Неровный В.М. - Теория сварочных процессов (1043833), страница 56
Текст из файла (страница 56)
На участках, удаленных от осн столба дуги, будет происходить догорание окиси углерода, т. е. рекомбинацля молекул СО с большим выделением тепловой энергии, которая раньше расходовалась на диссоцнацню газа (около 30 % электрической мощностп дуги): 2СО+О2~~2СО2+ Д. (10. ! 9) Выделение теплоты при обратном процессе на периферийных участках дугового разряда увеличивает п)убину прсниавлення и ширину шва. По сравнению с дугой, горящей в аргоне, прн дуговой сварке в СО2 проплавление увеличивается, а ширина шиа уменьшается, и зто приходится учитывать технологам. Газовая атмосфера на участках, удаленных от оси столба дуги, будет обогащаться СО2 и водородам, образовавшимся при днссоцлации паров воды. Взаимодействуя с СО2, Н2 будет связываться в молекулы Н20; Таким образом, при сварке в струе углекислого газа металл поглощает водород в меньших количествах, чем при других видах сварки, В среднем при сварке кизкоуглеродистых, низколегнро- ! ванных сталей в струе СО2 содержание водорода в наплавленном -5 3 металле колеблется от 0,5 до 2 ! О м /кг.
Прн вводе З! и Мп в сварочную проволоку атмосфера будет по-прежнему окислителькай, но эти элементы, попадая в сварочную ванну, будут связывать кислород, растворенный в металле, т. е. раскислять металл шва: !Р О)+ !Мп)х=2Ре+(Мпо)); (10.2 !) 2!РеО) + !З!) ~-5! 2Ре+ (З!О2) . В хвостовой части сварочной ванны шлак всплывает на поверхность металла, но обычно его недостаточно, чтобы создать сплошной защитный слой на поверхности шва. Металл, наплавленный при сварке в струе СО2, чище (содержит меньше шлаковых включений), и поэтому его пластические свойства несколько выше, чем при сварке под слоем флюса.
Главный недостаток сварки и струе СО2 — разбрызгивание металла электрода (до 12 %). Его сводят к минимуму, добавляя 3 % кислорода к СО2. Это позволяет перейти к струйному переносу металла электрода. В качестве активного защитного газа в отдельных случаях можно применать также перегретый водяной пар, который вытесняет из зоны столба дуги азат и кислород атмосферы (Л.С. Сапиро). Однако при взаимодействии пара с жидким мепилом будет выделяться большое количество водорода: Это приводит к образованию пор, а в легированных сталях — н к образованию холодных трешцн. 10.23.
Металлургические процессы при сварке в ииертнык газах н ия смесях Из инертных газов наиболее широко используют при сварке аргон Аг, а также гелий Не. Платность аргона составляет 1,783 кг1м, з т, е. значительно больше воздуха, и зто облегчает получение струйной зашиты. Гелий в 1О раз легче аргона, и для использования при сварке требуется больший его расход, чем аргона, что повышаег стоимость сварочного процесса. Наряду со струйной, применяют более эффективную камерную защиту, т. е.
выполняют сварку в камерах с контролируемой атмосферой. Аргон и гелий не образуют химических соединений с металламн и не растворяются в них, что обусловлено заполиенностью внешних электронных оболочек атомов у этих газов. Однако прн сварке имеют место процессы окисления, азотирования, наводороживания, а также растворения газов и вредных примесей в сварочной ванне. Эти процессы связаны с несовершенством газовой защиты зоны сварки н прониканием в нее атмосферного воздуха.
Кроме того, неизбежное присутствие даже небольших концентраций вредных примесей в инертных газах, наличие окисленных поверхностных слоев на кромках металла н сварочной проволоки способствуют образованию оксидов, нитрндов н других веществ, замепю ухудшающих физико-механические свойства сварных соединений нз высокоактивных металлов. Чистота аргона, поставляемого для сварки, достаточно высока. Различают арпзи высшего сорта и первого сорта. В зависимости от сорта аргоиа в нем содержится различное количество вредных примесей (НзО, СС~, Хз, Оз).
Это необходимо учитывать прн сварке различных легированных сталей нли цветных сплавов, содержащих те или нные легирующне добавки. Для повышения чистоты применяемого аргона его следует пропусппь через аппарат, содержащий стружку титана, нагретую до 770 К, в котором развиваются следующие реакции: ЗТ3 + 2Н20 ~ Т(О2 + 2Т)Н2', Т +О,1=~Т(Оз; 2Т1 + Нз~:~ 2ТЙЧ.
Таким способом можно удалить из аргона следы влаги„кислорода и азота. 102.4. Особенности сварки различных сталей и сплавов в инертных газах Сварку стальных деталей малой толщины осуществляют обычно аргонодуговой сваркой неплавяшимся %-электродом с присадочной проволокой, что обеспечивает наиболее высокое качество сварных соединений. Спецификой сварки не полностью раскис- ленных низкоуглеродистых сталей, особенно кипящих, является получение металла шва со склонностью к порнстости вследствие окисления углерода содержащейся в стали закисью железа и выделения СО из ванны по реакции (10.24) 1резС] + 1ре01 ~=2 4ре + СО, которая идет за счет кислорода, накопленного в сталях во время лх выплавки, но может возникнуть прн наличии примесей к аргону, а также за счет влажности газа и содержащегося в нем кислорода, Для подавления реакции (10.24) в сварочной ванне нужно иметь .достаточное количество раскислнтелей (Я, Мп, Т1), т.
е. исцользовать сварочные проволоки Св-08ГС нли Св-08Г2С (табл. 10.3). Можно снизить пористость путем добавки к Ах до 5 % ОЗ, который, вызывая интенсивное кипение сварочной ванны, способствует удалению СО до начала кристаллизации. Гвйлица АЗ. Состав наплавлениоге металла при сварке проволоками различных марек иизкоуглервлистых сталей (ГОСТ 2246-70), % 498 (2.20) Рис.
2.7. Схема определения эффективного сечения Рис. 2.8. Прохождение частиц через тонкий слой газа: а — внд сбоку; б — фронтальный внд нон — атом .... нон — ион ...... электрон — атом ..... электрон — ион ....... электрон электрон " "" -" атее 1 т= —, опД (2.17) 50 ния обеих частиц при равновесном распределении скоростей принимают Д = ь~ 2лс/ .
2 Длина свободного пробега частиц Л зависит как от Д, так и от 3 п — концентрации частиц в 1 м . С одной стороны, определяя относительную долю площади, занятой частицей, через слой газа единичной площади толщиной ей (рис. 2.8)„получим вероятность соударения на длине с!х, равную пД с/х /! . С другой стороны, вероятность столкновения частиц при малом с/х соответствует отношению толщины слоя е/х к длине свободного пробега Л и равна с/х/Л.
Следовательно, е/х/Л = пЯс/х/1, откуда ! Л=— (2.16) пД где о — скорость частиц. Оказывается, что для молекул газокинетическое сечение Д мало зависит от их энергии (при высоких температурах). В то же время, чем больше размеры частиц, тем меньше длина их свободного пробега. Кроме того, согласно уравнению Клапейрона — Менделеева, длину свободного пробега можно выразить так: 1 /сТ Л = — = —. (2.18) п0 рЯ вЂ” 23 5 Подставляя в (2.18) значение /с = 1,38 10 Дж/К и р =1,01 10 Па, получаем Л=1,36 10 — 28 7 (2.19) 0 Иногда в литературе эффективное сечение приведено не для 3 одной пары частиц, а для 1 м газа.
Тогда его обозначают Я и считают, что Наличие сил кулоновского взаимодействия между электронами и ионами делает их соударения в плазме значительно более сложными, чем соударения нейтральных частиц в газе. Вместо зигзагообразной траектории броуновского движения молекул траектория заряженной частицы становится извилистой (более сглаженной), соответствующей изменениям (флуктуациям) электрического поля в плазме. Поэтому в плазме, вообще говоря, следует учитывать все возможные эффективные сечения при соударениях: Дь (перезарядка) Дл (сечение Гвоздовера) Д„(сечение Рамзауэра) Д„(прнлипаиие нлн захват электрона) Тогда для /с сортов частиц длина свободного пробега электрона Однако практически в сварочных дугах достаточно учитывать только эффективное сечение Д или Д = Де„+ Деь так как другие эффективные сечения сравнительно малы.
Упругие столкновения электронов с нейтральными атомами должны быть описаны с позиций квантовой механики. Полное решение квантово-механической задачи удается получить лишь для простейших атомов — атомов водорода и гелия. для более сложных атомов обычно используют экспериментальные данные. В большинстве случаев наибольшее эффективное сечение Дел имеет Среднелегированные стали содержат в своем составе достаточное количество активных легирующих компонентов для подавления порнстости, вызываемой окнсленпем углерода.
Прн сварке 'эт'-электродом в среде аргона уровень водорода, вызывакяцего образование водородных пор, незначителен. Поэтому главное внимание обращают на формирование благоприятной схемы кристаллизации. Это обеспечивает плотную структуру шва, а состав металла шва соответствует составу основного металла, если присадочные проволоки близки к нему по составу. Для увеличения глубины проплавления применяют активирующне флюс-пасты на основе Сарг, наносимые на кромки перед сваркой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
