Неровный В.М. - Теория сварочных процессов (1043833), страница 42
Текст из файла (страница 42)
рис, 8.16) или отрывают их механически, не допуская укрупнения. На силу отрыва капли влияют поверхностно-активные вещества, входящие в соприкосновение с жидким металлом. Некоторые вещества, такие как углекислые соли щелочных и щелочноземельных металлов, свободный кислород и др., обладают способностью заполнять свободные связи на поверхности жидкости и тем самым ослаблять связь поверхностных атомов и молекул жидкости между собой. При этом силы поверхностного натяжения резко уменьшаются. С увеличением температуры расплавленного металла поверхностное натяжение также несколько снижается.
Таким образом, наличие кислорода, образующего оксиды МеО, и других поверхностно-активных веществ, а также увеличение сварочного тока понижают поверхностное натяжение капель. Увеличение сварочного тока значительно влияет и на силы отрыва капли, так как растут электродинамические силы г,д, а также увеличиваются сила давления газовых потоков Гол и реактивные силы, вызываемые газообразованием в капле и испарением. Следовательно, увеличение сварочного тока приводит к росту всех сил, вызывающих отрыв капли, а значит, к измельчению капель н переходу к струйному переносу без коротких замыканий. При ручной дуговой сварке электродом с толстым покрытием на больших токах наблюдается преимущественно мелкокапельный перенос металла с редкими замыканиями дугового промежутка. В этом случае поверхностное натяжение металла капель снижается как за счет наличия поверхностно-активных веществ в шлаке, так и вследствие более высокой температуры капель.
Силы отрыва нарастают интенсивнее и появляется дополнительная сила гс„давления газового потока. Активно развивающиеся процессы газообразования могут преждевременно дробить каплю на более мелкие капли. При сварке под флюсом применяются еще более высокие сварочные токи. Силы отрыва, особенно электродинамические силы, резко возрастают. Увеличивается воздействие газового потока Р'„„, усиливаются процессы газообразования в капле, а также испарения. В результате этого при сварке под флюсом наблюдается мелкокапельный перенос металла без коротких замыканий, а также перенос в виде паров. Установлено значительное влияние на размер переносимых капель не только силы, но и плотности тока, которые возрастают 428 при малых диаметрах электрода.
При некотором критическом значении плотности тока капельная форма переноса переходит в . Подобная форма переноса наблюдается при сварке в защитных газах. В.И. Дятлов объясняет переход от капельного переноса к струнному у у увеличением плошади активного пятна стол а (см. рис.. ), к . 9.24), огда активное пятно охватывает боковую поверхность капли и увелич чиваются сжимающие силы. Тогда конец электрода заостряете, ется, капля вытягивается в конус и возникает струйный перенос (рис. 9.24, 6). Размер переносимых капель оказывает существенное влияние на ход металлургических процессов. Чем мельче капли, тем больше суммарная поверхность соприкосновения их с окружающей средой, а значит, полнее взаимодействие с этой средой (растворение газов, п оцессы легирования элементами из покрытии и флюсов, их окисления, испарения легирующих элементов и др.).
бывать, что в таком случае время существования капель уменьшается а потому снижается и полнота протекания реакций. Например, при увеличении тока в интервале .. у е 110..300 А дельная поверхность капель изменяется незначительно, но время сущеся в 1,6 аза. Межствования капли на торце электрода уменьшается в, р ду тем с увели еличением напряжения (и соответственно длины дуги) в интервале 14...27 В при неизменном токе 200 А уменьшается удельная поверхность капель в 2,2 раза и увеличивается время их существования в 8,3 раза. Таким образом, развитие реакций в каплях особенно сильно зависит от длины дуги.
Этот вывод подтверждают исследования химического состава наплавленного металла. Так, легирующие элементы, предварительно введенные в состав электродной проволоки, частично окисляются в период существования металла в капельной форме. Ос . Особенно велики потери активных металлов (Т1, Мп, Сг). Они определяются коэффициентом перехода элемента, равного отношению его массовых долей в шве и электроде. При сварке с участием флюсов во время перехода через газовую среду капли частично или полностью п р ок ываются оболочкой расплавленного шлака, в результате чего значительно активизируются реакции между ним и жидким метал металлом. Возможно также перемешивание металла со шлаком — в результате бурного выделения газов из капли.
По данным А.А. Ерохина, температура капель при сварке электродами из малоуглеродистой стали при токе 185 и 240 А составляет соответственно 2518 и 2613 К. При сварке алюминия в среде аргона температура капель, по данным А.Я. Ищенко, достигает 2200 К, а при сварке в гелии— 429 значительно меньше, что способствует сохранению легко испаряющихся легирующих элементов (Мй и др.) и уменьшению пористости.
Совершенствование сварочных процессов направлено на подавление негативных явлений при переносе электродного металла в сварочную ванну. Разработаны различные электромеханические методы принудительного отрыва капли от электрода, а также снижения ее перегрева путем устранения коротких замыканий дуги через каплю. Для этого применяют питание дуги импульсами тока, при котором частота перехода капель равна частоте импульса. Увеличивая частоту до 200 .
300 Гц, получают стабильный мелкокапельный перенос без коротких замыканий дуги и разбрызгивания. Перенос присадочного металла при сварке неплавящимся электродом состоит в подаче присадочной проволоки в зону действия дуги со стороны хвостовой части сварочной ванны. Для исключения капельного переноса и шунтирования дуги присадочная проволока подается по касательной к поверхности ванны. Поэтому проволока разогревается теплом дуги лишь до плавления и стекает в ванну. Этот способ переноса выгодно отличается минимальным перегревом присадочного металла и наиболее высоким коэффициентом перехода легирующих элементов.
Перенос присадочного металла при электронно-лучевой сварке также состоит в капельной подаче присадки через луч в сварочную ванну. Кроме того, применяют способ сварки, при котором происходит проплавление свариваемого металла и подкладки, интенсивное перемешивание в сварочной ванне, вынос ее нижних слоев и на поверхность, т. е, создание усиления шва. 9.6. Источники водорода при сварке под флюсом Этот вид сварки, выполняемый в изолированной от атмосферы газовой полости, обеспечивает надежную защиту металла шва лишь от азота, входящего в состав атмосферы. Среднее содержание азота в швах, полученных при сварке ниэкоуглеродистых сталей, обычно составляет 0,02;4.
Такой уровень азота не играет серьезной роли в металлургических процессах, в том числе при образовании пористости швов. Более существенным является присутствие в шве водорода и кислорода, которые попадают в зону сваривания разными путями: — с атмосферной влагой; — с влагой флюса, входящей в состав его соединений, адсорбированной на поверхности зерен, а также внутри них в результате 430 СО+ Н20 = СОг+ Нг, Ме+ Н20 рг МеО + Нг (9.40) 2ЕеО ь НгО = Еег03+ Нг, Ме+ 2Н20 ~-г МеО+ ОН+ 3Н. Учитывая зависимость растворимости от температуры, полагают, что поглощение водорода происходит на ад на стадии капли; в сварочной ванне, наоборот, идет дегазация. Растворимость водорода зависит как от температуры, так и от парциального давления согласно законам Генри и Сивертса. Влияние этих двух факторов учтено в уравнении А.Н. Морозова: 1745 18К = 0*518 рн + 0 89.
Н2 ' 2 Г (9.41) Кроме того, на растворимость водорода в железе влияют легирующне элементы. Титан, ниобии, циркон ий повышают ее, так как образуют с водородом прочные гидрид . Дру ы. Д гие элементы- 431 мокрой грануляции флюса (дробления жидкого флюса струями воды); — с влагой в составе ржавчины или других поверхностных оксидов (Еег03 2Н20, А1г03 2Н20); — с основным металлом и сварочными материаламн, содержащими некоторое количество водорода (О, ... ).
,5...3 см !100 г). В висимости от температуры газовой фазы водород может за находиться в молекул улярном, атомарном нли ионизированном стояниях. В расплавленных флюсе н шлаке водород содержится в виде ионов ОН. Растворению водорода в железе предшествует процесс его окисления оксидами Ре: 2РеО +Нг=Ееж+Ре +20Н. (9.39) Переход водорода нз жидкого шлака в металл сварочнои ванны сопровождается разр я разрывом связи 0 — Н. Основной источник водорода — водянои пар — в з — оне столба дуги диссоциирует. Из расчетов степени термической диссоциации водяного пара прн температурах, равных те х температуре капель электродного металла (ниже 4000 К), следует, что она не превышает 70 Уо.
Более полное разложение водяного пара происходит при его взаимодействии с металлом и шлаком по реакциям: раскислители: марганец, никель, хром косвенно влияют на растворимость водорода в железе, связывая кислород в оксиды, а угле 3 род, кремний, алюминий снижают ее до 40 см /100 г. Таким образом, жидкое железо может поглощать значительное количество водорода (см. рис. 9.6, 6) даже при низком парциальном давлении, Особенно велика концентрация водорода при многопроходной дуговой сварке под флюсом в условиях максимального перегрева металла. В твердом металле шва остаточная концентрация водоро- 3 да достигает 1О см !100 г, а основная масса водорода успевает выделиться из металла в результате десорбции в условиях замедленной скорости охлаждения шва под шлаковой коркой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
