имеют различную жесткость, и оцен­ка производится визуальным осмотром контрольного шва или его излома.
...
Пробы для количественной оценки представляют собой спе­циальные образцы с поперечным или продольным швом, которые растягиваются в процессе сварки приложением внешней силы. Критерием оценки является величина ско­рости деформации образца, вызывающая образование тре­щин в сварном валике, наплавленном на образец во время его нагружения.
...
Оценка стойкости металла ЗТВ и шва против образования хо­лодных трещин. Здесь испытание также производится путем сварки проб различной жесткости при различных скоростях охлаждения металла ЗТВ. Далее производится контроль раз­личными способами на предмет обнаружения трещин. Счита­ется, что совокупность материалов, конструктивного оформ­ления сварного соединения и технологии, обеспечивающие отсутствие трещин на пробе, гарантирует их отсутствие и при сварке конструкции.
...
Определение стойкости металла против перехода в хрупкое состояние. Один и тот же металл может разрушаться по-разно­му - вязко или хрупко. И если первый вид разрушения норма­лен, так как он наступает после определенного повышения на­грузки и ему предшествует пластическая деформация, то второй вид характеризуется весьма высокой скоростью рас­пространения трещин практически без нарастания нагрузки. Это говорит о том, что существуют факторы, способствующие переходу металла из одного состояния в другое. К ним отно­сятся температура, скорость нарастания деформации и концен­трация напряжений. Проведенные на разных материалах ис­следования показывают, что сопротивление отрыву мало зависит от изменения температуры и скорости изменения де­формации, а сопротивление сдвигу эту зависимость явно де­монстрирует. При этом переход металла в хрупкое состояние наступает при определенной температуре (это и есть темпера­тура перехода металла в хрупкое состояние). Было показано, что одни и те же материалы в зависимости от температуры и
...
скорости нагружения могут находиться либо в пластическом, либо в хрупком состоянии. Любой надрез на металле повыша­ет предел текучести у корня надреза, увеличивает концентра­цию напряжений в его вершине и повышает температуру пере­хода металла в хрупкое состояние, что может способствовать разрушению конструкции при ее работе и при положительных температурах.
...
Существует ряд методик определения стойкости против перехо­да металла в хрупкое состояние, которые можно условно разделить на две группы:
...
Существуют также комплексные методы испытаний стали на ее чувствительность к термическому циклу сварки, которые своей це­лью имеют выбор таких режимов сварки, которые обеспечивают по­лучение в ЗТВ металла, по своим свойствам отвечающего предъяв­ляемым требованиям (например, проба И МЕТ или валиковая проба). Часто применяются пробы, определяющие служебные характеристи­ки металла шва, ЗТВ и сварного соединения в целом. На них опреде­ляются прочность, пластичность, коррозионная стойкость этих зон либо иные свойства в зависимости от условий эксплуатации данной конструкции.
...
Этот тип дефектов часто встречается при сварке и объясняется в общем случае тем, что возникающие при охлаждении кристаллизующе­гося металла деформации укорочения не обеспечиваются его деформа­ционной способностью. Горячие трещины в зависимости от температу­ры их образования делятся на кристаллизационные и подсолидусные. На рис. 4.9 схематично объяснен механизм образования кристаллиза­ционных трещин. Кривая 3 отражает изменение пластичности металла в области высоких температур (так называемый температурный интервал хрупкости - ТИХ), а отрезки 1 и 2 - нарастание деформаций от момента
...
янии (эвтектики находятся в жидком состоянии по границам рас­тущих кристаллитов). Если количество жидкой эвтектики велико, то образовавшаяся трещина заливается еще жидкой эвтектикой.
...
Большое влияние на образование горячих трещин оказывает ха­рактер первичной структуры кристаллизации. При крупнокристал­лической структуре и определенной толщине эвтектических просло­ек по границам зерна склонность к образованию горячих трещин растет, а при измельчении зерна - уменьшается. Поэтому полезны лю­бые способы измельчения зерна (модификация, электромагнитное перемешивание и др.) или изменение фазового состава металла шва. Так, однофазные аустенитные стали и никелевые сплавы имеют по­вышенную склонность к образованию горячих трещин - добавле­ние элементов, образующих ферритную фазу, эту склонность умень­шает.
...
Одним из методов оценки склонности к образованию холодных трещин при сварке сталей может служить расчетное определение уг­леродного эквивалента. Расчет ведется, исходя из влияния каждого легирующего элемента данной системы легирования по отношению к главному упрочняющему элементу системы - углероду.
...
Отсюда ясны способы регулирования химического состава металла шва, которые осуществляются путем подбора состава наплавляемого ме­талла (выбор электродов, проволоки и флюса, проволоки и защитно­го газа), а также изменения долей уо и ун путем выбора соответствую­щей разделки кромок и параметров режима сварки. Еще на заре развития сварки плавлением было обнаружено, что при сварке без защиты (голой электродной проволокой) качество металла шва рез­ко ухудшается; виной тому является кислород и азот, которые актив­но растворяются в жидком металле сварочной ванны (табл. 5.1)
...
При остывании металла, пересыщенного кислородом, на границах зерен выделяется закись железа ЕеО. Это приводит к снижению вре­менного сопротивления разрыву ав и предела текучести ол с одновре­менным уменьшением пластических характеристик металла шва. Азот при охлаждении выделяется из твердого раствора в виде игл нитридов железа Ее^Ы, располагающихся по объему зерна в плоскостях его сколь­жения, что приводит к охрупчиванию металла. Совместное действие кислорода и азота значительно увеличивает прочность металла шва и резко уменьшает его пластичность. Так, наплавленный голой низкоуг­леродистой проволокой металл показывает следующие свойства:
...
Поэтому уже первооткрыватели сварки обращали большое вни­мание на предотвращение отрицательного влияния кислорода и азо­та на металл шва.
...
Механизм ликвидации вредного воздействия этих газов заклю­чается в изоляции плавильного реакционного пространства при свар­ке плавлением (ванны жидкого металла и дуги) от воздушной атмос­феры, которая может осуществляться путем шлаковой или газовой защиты (при способах дуговой сварки и ЭШС) либо созданием ва­куума (при ЭЛС).
...
В современных способах сварки используется шлаковая защита (при автоматической сварке под флюсом), комбинированная газо­шлаковая защита (при ручной сварке покрытыми электродами) либо газовая защита (при сварке плавящимися и неплавящимися электро­дами в инертных газах и плавящимся электродом в среде активных газов или их смесей). С отрицательным действием кислорода можно бороться применением специальной легированной проволоки.
...
Электродные покрытия представляют собой смесь газообразующих и шлакообразующих компонентов, которые в процессе сварки предох­раняют металл от воздействия воздуха и производят желаемую ме­таллургическую обработку металла (для чего в покрытие могут быть введены различные металлические добавки). Вводимые в покрытие газообразующие (они служат для оттеснения воздуха) и шлакообра-зующие (они частично изолируют поверхность расплавленного ме­талла) при сварке, как правило, не нейтральны к расплавленному ме­таллу. В качестве газообразующих в покрытия вводят органические добавки (крахмал, декстрин, целлюлозу) или углекислые соли - кар­бонаты (мрамор, магнезит). Первые при разложении образуют водо­род, газы СО, СОг пары воды при наличии некоторого количества кислорода. Вторые дают СО и С02, кислород, некоторое количество
...
паров воды (в зависимости от технологии изготовления покрытия). Шлакообразующие вещества представляют собой системы окислов различных элементов и галоидных соединений (чаще всего фтори­дов). Некоторые из них при сварке взаимодействуют с металлом, в частности, окисляя его. Флюсы - шлаки (автоматическая под флю­сом и электрошлаковая сварка) по составу, как правило, проще элек­тродных покрытий, но и они содержат окислы (а иногда и газообра­зующие добавки), а также то или другое количество влаги. Для газовой защиты сварочного пространства применяют либо активные, реагирующие с металлом при сварке, либо инертные, с ним не реаги­рующие, газы. Наиболее часто применяемый активный газ - угле­кислота (С02). В сварочных условиях он может взаимодействовать с металлом в виде С02, СО, а также углерода и кислорода; если в нем есть примеси воды, то в реакционном пространстве появляются пары воды и водород. В применяемых инертных газах часто имеются при­меси (пусть даже в небольших количествах) кислорода, азота, паров воды, которые могут приносить вред металлу шва, особенно при свар­ке химически активных металлов.
...
Из изложенного становится ясно, что практически при всех спо­собах сварки плавлением (кроме сварки в глубоком вакууме) не­обходимо учитывать взаимодействие металла, его примесей или легирующих добавок с окружающей газовой, шлаковой или газо­шлаковой средой. При этом основными газами являются 02, г42, Н2, С02, СО, шлаки же представляют собой системы окислов и галоидов. Известно, что протекание реакций взаимодействия как между простыми веществами, так и сложными соединениями оп­ределяется внешними факторами, в частности, такими как темпе­ратура, давление, скорость поступления вещества в реакционную зону, время взаимодействия и др. Все эти параметры присутствуют при нахождении в сварочной ванне жидкого металла в процессе кристаллизации шва.
...
Химический состав металла шва, от которого во многом зависят его свойства и дефекты, формируется в результате физико-хими­ческой обработки электродного металла и металла сварочной ванны. Весь комплекс этих процессов, протекающих при сварке между жид­ким металлом и шлаком (газом) и в объеме этих фаз, принято назы­вать сварочным металлургическим процессом.
...
Большое значение имеют температурные условия в дуге. При плавлении электрода с некоторыми интервалами времени (0,1...0,5 с) капли, образовавшиеся на его торце, отделяются от электрода и пере­носятся в сварочную ванну. Перенос может осуществляться в мо-
...
мент короткого замыкания дугового промежутка каплей расплав­ленного металла, а при большой плотности тока капли отрываются от электрода и пересекают дуговой промежуток. В процессе перено­са (его продолжительность составляет 0,01...0,05 с) капли продол­жают нагреваться в столбе дуги до температуры 4500...8000 °С, при­чем их средняя температура может повышаться. В соответствии с различными данными калориметрического измерения температура капель в дуговом промежутке при ручной сварке стальными элект­родами составляет 2100...2150 °С, повышаясь по мере увеличения силы и плотности тока в электроде. Средняя температура свароч­ной ванны определяется -1800 °С, причем с уменьшением объема ванны (например, при ручной сварке, когда ванна меньше, а доля перегретого электродного металла больше) температура ванны дос­тигает 2000 °С. Максимальное время пребывания металла в свароч­ной ванне в жидком состоянии для различных случаев составляет от нескольких до 30...40 с.
...
Внешнее давление, при котором происходят реакции во время сварки, обычно равно атмосферному (исключая случаи сварки под водой на значительной глубине и сварку в вакууме). Частое приме­нение для сварки газовых смесей приводит к необходимости учета парциальных давлений (отдельных газов) в смеси.
...
Капельное плавление добавочного металла усиливает его взаимо­действие с окружающей средой, а наличие внутри капель и свароч­ной ванны шлаковых и газовых частиц еще более увеличивает повер­хность взаимодействия шлак-металл и газ-металл. Учитывая высокую температуру, скорости прохождения реакций в этом случае могут быть весьма велики, а транспортировка реагентов не должна совершаться на большие расстояния. Это приводит к необходимости учета кинетики процесса.
...
Процесс сварки характеризуется изменяющейся во времени тем­пературой и поступлением в реакционную зону порций еще не проре­агировавших веществ, поэтому термодинамического равновесия в сварочных условиях достичь нельзя. Однако термодинамические расчеты в металлургии сварочных процессов применяются с учетом следующих обстоятельств:
...
объемах состояний, близких к равновесным, и применительно к определенным условиям приближенно рассчитать состав метал­ла, газов и получить представление о влиянии различных пара­метров процесса на изучаемое явление. При любом процессе сварки, в котором участвует сварочная дуга, существует парогазовая область (в ее объеме горит дуга), расплав­ленный металл и шлак (плавильное или сварочное пространство). Все металлургические процессы в плавильном пространстве происходят на двух стадиях - капли и ванны (рис. 5.3).
...
Поскольку сварка никогда не производится голым электродом в воздушной среде, то источником кислорода в газовых смесях слу­жит углекислый газ, который либо вводится в сварочное пространст­во в виде защитного, либо образуется при диссоциации содержащих­ся в покрытии карбонатов с последующим разложением по реакции 2С02 = 2СО +02.
...
Источником азота является воздух, поглощенный при сварке. Азот практически полностью остается в металле, и его конечное содержа­ние хорошо характеризует качество защиты от воздуха. Допустимым при разных способах сварки считается содержание азота в металле шва в пределах 0,002...0,025%.
...
Водород попадает в металл при диссоциации молекул воды, со­держащейся в покрытиях, флюсах, газах, а также в виде химически связанной воды в гидроокисях на поверхности проволок или свари­ваемых кромок (ржавчина). Источником водорода могут быть и орга­нические соединения, содержащиеся в покрытиях некоторых марок электродов. Попадаемое в реакционное пространство количество вла­ги зависит от относительной влажности и температуры воздуха.
...
Шлаковая фаза, как уже было сказано, представляет собой сплав окислов металлов и солей. Сварочные шлаки состоят из основных окислов (MgO, MnO, FeO, К20, Na20), кислых (Si02, TiO,, Zr202) и амфотерных (А12Оч, В-О.,, Fe20;i). В качестве солей при сварке сталей и медных сплавов широкое применение находит плавиковый шпат (фторид кальция CaF2), во флюсах для сварки таких химически ак­тивных металлов как алюминий и титан - фториды и хлориды ка­лия, натрия, лития, бария.
...
Химическая активность шлака определяется только содержанием в нем свободных (активных) окислов. Она зависит от соотношения коли­честв основных и кислотных окислов и приближенно оценивается ко­эффициентом основности
...
Все металлургические процессы, происходящие в плавильном про­странстве, можно разделить на физические и химические. К физи­ческим относятся испарение металла и растворение в нем газов.
...
CaO+MgO+MnO+K2Q+Na20 Si02+Ti02+Zr02
...
Испарение связано с перегревом металла на стадии капли. Ввиду высокой температуры столба дуги и ее электродных пятен мо­жет испаряться 8...25% металла. Процесс этот неизбежен и вреден, так как он ведет к потере легирующих элементов и загрязнению окружа­ющей среды парами металла (которые при сварке цинка, магния, свин­ца и некоторых других металлов ядовиты).
...
цательное влияние на металл с точки зрения понижения его стойкос­ти к образованию холодных трещин. Снижение содержания водоро­да и азота в металле шва может осуществляться технологическими и металлургическими методами. В первом случае используются все способы защиты от проникновения воздуха в реакционную зону (ка­чественное покрытие на электродах, флюсы, защитные газы, вакуу-мирование). Эти меры особенно хорошо защищают металл от азо­тирования. Для борьбы с проникновением водорода очищают проволоку, свариваемые кромки от окисных пленок и органических загрязнений, прокаливают флюсы и электроды, проводят осушку защитных газов.
...
К металлургическим средствам относят связывание водорода в га­зовой фазе с кислородом в соединение ОН (это реализуется при свар­ке в С02 и смесях других газов с кислородом). При сварке под флюсом водород может связываться фтором в соединение НЕ Эти соединения (ОН и НЕ) термически стойки и нерастворимы в жидком металле. Обнаружено также, что окисление сплава понижает растворимость в нем водорода, что используется при сварке в С02, в некоторых марках флюсов (АН-348А и ОСЦ-45) и электродных покрытий.
...
Идущие в головной части ванны реакции раскисления жидкого металла углеродом образуют выделяющиеся из металла пузырьки СО, которые способствуют удалению из него азота, водорода и кислорода за счет их диффузии в пузырьки угарного газа.
...
К химическим процессам, происходящим в плавильном простран­стве, относятся окисление, раскисление рафинирование и легирова­ние металла сварочной ванны.
...
(сплава) представляет со­бой переход кислорода в раствор жидкого металла. Кислород хоро­шо растворим в большинстве технических металлов и сплавов (в жид­ких Ее, Си, №, ТО и практически нерастворим в жидком А1 и Mg. Как правило, содержание кислорода в сталях невелико (0,02...0,002%). При сварке в металле шва оно может увеличиваться до 0,1% за счет перехо­да из шлака с образованием относительно непрочных окислов Мп и 81, а также окисла железа (ЕеО). В первом случае кислород поступает в жидкий металл за счет кремний-марганцевосстановительного процес­са, приводящего к получению свободного Мп и Б1 и образования ЕеО. Впоследствии происходит растворение этого окисла по реакции (ЕеО)= = [Ее] + [О]. Образующийся свободный кислород попадает в металл сварочной ванны.
...
Кроме того, когда при понижении температуры концентрация кисло­рода в расплаве начинает превышать предел его растворимости на стадии ванны, происходит окисление легирующих элементов сплава.
...
Предупредить нежелательные последствия окисления можно, при­менив в качестве защиты бескислородные и неокислительные флю­сы или химически инертные газы (аргон, гелий). Меры эти успешно реализуются при сварке титановых, алюминиевых сплавов и некото­рых марок высоколегированных сталей.
...
для большинства марок конструк­ционных сталей - это процесс получения чистых по кислороду ме­таллов. Существует два вида раскисления: диффузионное и осажда­ющее.
...
При диффузионном раскислении жидкий металл обрабатывает­ся кислым шлаком (флюсом), который, образуя силикаты, активно растворяет в себе (поглощает) кислород. Однако скорость диффу­зии кислорода в шлак мала, и при сварке этот путь реализуется труд­но.
...
При осаждающем раскислении на стадии ванны кислород связы­вается в окислы легирующих элементов, нерастворимые в сплаве. Элементы в данном случае называют раскислителями. Окислы могут оставаться в металле в виде неметаллических включений, загрязняя его и ухудшая такую важную характеристику металла шва как удар­ная вязкость. Для уменьшения опасности возникновения неметалли­ческих включений раскисление проводят одновременно нескольки­ми раскислителями. Образующаяся при этом смесь окислов (эндогенный шлак) имеет высокую жидкотекучесть и вытесняется из кристаллизующегося металла шва. Наиболее часто применяемы­ми раскислителями являются кремний и марганец при определен­ном соотношении их концентраций. Как правило, раскислители вво­дятся в жидкую ванну через проволоку, покрытие или флюс.
...
Серу удаляют двумя путями: либо с помощью легирующего эле­мента с большим сродством к сере, либо с помощью основного шлака. Для первого пути часто используют марганец (титан, алюминий): [5] + [Мп] = Мп5. МпБ нерастворим в жидком металле.
...
В обоих случаях Мп5 и СаБ уходят в шлак. По схеме второго про­цесса происходит также и связывание фосфора. Таким образом, уда­лению серы из металла ванны способствует раскисление металла, фосфора - его окисление. Учитывая вредное воздействие серы и фосфора, при разработке сварочных материалов не только регламен­тируется их повышенная чистота по этим примесям, но и уделяется внимание процессам рафинирования, производящим дополнитель­ную очистку металла от этих примесей.
...
осуществляется разными спо­собами. Основным из них является легирование путем перехода ле­гирующих элементов из проволоки соответствующего химического состава в сварочную ванну. Этот способ широко применим практи­чески при всех способах электродуговой и электрошлаковой сварки. Легирование может осуществляться также порошками металла или лигатурами, которые вводятся в состав электродных покрытий, кера­мических флюсов, порошковых проволок. Оба эти способа могут быть совмещены.
...
Легирование воздействием газовой фазы при сварке имеет вто­ростепенное значение, хотя при сварке плавящимся электродом в среде углекислого газа возможно некоторое науглероживание наплавлен­ного металла и металла шва, особенно при низком исходном содер­жании углерода (обычное содержание углерода по сравнению с его содержанием в проволоке составляет не более 0,05%). Явление это следует рассматривать негативно, и полезным оно может быть лишь при упрочняющей наплавке.
...
К сварочным относят материалы, прямо или косвенно принимаю­щие участие в формировании сварного шва. Это сварочная проволо­ка, присадочные прутки, неплавящиеся электроды, плавящиеся элек­троды с покрытием, различного рода флюсы и защитные газы. Сварочные материалы выполняют различные функции, основными из которых являются:
...
Как правило, применяются проволоки диаметром 1,2... 1,6 мм. Сварка ведется либо в чистом С02, либо в смеси Аг + С02 в разном процентном содержании С02 в смеси. Считается, что такой процесс по сравнению со сваркой сплошной проволокой обеспечивает увели­чение коэффициента наплавки в среднем в два раза (по данным неко­торых фирм, он возрастает для сравниваемых проволок диаметра 1,2 мм с 1,6 до 3,6 кг/г).
...
В настоящее время и в России разработана и освоена в производ­стве рутиловая порошковая проволока диаметром 1,2 мм марки 48ПП-84 для сварки низколегированных сталей. Значительное применение по­рошковые проволоки находят для наплавки различных деталей при ремонте. Так, украинская фирма «Элна» рекомендует целый ряд спе­циальных проволок для наплавки слоев с особыми свойствами. На­пример, проволока марки ПП-АН163 применяется для наплавки под флюсом судовых гребных валов.
...
Неплавящиеся электроды не принимают непосредственного уча­стия в формировании шва, а служат лишь для поддержания горения дуги. Изготовляют эти электроды из тугоплавких материалов: гра­фита, угля, вольфрама, циркония, гафния. Графитовые и угольные электроды различаются строением решетки углерода (в графите стро­ение кристаллическое; в угле - аморфное). Графитовые электроды более стойки термически и допускают по сравнению с угольными большую токовую нагрузку при меньшем испарении материала элек­трода.
...
При электродуговой сварке наибольшее распространение получи­ли вольфрамовые электроды. Эти электроды поставляются по ГОСТ
...
23949-80 и имеют несколько модификаций: марка В (чистый вольф­рам), марка ВТ (с добавкой 1,0...2,5% окиси тория), марка ВЛ (с добав­кой 1,5...2,0% окиси лантана) и марка ВИ (с добавкой 1,5...2,5% окиси иттрия). Добавки этих окислов увеличивают стойкость вольфрамо­вых электродов и уменьшают их расход при зажигании дуги путем ко­роткого замыкания (рис. 5.6). Наибольшей стойкостью обладают элек­троды марки ВИ, их и следует применять преимущественно.
...
дуги, легирования и рафинирования жидкого металла сварочной ван­ны. Образующийся при плавлении электрода шлак способствует так­же формированию усиления сварного шва.
...
Для стабилизации сварочной дуги в покрытия вводят легкоиони-зирующие элементы: К и Ыа. Кроме этого, для получения шлака и газа в покрытия вводятся соединения различных минералов.
...
Легирование сварочной ванны осуществляется введением в по­крытие порошков лигатур (сплавов с железом некоторых металлов: ферромарганец, ферросилиций и т. д.). Связывание мелкоразмоло-тых порошков из вышеуказанных соединений после расчета и со­ставления шихты производят путем специальных связывающих ве­ществ, наиболее употребительным из которых является водный раствор натриевого жидкого стекла - силиката натрия или калия. Для улучшения покрывающей способности и получения высокого качества покрытия в него вводят пластификаторы (органические или синтетические соединения).
...
Весьма упрощенно технология изготовления покрытых электро­дов выглядит следующим образом. Стержни для электродов рубят из сварочной проволоки в размер на специальных рубочных станках, правят, чистят и обезжиривают. Длина стержней для <1
...
Ферросплавы также измельчают и термообрабатывают для об­разования на поверхности частиц окисной пленки, которая пре­дохраняет их от дальнейшего окисления при изготовлении (пас­сивирование). Компоненты после подготовки таким образом
...
развешивают в соответствии с проведенным расчетом шихты; пос­ле смешения ее компонентов производится тщательное перемеши­вание для усреднения состава. Полученную сухую шихту замеши­вают на жидком стекле до необходимой консистенции. Из
...
Все эти операции в современных условиях обычно производятся на механизированных поточных линиях. В ряде случаев при неболь­шом объеме (небольших партиях) электроды изготавливают путем окунания стержней в обмазочную массу с консистенцией сметаны. Вышедшие после обмазки электроды сушат при нормальной темпе­ратуре 20...48 ч (или 2...4 ч при температуре 40...50 °С), а затем прока­ливают для полного удаления влаги из покрытия. Прокалки электро­дов, содержащих в составе покрытия органические соединения, проводят в течение 1...2 ч при температуре 150...200 °С, без них -300...400 °С. Затем электроды сортируют, из каждой партии (масса партии колеблется от 2 до 20 т) отбираются пробы для сертификат­ных испытаний, определяющих свойства наплавленного данной мар­кой электродов металла (в соответствии с ГОСТ 9466-75). Готовые электроды пакуют в пачки 3...8 кг. Снабжают паспортом с указанием условного обозначения электродов, рекомендуемых режимов свар­ки, требований к влажности покрытия, режима повторной прокалки и свойств наплавленного металла.
...
обозначение включает в себя букву Э (электрод) и цифры, обознача­ющие среднее значение временного сопротивления разрыву металла, наплавленного этими электродами. Примером могут служить элект­роды Э38, Э42А, Э50А и так до Э150. Для теплоустойчивых сталей (Т) ГОСТ регламентирует химический состав наплавленного метал­ла (пример Э-12ХМФ). Типы электродов назначения В регламенти­рует ГОСТ 10052-75. Обозначение: Э-08Х18Н11МЗ.
...
Электроды всех назначений и типов подразделяются на марки. Последние не определяются государственными стандартами. Марки присваиваются достаточно бессистемно фирмами-разработчиками данного электрода. Марка может определять состав как стержня, так и покрытия.
...
По толщине покрытия электроды делятся на ряд групп (с тонким покрытием - индекс М, средним - С, толстым - Д, особо толстым -Г). Группы качества определяют: точность изготовления, состояние поверхности покрытия и содержание серы и фосфора в наплавлен­ном металле (всего групп три - 1, 2, 3). Группа индексов (ЕХУ1Т)
...
Для сварки подавляющего большинства низкоуглеродистых и низ­колегированных сталей, меди и ее сплавов применяются обычно кис­лые кремнисто-марганцевистые флюсы, содержащие большое коли­чество 5Ю2 и МпО. Химическая активность флюсов (шлаков), т. е. их способность окислять, легировать, рафинировать, непосредствен­но связана с составом основного металла и электродной (присадоч­ной) проволоки. Поэтому для сварки стали определенного состава комплексно выбирают системы флюс - проволока. Отсюда и назна­чение флюсов - каждый выбирается для сварки определенных мате­риалов. В табл. 5.5 приведены некоторые типичные примеры выбора таких систем.
...
Строение зерен флюса отражается в наименовании его марки: П -пемзовидный; С - стекловидный. Если зерна флюса имеют размер 0,1...1,6 мм, то к марке добавляют букву М. Наиболее распространен­ными флюсами для сварки низкоуглеродистых и низколегирован­ных судостроительных сталей являются кислые кремнемарганцевис-тые флюсы марок ОСЦ-45 и АН-348А.
...
Керамические флюсы, прежде всего, отличаются способом изго­товления. Технология их изготовления весьма схожа с технологией изготовления покрытий (особенно в первой ее части). Состав их мо­жет быть различен. После тщательного смешивания сухой шихты и приготовления замеса последний продавливается через сито, обра­зуя частички определенных размеров. Затем они обжигаются в печи, приобретая прочность. Эти флюсы позволяют относительно легко ле­гировать шов, добавляя во флюс порошки любых металлов или лига­тур. Часто применяются для наплавки поверхностных слоев с особы­ми свойствами.
...
Положительным является возможность изготовления небольших партий любого химического состава. Отрицательным - трудность получения равномерного химического состава шва из-за возможной сепарации частичек различного удельного веса при приготовлении замеса и относительная дороговизна флюса.
...
Ярким представителем активных газов является углекислота С02. Углекислота для сварки изготавливается по ГОСТ 8050-76 (уг­лекислота сварочная). Она поставляется I и II
...
вого материала, дают стабильно горящую дугу с низким разбрыз­гиванием, обеспечивают небольшое усиление шва с гладким про­филем и глубоким проваром. Газовая смесь НП-1 состоит из 85% Не, 13,5% Аг и 1,5% С02. Дает чистые швы с гладким профилем и обеспечивает получение поверхности шва практически без окис­ления. Хорошо подходит для сварки тонких материалов за счет возможности получения высоких скоростей сварки, что обеспе­чивает низкие деформации. Смесь НП-3 состоит из 38% Не, 60% Аг и 2% С02. Обеспечивает высокую стабильность дуги, низкий уровень разбрызгивания, рекомендуется для сварки толщин более 10 мм. Универсальной газовой смесью является смесь НП-2, со­стоящая из 55% Не, 43% Аг и 2%С02; она подходит для сварки мате­риала любой толщины.
...
ческих свойств изменяет условия провара и формирование шва, увеличивая его ширину и делая проплавление более плавным по сравнению с аргоном (рис. 5.9). В воздухе содержание гелия чрез­вычайно мало, его получают из природных газов методом фракци­онной перегонки.
...
Промышленность поставляет гелий в соответствии с ГОСТ 20461-75 трех сортов: марок А (99,993%), Б и В (99,990%). Поставляется в сталь­ных баллонах водяной емкостью 40 л при давлении 150 • 10Г) Па. Цвет баллона коричневый, надпись белого цвета. Как и аргон, может по­ставляться в сжиженном виде. В связи с тем, что гелий легче аргона в 10 раз, его расход при сварке увеличивается в 1,5-3 раза. Гелий доро­же аргона из-за большей сложности его получения.
...
Часто применяют смеси аргона и гелия, а также смеси аргона и углекислого газа в различных пропорциях. Такие смеси могут значи­тельно изменять условия формирования сварного шва и широко при­меняются в промышленности.
...
Практически возможно составление сложных многокомпонен­тных газовых смесей любого состава. Это позволяет за счет изме­нения теплофизических параметров смеси регулировать парамет­ры проплавления и формирования шва, а также повышать произво­дительность и качество сварных соединений. Так, смеси, содержа­щие гелий, улучшают проплавление металла, изменяют его форму и увеличивают производительность процесса. Применение газо­вых смесей при полуавтоматической сварке плавящимся электро­дом уменьшает разбрызгивание, не требует последующей зачист­ки перед покраской. Наиболее универсальная газовая смесь при сварке плавящимся электродом (К-2) для сварки конструкцион­ных сталей состоит из 82% Аг и 18% СОг Смесь К-3 состоит из 92% Аг, 6% С02 и 2% Ог
...
выносливость и устойчивость в реальных условиях эксплуатации. Прочность сварного соединения зависит от механических свойств металла шва и околошовной зоны; от конфигурации шва и его разме­ров; от наличия и характера дефектов в сварном шве; от стойкости к хрупким разрушениям, коррозионным разрушениям в морской воде и других средах.
...
Требования к прочностным и пластическим свойствам металла шва и сварного соединения зависят от свойств электродного (приса­дочного) основного металла конструкции, типа соединения и усло­вий его работы. Чаще всего эти требования устанавливаются в зави­симости от характеристик основного металла. Этот же подход применяется и в отношении других требований: величины ударной вязкости при заданной температуре испытаний, значения критичес­кой температуры перехода в хрупкое состояние, стойкости к корро­зии и др. Выполнение всех требований для литого металла шва и металла ЗТВ достаточно сложно и во многих случаях достигается за счет применения специальных (усложненных) техник и технологий сварки и сварочных материалов.
...
К сварным швам стыковых соединений предъявляется требова­ние обеспечения полного (на всю толщину) провара соединяемых элементов и плавного перехода от металла шва к основному металлу, чем достигается повышение работоспособности соединения при ди­намических, вибрационных и других нагрузках. Для угловых швов задаются требования к их размерам, установленным расчетным пу­тем или по технологическим соображениям, при этом важно выдер­живать плавное очертание (не выпуклое) поверхности шва с целью снижения геометрической концентрации напряжений и повышения работоспособности шва при вибрационных нагрузках. В тавровых соединениях, которые в эксплуатационных условиях не испытывают нагрузок, к угловым швам не предъявляются требования полного про­вара. А в соединениях, испытывающих постоянные нагрузки, полный провар обязателен и обеспечивается за счет одностороннего скоса кро­мок при толщине свариваемого металла более 8,0 мм и двухсторон­него при толщине металла более 16,0 мм.
...
Полный провар швов угловых соединений достигается в соедине­ниях с односторонним скосом кромок при толщине металла 8,0 мм и более и с двухсторонним скосом при сварке металла толщиной 20,0 мм и более. Качество сварных швов (их размеры, форма и глубина проплавления металла) зависят от точности соблюдения заданных размеров конструктивных элементов, подготовки кромок в собранном соединении под сварку.
...
Заданный нормативными документами режим сварки в реальных условиях не будет строго постоянным по всей длине шва и не
...




Азотирование и карбонитрирование
Оcновы сварки судовых конструкций
Материаловедение
Російсько-український словник зварювальної термінології. Українсько-російський словник зварювальної термінології.
Металловедение для сварщиков (сварка сталей)