Сварка в машиностроении.Том 1 (1041435), страница 19
Текст из файла (страница 19)
К сожалению, это далеко не всегда принимают во внимание. Влияние газов на свойства металла шва. Поглощение кислорода металлом ухудшает его механические свойства. Так, увеличение кислорода в низкоуглеродистой стали с 0,01 — 0,02% до 0,1% приводит к снижению относительного удлинения более чем на 30% и ударной ~~зк~сти более чем на 40%. Н~~~~~~~~ е,еокгг/ляг снкгс /слг ег,~„кгс/лиг г„,кссл/слг снижается и временное сопротивле- 48 с/ ние (рис. 14, а). Азот в этой стали ~.ак также сильно снижает относительное о ш с/ гг с /О удлинение, но повышает прочностные г характеристики металла (рис. 14, б).
со с В зо о Поэтому при сварке низкоуглеродистой стали на воздухе без защиты сг совместное действие кислорода и азота ° Х вызывает резкое охрупчивание метал- /о ла, но мало сказывается на его вребенно нежелательнь менном сопротивлении (табл. 9). Осоенно нежелательным является взаимо- о ооо О/о/о),% о ом О/о ю~% действие с кислородом металлов, обладающих большим сродством к нему, и со сталью и сплавами, содержащими такие компоненты (хром, титан, ниобий, ванадий и др.), так как в этом случае интенсифицируются процессы окисления, уменьшается содержание важных легирующих элементов, образуются неметаллические включения. Влияние кислорода и азота иа механические свойства титана показано на рис, 15.
Содержание азота является одной из причин образования пор в металле шва. При сварке покрытыми электродами или в защитных газах такие поры нередко образуются в результате нарушения защиты металла от воздуха, например при зажигании дуги (так называемые стартовые поры) или при случайном удлинении, Предупреждение их представляет значительные трудности. З. Влияние содержания газов в металле гпва на его свойства вв, кгс/мм' Металл кгс м/смг "г Присадки Мп и Я в покрытие.
в' Проволока Св-!ОГС. В стали ряда марок азот используется как легирующий элемент, упрочняющнй металл. При сварке таких сталей необходимо избегать снижения содержания азота в металле шва, что может быть достигнуто, например, за счет сварки в аргоне с примесью небольшого количества азота. Водород, как и азот, вызывает образование пор и является причиной так называемых сварочных флокенов — небольших трещинок волосных размеров, в~' обнаруживаемых в виде светлых пятен в изломах 'сз металла при повышенном содержании в нем водорода. Удаление из металла диффузионно подвижного водорода при длительной выдержке может предотвратить образование флокенов.
При сварке легированной стали водород является причиной образования холодных трещин. При сварке Рис. 15. Влияние кислорода (1,2) и азота (3,4) на предел прочности (1,3) и относительное удлинение (2,4) титана 0 02 гатг /с6 ЕФ7,Е04,ь титана увеличение содержания водорода приводит к значительному снижению ударной вязкости и повышает склонность к хрупкому разрушению.
ои, кгс м/см' > 18 8 — 4 Н, % 0,002 0,01 — 0,02 ВЫДЕЛЕНИЕ ГАЗОВ ИЗ СВАРОЧНОЙ ВАННЫ И ОБРАЗОВАНИЕ НОР С понижением температуры расплава и особенно при его кристаллизации уменьшается растворимость газов в металле (как это в качестве примера показано для азота и водорода в железе на рис. 16) и возникает пересыщение металла газом. Пересыщение может также носить местный характер, являясь результатом неРавномерного распределения газа, случайных флуктуаций иля протекания реакций с выделением газообразных продуктов.
Если степень пересыщения достаточно ~елика, чтобы преодолеть силы, препятствующие возникновению и развитию газовых зародышей, в металле появляются газовые пузыри, и если они не успевают удалиться до его затвердевания, то в шве образуется пористость. Металлургия сварки Выделение газов из сварочной ванны и образование пор фЮ10 Таким образом, меры предупреждения пористости в металле шва можно разбить на две группы: меры, способствующие уменьшению степени пересыщения металла газом или подавлению реакций, идущих с газовыделением, и меры, способствующие наиболее полному удалению газовых пузырей нз сварочной ванны или подавлению их образования.
Чтобы уменьшить пересыщенне металла газом, следует стремиться понизить концентрацию газа в зоне сварки, лучше всего устранив возможные источники поступления газа; уменьшить абсорбцию газа металлом путем уменьшения скорости или времени взаимодействия за счет соответствующего регулирования технологических параметров (силы тока, скорости сварки и т. и.); повысить стандартную растворимость газа, легируя металл соответствующими элементами, что, уменьшая разность между равновесной концентрацией и концентрацией пересыщения, должно понизить вероятность вьщеления газа из расплава (пузырь- кового кипения). В зависимости от газа, вы- СН3 '.
ГИ3,1. зывающего пористость, и условий сварки ЦООХО эти задачи могут быть решены различным фй0 образом. Н Исследования показали, что образова- ЧООеХ ние пор вызывают азот, водород и отчасти СО, образующиеся в результате реакции (3ЖЮ окисления углерода С+ О = СО. Прн свар- У 002Х ке углеродистой стали основная роль принад- фЮ1 Х лежит водороду; при сварке аустенитной 40г0 стали и сплавов, в которых растворяется значительно больше водорода, на первый Н план выступает роль азота. Мнение о том, ООЮ что при удлинении дуги и других наруше- НЮХ ~у, ниях защиты появление пористости связано НиН ФЮХ с окислением металла и образованием СО, Фее не подтверждается опытом (1,31. ООО ООО ЯЮО 1ЛО ЯЮЮО С Чтобы понизить содержание азота, прак- тически единственным источником которого Рис. 16. Растворимость газов в является воздух (за исключением сварки железе при давлении 1 кгс(смз азотосодержащих стали и сплавов), необхо- димо обеспечить максимально возможную защиту металла от воздуха.
Другой путь — легирование ванны ннтридобразующими элементами — титаном, хромом и др, Исключение из зоны сварки водорода реализуется труднее, поскольку он обычно содержится в сварочных материалах. Средствами снижения концентрации водорода служат применение сварочных материалов с минимально возможной концентрацией водорода (водородсодержащих веществ); прокалка или просушка перед сваркой электродов флюсов (эффективность этого способа иллюстрируется рис. 13); тщательная очистка поверхности свариваемого и присадочного металла от окислов, адсорбированной влаги, органических загрязнений и т.
п.; введение в покрытия и флюсы фтористых соединений, например фтористого кальция (плавикового шпата), способных переводить водород в нерастворимые в металле соединения с фтором. Существуют и другие металлургические пути борьбы с водородной пористостью. Например, введение в зону сварки окислителей, с тем чтобы согласно 1 реакции Нз+ — Оа=НаО уменьшить парциальное давление водорода и темсамым абсорбцию водорода металлом. Специфический характер носит образование пористости при сварке химически активных металлов — алюминия, титана и их сплавов и др., где роль поверхностных загрязнений особенно велика.
Известно, что поры образуются при сварке этих металлов встык, однако отсутствуют при проплавленин целого куска того же металла. Отсюда следует, что поры вызываются загрязнениями, расположенными на торцах стыкуемых листов, а не на их поверхности. Механизм этого явления можно представить в следующем виде. Прн нагреве свариваемых кромок в процессе сварки по мере повышения температуры в местах скопления загрязнений начинаются термическое разложение органических веществ, испарение адсорбированной влаги и другие процессы, приводящие к газообразованию.
Газы легко удаляются с наружных поверхностей, но могут задерживаться между кромками, особенно если зазор между ними мал, что обычно имеет место вследствие термического сжатия соединяемых деталей. При плотно сжатых кромках (при отсутствии свободного выхода газа)' в естественных неровностях нх поверхностей появляются микрообъемы, заполненные газом, который находится под давлением. С повышением температуры возрастает давление газа, вызывая локальную деформацию нагретого и потому достаточно пластичного металла и образование между кромками сферических газовых пузырей. Все это происходит на участках впереди источника теплоты (дуги), где температура хотя и достаточно высока, чтобы вызвать газообразованне, но еще не достигла точки плавления металла.
Но по мере продвижения ванны чв ВВ СС Рис. 17. Схема образования пор при сварке встык алюминиевых сплавов эти газовые зародыши могут захватываться расплавленным металлом, развиваться и всплывать или оставаться в металле шва в виде газовых пор (рис. !7). При отсутствии загрязнений или адсорбированной влаги на кромках поры, естественно, не образуются.
Роль зазора между кромками иллюстрируется опытом по сварке встык образцов из сплава АМГ с жестко заданным зазором различной величины и с искусственно нанесенными на кромки загрязнениями. При отсутствии зазора наблюдалась значительная пористость в металле шва и в зоне несплавления при сварке с неполным проплавлением). В случае небольшого зазора (менее ,1 мм) были зафиксированы поры в металле шва (не успевшие всплыть газовые пузырьки). Если зазор превышал 0,1 мм, поры, как правило, отсутствовали. Далеко не всегда удается устранить источники попадания газов в зону сварки или снизить их содержание в атмосфере дуги до безопасного уровня. В таком случае возникает задача управления кинетикой реакций так, чтобы в возможно большей степени уменьшить абсорбцию газов расплавом.
Очевидно, содержание газа будет тем меньше, чем меньше скорость реакции и время взаимодействия. Из уравнения (21) следует, что поглощение газа будет тем меньше, чем больше скорость плавления металла и чем меньше поверхность ванны г или произведение !1Р1' в целом (см. рис. б). Решающим фактором, влияющим на эти параметры, является скорость сварки. Другая группа способов предупреждения пористости основывается на управлении процессом роста газовых пузырьков или их удаления (всплывания) из ванны, 88 Металлургия сварки Взаимодействие металла со шлаком Развитию газовых зародышей препятствует внешнее давление (давление атмосферы и столба жидкости) плюс поверхностное (капиллярное) давление: 2о Р = Ржй+ Рати+ 6' Объем пор, см'/!00 г о 0,7а 15 0.43 30 0,31 45 0,16 Из сказанного видно, что влияние параметров режима на образование пористости в металле шва может проявляться по-разному в зависимости от условий поглощения и выделения газов и удаления газовых пузырьков.
Поэтому нельзя дать однозначных общих рекомендаций по выбору режима сварки. Так, например, с увеличением скорости сварки уменьшается поверхность ванны (поверхность контакта металл †г) и время взаимодействия. В результате затрудняется как абсорбция газа из атмосферы, так и всплывание (удаление) образовавшихся газовых пузырьков. Если источником газа является атмосфера, то, очевидно, уменьшение абсорбции газа с увеличением скорости сварки будет способствовать уменьшению г де р,„— плотность расплава; Ь вЂ” глубина расположения зародыша над уровнем расплава; о — поверхностное натяжение; г — радиус зародыша. Поэтому, повышая внешнее давление при сварке в камере с инертной атмосферой, можно подавить развитие газовых пузырьков в расплаве и таким образом уменьшить или даже полностью устранить пориетость в металле шва.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
