Практическая работа №18

Тема: Изучение особенностей металлургических процессов при сварке толстопокрытыми электродами

Время выполнения заданий – 2 урок

Задание:

1. Изучить теоретический материал

2. Выполнить сварку короткой дугой.

3. Выполнить сварку длинной дугой.

Выполнить сварку с высокой скоростью.

 

Методика выполнения задания:

1. Выполнить сварку короткой дугой. По образцу определить качество сварного шва: наличие или отсутствие пор, металлических включений, провар металла. Занести данные в таблицу.

2. Выполнить сварку длинной дугой. По образцу определить качество сварного шва: наличие или отсутствие пор, металлических включений, провар металла. Занести данные в таблицу.

3. Сделать вывод о влиянии длины дуги на качество сварного шва.

4. Выполнить сварку с высокой скоростью. Сделать вывод о влиянии скорости сварки на качество шва.

 

Для оформления отчета о выполнении работы запишите результаты в таблицу

	Качество шва	Влияние кислорода, азота, водорода
Короткая дуга
Средняя дуга
Скорость сварки

 

Теоретическая часть

 

 Металлургические процессы, происходящие при плавлении металла сварочной дугой, протекают в несколько иных условиях, чем при производстве стали в мартеновских и электрических печах. При дуговой сварке расплавленный металл затвердевает в течение нескольких секунд. Источник тепла и жидкая ванна имеют температуру значительно выше, чем в сталеплавильных печах. В результате быстрого остывания сварочной ванны химические реакции, протекающие в жидком металле, не успевают полностью закончиться.

 Количество кислорода в сварочном шве зависит от длины дуги, величины тока и защитных средств (электродных покрытий, флюсов, защитных газов). Короткая дуга 3-4мм, Расплавленный металл при своем переходе с электрода в сварочную ванну поглощает кислород, водород, азот из воздуха. Чем меньше времени жидкий металл будет проходить через воздух, вредное воздействие будет меньше, чем при длинной и капли металла поглотят меньше кислорода.

Поэтому поддержание короткой дуги является обязательным условием качественного шва. Шов, проваренный короткой дугой имеет гладкую выпуклую поверхность, чистый, блестящий. Шов, проваренный длинной дугой неровный, бесформенный, окружен брызгами застывшего металл электрода- некачественный шов.

 При длинной дуге контакт воздуха с расплавленным металлом увеличивается, а поэтому создаются более благоприятные условия для насыщения жидкого металла кислородом. С увеличением сварочного тока увеличивается количество мелких капель, переносимых с электрода в жидкую ванну, а, следовательно, увеличивается поверхность соприкосновения кислорода воздуха с расплавленным металлом. При дуговой сварке покрытыми электродами образуется шлаковая и газовая защита расплавленного металла от окружающего воздуха, что значительно снижает содержание кислорода в сварном шве. Такую же защиту от кислорода оказывает флюс и защитные газы при автоматической и полуавтоматической сварке. При высокой скорости сварки рабочая зона не успевает прогреться, это обязательно приведет к несплавлению металла, после охлаждения шов потрескается (брак)

Особенности металлургических процессов при сварке, влияние кислорода, азота и водорода, содержащихся в воздухе, на металл шва

Процесс электрической сварки плавлением характеризуется химическими реакциями, которые возникают между расплавленным металлом и окружающей средой. При переносе металла с электрода в сварочную ванну капли и пары электродного металла и сварочной ванны, нагретые до высоких температур, взаимодействуют с атмосферными и другими газами и жидким шлаком.

Поэтому химический состав наплавленного металла может существенно отличаться от химического состава электродов и основного металла. Это, как правило, усугубляется высокой температурой сварочной ванны и малым временем пребывания металла в жидком состоянии.

Таким образом, в процессе сварки в течение короткого промежутка времени происходят сложнейшие процессы взаимодействия различных химических элементов. Основное влияние на качество сварного шва оказывают кислород, азот и водород. При неправильном ведении процесса сварки водород образует поры в шве, а кислород и азот существенно ухудшают механические свойства наплавленного металла.

Кислород попадает в зону сварки из окружающего воздуха, из влаги кромок свариваемого металла, из влаги флюсов, обмазки электродов и защитных газов, а также из материалов обмазки и флюсов. В материалах обмазки и флюсах кислород находится в виде оксидов марганца, кремния и др. В процессе сварки кислород соединяется с железом и остается в металле шва в виде оксида FeO.

С повышением содержания кислорода в металле шва снижается предел прочности, предел текучести, ударная вязкость; ухудшается коррозионная стойкость, жаропрочность сталей. Удаление кислорода из расплавленного металла достигается за счет введения в сварочную ванну таких элементов, как марганец и кремний. Эти элементы взаимодействуют с оксидом железа FeO, кислород в связанном состоянии переходит в шлак или на поверхность сварочной ванны. Такой процесс называется раскислением.

Азот попадает в зону сварки из окружающего воздуха. Азот растворяется в железе, марганце, титане, молибдене и вступает с ними в химическое взаимодействие с образованием нитридов. Нитриды резко увеличивают прочность и снижают пластичность сварного шва. Для уменьшения содержания азота в металле шва необходимо исключить азот из зоны сварки. Этого достигают при сварке в защитных газах.

Водород, подобно кислороду и азоту, поглощается в процессе сварки металлом шва. Источником водорода в зоне сварки может служить атмосферная влага, влага покрытия или флюса, влага ржавчины на поверхности сварочной проволоки и на свариваемых кромках. В отличие от кислорода и азота водород не образует в процессе сварки химических соединений с железом, а лишь растворяется в расплавленном металле. Повышенная растворимость водорода в жидком металле приводит к пористости.

Уменьшения содержания водорода в металле шва можно добиться путем предварительного прокаливания толстопокрытых электродов и флюсов, тщательной зачисткой свариваемых кромок от ржавчины, окалины и других загрязнений, предварительным нагревом деталей.

Одновременно с удалением из металла шва кислорода, азота водорода необходимо также очищать (рафинировать) металл шва от серы и фосфора, являющихся вредными примесями в сталях. Сера попадает в сварочную ванну из основного металла, сваркой проволоки, покрытий и флюсов. Наиболее неблагоприятной формой сернистых соединений в металле шва является сульфид железа FeS. В процессе кристаллизации он образует с железом эвтектику с температурой плавления ниже, чем у основного металла. Эвтектика располагается между зернами кристаллизующегося металла и является причиной возникновения горячих трещин сноломкость. Избавиться от появления такого дефекта позволяют марганец и кальций, содержащиеся в сварочной проволоке и обмазке электрода.

Фосфор в металле шва находится в виде фосфидов железа Fe3P и Fe2P. Увеличение фосфора в металле шва снижает ударную вязкость, особенно при низких температурах, поэтому фосфор необходимо удалять. Это достигается за счет его окисления и удаления в шлак.

Для снижения вредного влияния серы и фосфора их содержащееся в основном и электродном металле, в покрытии электродов и флюсах строго ограничивается соответствующими стандартами.

Металлургические процессы при сварке под флюсом и в защитных газах

При сварке под плавлеными флюсами защита зоны сварки от окружающего воздуха происходит более эффективно. Это доказано исследованием содержания азота в металле шва. Например, при сварке тонкопокрытыми электродами остаточный азот составляет около 0,2 %; при сварке толстопокрытыми электродами – 0,03 %; при сварке под плавленым флюсом – 0,008 %.

Имеется ряд особенностей металлургических процессов при сварке под флюсом. Особенно интенсивно протекают металлургические процессы между жидким (расплавленным) флюсом и металлом, в результате чего изменяется состав металла шва. Сварку низкоуглеродистых сталей рекомендуется проводить под марганцовистыми высококремнистыми флюсами, где наблюдается процесс восстановления кремния и марганца, частичное окисление углерода, при этом оксид железа растворяется в жидком металле шва, частично переходит в шлак.

На участках сварочной ванны позади дуги при охлаждении жидкого металла, вплоть до затвердевания, продолжается раскисление металла. Кремний и марганец подавляют реакцию окисления углерода, что уменьшает образование пор. Обогащение металла шва марганцем очень важно, так как он обеспечивает вывод сернистых соединений из металла шва, предупреждая тем самым появление горячих трещин.

Изменение режима сварки влияет на содержание серы и фосфора в шве. При увеличении сварочного тока увеличивается количество расплавленного флюса и, как следствие, содержание фосфора в шве уменьшается, а содержание серы несколько возрастает. Повышение напряжения дуги при неизменном токе приводит к тому, что расплавленного флюса становится значительно больше, чем требуется для защиты расплавленного металла. В этом случае увеличивается переход марганца и кремния в шов, но увеличивается и переход фосфора в металл шва. Одновременно содержание серы в металле шва уменьшается. Таким образом, невозможно идеально освободиться от вредных примесей. Улучшения качества сварного шва можно добиться за счет применения керамических флюсов.

Керамические флюсы содержат большое количество ферросплавов, что позволяет улучшить металлургические процессы при сварке. В процессе сварки происходит более полное раскисление наплавленного металла, легирование наплавленного металла осуществляется в широких пределах.

Для улучшения структуры сварных швов в металл шва вводят специальные добавки (модификаторы).

Металлургические процессы при сварке в защитных газах значительно отличаются от ранее рассмотренных. Из защитных газов наибольшее применение имеют инертные аргон, гелий и активный углекислый газ.

При сварке в инертных газах металлургические процессы протекают только между элементами, содержащимися в металле сварочной ванны. Кислород и азот воздуха оттесняются инертными газами из зоны сварки.

Для предотвращения образования пористости шва при сварке в инертных газах необходимо тщательно удалять ржавчину и загрязнения с кромок основного металла и с поверхности сварочной проволоки.

При сварке в С02 газ оттесняет от сварочной зоны окружающий воздух и защищает расплавленный металл от проникновения азота. При сварке в С02 углекислый газ распадается под воздействием высокой температуры на СО и 02. Дуга активно окисляет металл сварочной ванны, и роль С02 сводится лишь к защите сварочной ванны от проникновения азота из воздуха. Для предотвращения чрезмерного окисления железа большое количество элементов раскислителей (марганец и кремний) вводится в сварочную ванну только через сварочную проволоку Св-08ГС и Св-08Г2С. В этом случае наплавленный металл получается с высокими механическими свойствами.

Для уменьшения содержания водорода в металле шва необходима добавка в углекислый газ 5—15 % кислорода. При этом в процессе сварки увеличивается глубина противления, так как энергичнее протекают реакции окисления марганца и кремния с выделением теплоты.

Контрольные вопросы:

1. Как попадают раскислители в сварной шов? (вводят в покрытие)

2. Как влияет длина дуги на качество шва?(при короткой дуге – качественный шов)

3. В чем сущность реакция окисления?(кислород вступает в реакцию с жидким металлом в сварочной ванне)

 4. Какие раскислители применяются при раскислении металла шва?

5. Что происходит со швом после охлаждения металла шва, при высокой скорости сварки? (Несплавление металла)

6. Расскажите о влиянии атмосферных газов на качество сварных швов.

7. Расскажите об особенности влияния водорода на качество сварного. Каково влияние вредных примесей (серы и фосфора) на качество сварных швов?

8. В чем заключается рафинирование?

9. Каково назначение флюсов?

10. Расскажите об особенностях металлургических процессов при сварке под флюсом.

11. Какое влияние оказывает режим сварки на содержание вредных примесей в сварном шве?

12. В чем достоинства керамических флюсов?

13. Каковы особенности металлургических процессов при сварке в защитных газах?

Содержание отчета:

1.Название работы.

2. Цель работы.

3. Краткое изложение основных теоретических положений, на которых базируется данная работа; 4. Краткое описание порядка выполнения работы;

5. Результаты работы в виде таблицы.

6. Ответы на контрольные вопросы.

7. Вывод по работе.