Сварка в машиностроении.Том 1 (1041435), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Тепловые процессы прн контактной сварке. Сб. трудов лаборатории сварки металлов Институт металлургии им. А. А. Байкова АН СССР. Под ред. Н, Н, Рыкалина, М., Изд. АН ССОР, 1959, 315 с. Металл в зоне соударения подвергается всестороннему неравномерному сжатию. Наличие свободной поверхности перед вершиной динамического угла .встречи соударяющихся частей создает благоприятные условия для пластического течения в направлении процесса сварки. Давление на фронте пластической волны сжатия должно достигать определенной величины, зависящей от прочностных характеристик материала Необходимые минимальные давления должны примерно на о г порядок превышать предел текучести свариваемых металлов. Например, при сварке алюминия с алюминием давление /7= 6300 кгс/см', предел текучести о, = = 300 кгсlсм', при сварке меди с медью р = 24 600 кгс/смв, и, = 1?00 кгс/смз.
Величина среднего давления р, развивающегося в зоне соударення, зависит от скорости соударения свариваемых частей и физических свойств материала. Приближенно скорость соударения может быть рассчитана (для схемы рис. 45) с помощью соотношения 0=0 1 1 ~ (63) /7РВВ1 4брв ) ' где 0 — скорость детонации ВВ; /1 — расстояние между пластинами; р — плотность ВВ; р, — плотность метаемой (верхней) пластины. Зная 0, можно с помощью ударных адиабат, построенных в координатах /7 — и (где ц — массовая скорость частиц металла за фронтом ударной волны), определить р. Расчет 0 по формуле (63) дает значение, близкое к опытному, если /1 мало по сравнению с Н (см.
рис. 45). При известных технологических параметрах сварки (/1, Н, с7, рвв), размерах и свойствах свариваемых металлов (б„р,) можно рассчитать величины 0 и р или решить обратную задачу — подобрать по ним заряд ВВ и исходное расстояние между свариваемыми поверхностями. й4егаллургические реакции при сварке Глава 3 МЕТАЛЛУРГИЯ СВАРКИ Потери Электродная проволока общие, % от ис х одного содержания Элемент Условия защиты на стадии ванны, % от общих потерь !. Характеристика металла сварного щва 60,5 4,0 Углеродистая !038% С; 0,63 %мп) Наименование показател 58,7 15,8 Мп Без защиты с 33,4 42,0 Содержание кислорода„% Содержание азота, % Предел прочности, кгс!мм' Относительное удлинение, % Угол загиба, градусы Ударная вязкость, кгс ° и,'см' до 0,02 0,04 — 0,08 40 — 45 25 — 30 180 > 15 0,1 — 0,2 0,1 — 02 34 — 40 5 — 10 20 — 40 0,5 — 2,5 Углеродистая !0,90% С; 0,51% Мп) 15Д 76,0 Мп 8.6 87,5 Покрытие из гематита Мп 97 З7ГС !О4% С: 1,06% Мп,' 1 2% 61) 4О Покрытие из 80% СаСО, и 20% Саг, 38,2 47,2 Мп -3,5 Мп Покрытие из 26% МПСК 45% 3!Ом ' 2О% 'Л),О, 1ОГ2 % от исходного содержании 10,5 15',3 21,2 25,0 Окисление Всего потерь.....
72,0 МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ ПРИ СВАРКЕ При сварке без защиты расплавляемый металл интенсивно поглощает азот и кислород из воздуха, вследствие чего сварные швы характеризуются низкими механическими свойствами (табл. 1). Для изоляции металла от воздуха в процессе сварки применяют различные средства защиты: электродные покрытия, флюсы, защитные газы, вакуум. Однако полностью изолировать металл от воздуха обычно не удается.
Даже при сварке в вакууме парциаль()ое давление азота и кислорода в камере может оказаться достаточным для взаимодействия с металлом, Более того, средства защиты обычно сами способны взаимодействовать с металлом. Не являются исключением и инертные газы (аргон, гелий), которые могут содержать заметные количества азота, кислорода и водорода (влаги) и вызывать при соответствующих условиях протекание реакций между газом и металлом. Протекание реакций при сварке приводит к изменению состава переплавляемого (обычно качественного) металла и, значит, к изменению его свойств.
Возможно также образование в результате реакций пор неметаллических включений и других дефектов в металле шва. Поэтому знание закономерностей металлургических реакций при сварке имеет важное практическое значение, открывая пути для прогнозирования состава, а в конечном счете, и свойств металла шва. Выделяют две основные зоны или стадии взаимодействия расплавленного металла с газами и шлаком: торец электрода с образующимися на нем каплями и сварочную ванну.
В зависимости от условий взаимодействия (температуры, времени взаимодействия, межфазной поверхности, равновесных и исходных концентраций) на этих стадиях полнота протекания реакций и даже их направление могут быть различными. Представление о роли отдельных стадий при сварке (наплавке в медную форму) на воздухе без защиты проволокой с различным содержанием углерода дают данные, приведенные в табл. 2. Окисление углерода (и марганца) на стадии ванны увеличивается с ростом содержания его в проволоке, так как, несмотря на большую скорость окисления углерода в каплях, в этом случае содержание его в металле, поступающем в ванну, оказывается заметно большим. Больше содержится также и марганца, окисление которого в каплях тормозится выгора- вием углерода. В резульгате на стадии ванны система находится дальше от рав.
новесия (больше исходные концентрации), и обе реакции протекают с ббльшей скоростью и полнотой. Роль стадии ванны также существенно увеличивается с уменьшением окислительной способности покрытия, так как при этом окислительные реакции на стадии капли протекают вяло н в ванну поступает металл с большим содержанием углерода и марганца, а прн сварке с покрытием, содержащим марганцовую руду, на стадии ванны наблюдается даже восстановление части марганца, окислившегося на электроде (отрицательные потери приведенные в табл. 2). 2. Потери легирующих элементов в зависимости от содержания углерода в проволоке Таким образом, с реакциями на стадии ванны приходится считаться тем в большей степени, чем в менее окислнтельных условиях ведется процесс сварки. Кроме реакций на стадиях капли и ванны, в случае электродных покрытий и керамических флюсов, приходится считаться также с химическими реакциями, которые протекают между компонентами покрытий и флюсов при их изготовлении и нагреве в процессе сварки (до их расплавления).
Наибольшее значение имеют реакции окисления металлических присадок, вводимых в шихту покрытий (флюсов). В качестве примера приведем данные об окислении марганца по стадиям для покрытия, состоящего из 35% мрамора, 35% плавикового шпата, 17,5% порошка металлического марганца (88,99% Мп) и 12,5% сухого остатка жидкого стекла: В процессе изготовления электрода .
В процессе нагрева покрытия !в твердом состоянии) На стадии капли Н застревание в шлаке на стадии ванны .. ° ° ° ° Исходное содержание марганца на электроде составляло 10,4% от массы металла электродного стержня и металлической присадки в покрытии. Металлургия сварки ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ОЦЕНКИ ПРОТЕКАНИЯ РЕАКЦИЙ ПРИ СВАРКЕ Химическая термодинамика, опираясь на общие законы физических и химических явлений, независящие от их механизма, позволяет оценивать принципиальную возможность протекания реакции в данных условиях и ее вероятное направление и рассчитывать концентрации реагентов, отвечающие равновесию. Решения уравнений термодинамики должны относиться к вполне определенной температуре, поэтому их применение к металлургическим процессам, осуществляемым обычно при температурах, изменяющихся во времени и в пространстве, связано с определенными трудностями. Особенно зто относится к сварочным процессам, в которых вследствие локальности нагрева и малой массы расплавленного металла температурное поле весьма неравномерно и скорости изменения температуры велики.
Температура металла в зоне плавления. Характер температурного поля при дуговой сварке иллюстрируют данные о распределении температуры по длине и ООО ширине ванны (рис. 1), полученные И. К. Походней и И. И. Фруминым с поОйа мощью термопар погружения, спаи кото- рых находились на глубине 2 мм от по- О 7/7 верхности ванны, при наплавке порошко- ф4, нн вой проволокой ПП-Х12ВФ под флюсом „4 / АН-30 на пластину из стали Х12Ф1 (лик/ видус и солидус для этой стали составляют 1320 и 1150' С соответственно). Средняя энтальпия и температура ванны при дуговой сварке, определенная »»»»» » ру В «~ р М р за « рЮ Ю Ы» »»е» е«жр исследователеи, характеризуется значиг тельным превышением над точкой плавления.
Перегрев составляет 100 †5' С (табл. 3). Средняя температура капель элекнс.. аспределение температуры тродного металла, поступающих в ванну, увеличивается с увеличением силы тока и уменьшением диаметра электрода (рис. 2). Наибольшее значение (до 2700' С) было получено при сварке в инертных газах при струйном переносе металла. Подобные же значения перегрева, усредненные по поверхности ванны, были получены при оценке температуры поверхности ванны по скорости испарения меди при нагреве ее дугой с вольфрамовым катодом. Так, при плавлении в г афитовом тигле диаметром 40 мм мощной дугой перегрев достиг 600' С а в медной водоохлаждаемой форме 300 — 500' С (И. И.
Потапов Ф Н. Стрельцов). При электрошлакочой сварке температура металла зависит от температуры шлаковой ванны. Шлак более всего разогрет вблизи электрода (в нижней его части) и между электродом и металлической ванной. Распределение температуры по глубине шлаковой ванны при общей ее глубине 40 — 45 мм характеризуется следующими данными (Г. А. Перцовский): Глубина погружения термопары, мм......... 10 20 30 Температура, ' С 1700 †18 1800 †19 !900 †19 Средняя энтальпия и температура металла при электрошлаковой сварке по результатам калориметрирования составляют соответственно 1870 Дж/г н 1790 'С.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
