Сварка в машиностроении.Том 1 (1041435), страница 17
Текст из файла (страница 17)
7 приведены данные по К НМ содержанию кремния и фосфора при многослойной сварке стали 16Г (0,33ар 61; 0,012% Р) проволокой Св-10НМ (0,28% 81; 0,01% Р) под флюсом ФЦ-6. Однако постоянство 6 при многослойной сварке, особенно при сварке в разделку, лку обычно не соблюдается. Наибольшее значение 6 имеет в корневом шве и уменьшается в верхней части шва. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА НА СОСТАВ МЕТАЛЛА ШВА С изменением режима сварки изменяютея условия протекания реакций как на электроде, так и в ванне вследствие изменения размеров и частоты переноса капель, размеров ванны и температурной обстановки в зоне плавления и др. Так, с увеличением длины (на- пряжения) дуги увеличивается вреИп,% мя взаимодействия и полнота протекания реакций на стадии капли. з Соответственно этому увеличиваются потери легирующих элементов, Рис 9 Зависимость содеРжаниЯ кремния в наплавленном металле от напряжения (длины) дуги (/ и силы тока / при кремне- восстановительном процессе: 1 — / = 120 А; 2 — / = 230 А а их содержание в наплавленном металле уменьшается в случае протекания окислительных реакций при сварке электродами УОНИ-13/55 (рис.
8), Наоборот„ при восстановительных реакциях (сварка электродами с высокосиликатным покрытием, содержащим активный восстановитель — алюминий) удлинение дуги приводит к увеличению количества восстановленного элемента и его содержания в шве (рис. 9).
Увеличение силы тока действует в противоположном направлении, уменьшая время взаимодействия на стадии капли. 78 Металлургия сварки Такая же картина наблюдается при сварке под флюсом. Наряду с изменением размера капель и времени взаимодействия в этом случае проявляется также зависимость от режима (относительной массы флюса).
Полнота протекания реакций восстановления кремния и марганца прн сварке под флюсом увеличивается Дпп>оге% 20 14 12 1 1 з (газ1 (Г]~рзствор1 ° 2 0,4 дя О 00 2О БП ОП ип,о БОП 2,Л Р А% Р, 02% 0,05 0,04 шоу орг где а, и 1 — активность и расплава ~1]. Растворимость газов в ризуется величиной (% Г] опп 25 50 75 100 угБ,М~) Азот Водород Рис. 1О. Зависимость содержания Мп и 51 в наплавленном металле при сварке под флюсом ФЦ-6 проволокой Св-10НМ от параметров режима (при изменении одного параметра остальные сохранялись постоянными) 1 = 550 А; (1д —— 38 —: — 40 В; осв = 25 м1ч с увеличением длины дуги и уменьшается с увеличением силы тока и скорости сварки (рис.
10). Удлинение дуги выше некоторого предела может также вызвать ухудшение защиты, о чем можно судить, например, по увеличению содержания в наплавлепном металле азота, как это показано на примере сварки в углекислом газе проволокой, содержащей 0,16% С; 0,99% Мп и 0,95% 51 (табл. 8). Ко р„о]= — а„0 уо В. Переход легирующнх элементов и содержание газов в металле в зависимости от длины (напряжения) дуги )аК.= т+В А 1720 1д К = 1я [%Н] = — — — 2,252; 6320 1)2 Ко= !а']%0]= — у + 2,734* При более детальном анализе влияния режима сварки на состав наплавленного металла необходимо учитывать влияние режима на все величины, входящие в расчетные уравнения.
Ргц Ы,% 44 1~2 10 00 005 ДО4 Б)05 007 20 УП 40 50 ООПП,Б 001 Дгз/г)т% 120 14 1,2 1,0 О,Б ОБ 0,4 200 400 005 О,И ОЛБ 002 П,О1 200 400 20 до 00 О,4 75 БО 25 1ОПтгп,м14 Р5% Взаимодействие металла с газами при сварке ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕТАЛЛА С ГАЗАМИ ПРИ СВАРКЕ Расплавленный металл, взаимодействуя с окружающей атмосферой, поглощает кислород, азот, водород, что существенно сказывается на свойствах металла шва. Растворение газов в жидком металле. Растворение двухатомного газа в металле описывается уравнением Константа равновесия втой реакции рг рг откуда следует известное правило квадратного корня (закон Сивертса) (%Г]=К' р'17 (25) 1г коэффициент активности газа, зависящие от состава чистом железе пРи 1 = 1 и Рг = 1 кгсlсм хаРакте- / 2 = К, При 1600'С К~,%1ат 1 о,о44 0,00240 Растворимость при р = 1 может быть пересчитана на любое другое парциг1 альное давление р„газа по выражению (25).
П асчетном давлении кислорода р0 — — 0,8 10 з ат наблюдается образовари р Э иие жидких окисло . к слов. Поэтому рассматривают взаимодействие железа не с газо- 5 п иэтомп и- образным кислородом, а с окислом железа (РеО). Выражение (2 ) при этом примет вид (26) Если коэффициент активности у кислорода в металле и активность РеО о = 0 23%.
Равновесие в шлаке равны единице, то (% 0] = К0. При 1600 С К0 = 0,23,о~ Равновесие металл — газ зависит от температуры. Эта зависимость выражается обычно эмпирическими уравнениями вида где А и В постоянные, определяемые из опыта. Для чистого железа при р„= 1 и ар 0 = 1 1050 10 К = 1а (% Щ = — — — 0,815; 81 80 Металлургия сварки Взаимодействие металла с газами при сварке При температурах, приближающихся к точке кипения металла, нужно учитывать противодавление паров металла, вызывающее снижение реальной Растворимости газа.
Механизм поглощения двухатомного газа включает следующие основные стадии: диффузию газа к поверхности металла через пограничный слой, адсорбцию молекул газа на поверхности металла, разрыв связей между атомами под действием поверхностных сил и переход ими границы газ — металл и диффузию газа в металлической фазе, Кинетику адсорбции газа можно описать уравнениями вида (2), т.е. уравнениями первого порядка. Особенности взаимодействия металл — газ при дуговой сварке, Приведенные выше численные значения растворимости газов в железе относятся к бездуговому (индукционному) нагреву. В дуге, где темпе- О!О,Я ратура газа достигает 5000 — 15 000 К, газ находится в диссоциированном на атомы и частично ионизированном состоянии.
Так, водород почти полностью диссоциирован на атомы уже при 5000 К, а азот — при 10000 К. ОВ Условия равновесия в этом случае будут иными, и следует ожидать больших значений константы равновесия К и растворимости газа. О,О Надо учитывать, однако, что у поверхности расплава температура газа значительно снижается, приближаясь к температуре по- О,С верхности металла, и в пограничном слое должны идти обратные процессы деионизации газа и образования молекул из атомов.
7 З Пока неясно, сколь далеко они успевают пройти, что затрудняет количественные оцен- О О,l Ог ОО Р ки, но во всяком случае очевидно что в услоямал виях дуговой сварки с металлом взаимо- действуют активированные частицы, будь то Рис. 11, Зависимость содержа- атомы или же вновь обРазовавшиесЯ из них ния азота в стали )(25Н16Г7АР молекУлы, обладающие избыточной энеРгией при дуговом(1) и индукционном за счет не Успев!пей Релаксировать эн~р~и~ нагреве (2 я) от парциального молизации. Активациа газовых частиц в да ления азота в аргоно-азотной дУге Увеличивает РаствоРимость газа, как смеси.
Температупа нагрева это можно видеть на пРимеРе абсоРбции 1500'С (г) и 2200'С (3) азота железом (рис. !1). Горизонтальный участок на кривой ду- гового нагрева объясняют пузырьковым кипением ванны, пересыщенной азотом. Увеличение потока азота в ванну, вызванное увеличением его парцнального давления в газовой фазе, приводит к соответствующему увеличению азотного кипения, в результате чего устанавливается стационарное состояние и содержание азота в ванне стабилизируется. Поглощение газа при сварке плавящимся электродом происходит как на торце электрода, так и в ванне.
Количество поглощенного газа определяется кинетикой процессов абсорбции и десорбции. Условия абсорбции газа различны на разных участках поверхности ванны. Наиболее интенсивно газ поглощается в области, расположенной непосредственно под дугой, в то время как на периферии ванны возможна даже десорбция газа. Поэтому скорость поглощения и конечное содержание газа в металле зависят от размеров ванны и распределения теплового и газового потоков на ее поверхности. Источники газов в зоне сварки.
Азот попадает в зону сварки главным образом из воздуха. Источниками кислорода и водорода являются воздух, сварочные материалы (электродные покрытия, флюсы, защитные газы и т. п.), а также окислы, адсорбированная влага и другие загрязнения на поверхности основного и присадочного металла.
Наконец, кислород, водород и азот могут содержаться в избыточном (сверхравновесном) количестве в переплавляемом металле. Несмотря на различные способы изоляции расплавленного металла от воздуха (электродные покрытия, флюсы, защитные газы и т. п.), исключить полностью его попадание в зону сварки практически невозможно, Даже при сварке в вакууме с разрежением 10 а мм рт. ст.
парциальное давление в камере установки остаточного кислорода и азота составит соответственно 0,28 10 ' и 1,32 10 7 кгс/сма. Сопоставление этих данных с равновесным давлением кислорода, например, в системе 2 Т1ж+Оа = 2 Т)Ож равным 1,49 10 тт кгсlсма при 2000 К (т. е, вблизи точки плавления), показывает, что атмосфера в камере по отношению к титану является окислительной. П и сварке в инертных газах со струйной защитой возможен подсос воздуха вследствие турбулентности газового потока. Только при сварке в камере с инер- Р гной атмосферой при условии хорошей предварительной откачки и продувки ее инертным газом можно говорить об отсутствии воздуха в зоне сварки.
Но при этом нужно считаться с наличием примесей в инертном газе. Так, в аргоне согласно ГОСТ 10157 — 73 может содержаться максимально: . ( 0 0001 об а7а ( 0'008 об об ( 0,0! г7м' прн нормальных условиях !20' С, 700 мм рт. ст.! кислорода азота .. водяных паров Поэтому при сварке химически активных металлов рекомендуется дополнительная очистка аргона перед подачей его в камеру или.горелку. Взаимодействие металла с кислородом воздуха возможно даже через слой шлака. Наиболее заметно это взаимодействие проявляется при электрошлаковой сварке, когда шлаковая ванна длительное время контактирует с воздухом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
