Якушин Б.Ф. - Физико-химические и металлургические процессы в металлах при сварке (1043835), страница 27
Текст из файла (страница 27)
9.24,Механизм переноса капельнаго (4) перепаса матерна- в общем случае включает в па электрола в ванну себя следующие моменты: — нагрев лугой горца электрола и образованна капли диаметром 4«! — появление шейки на стыке жидкого металла с .гверлым металлом электрола; — соприкосновение капли с поверхностью сварочной ванны; — разрыв образованного «мостика». Если в период существования «мостнка» через него протекает ток дуги. ги, то «мостик» нагревается до температуры кипения, затем е ет его взрыв и разбрызгивание. Для подавления взрыва н следует е б ыэгивання целесообразно не допускать замыкания ду я ги каплей и сокращать время нахождения капли в столбе ду б гн.
Сила тяжести Р и электродииамнческие силы Рэд способствуют отрыву капли ат торца электрода, а сила поверхностного натяжения Ря „удерживает ее на электроде. Электродинамические силы Р,д являются результатом наличия вокруг электрода (при протекании по нему тока) магнитного силового поля, оказывающею сжимающее действие на электрод — пинч-эффект, в результате которого появляются силы, сжимающие шейку капли: Р мб)0 1 (9З7) с;« где 1 — сварочный ток. Кроме того, вследствие сжатия шейки возникают продольные силы.
Они направлены ат меньшего сечения электрода радиусом га = Л„12 к большему — радиусом г! = г1Д. Результирующие электродинамнческие силы Р,д, направленные вдоль оси электрода в сторону ванны, выражаются формулой Р =),ог кч !Е12(п — ". (9.33) эд га Отсюда следует, что электродннамическне силы возрастают с увеличением тока н уменьпюннем диаметра электрода.
Капля, отрывающаяся ат торца электрода, как правило, отклоняется в сторону, противоположную направлению сварки под действием сил давления газового потока и реактивных сил, создаваемых газом, вьгделяющимся из капли. Это приводит к возникновению потока жидкого металла по оси сварочной ванны, который движется в хвостовую часть ванны и там разделяется на левый и правый боковые потоки, частично возвращающие металл в сторону дуги н перемешиваюшне металл аварочной ванны (см. рис.
9.2). Размер капли определяется соотношением сил, удерживающих ее 427 429 428 на торце электрола, и сил, стремящихся ее оторвать. Для измель. чения капель снижакп силу поверхностного натяжения (см. рис. 8.16) или отрывают их механически, не лопуская укрупнениа. На силу отрыва капли влияют поверхностно-активные вещества, входящие в соприкосновение с жидким металлом. Некоторые вещества, такие как углекислые соли щелочных и шелочноземельных металлов, своболиый кислород и др., обладают способностью заполнять свободные связи на поверхности жилкости и тем самым ослаблять связь поверхностных атомов и молекул жидкости между собой, Прн этом силы поверхностного натяжения резко уменьшаются. С увеличением температуры расплавленного металла поверхностное натяжение также несколько снижается.
Таким образом, нш~ичие кислорода, образующего оксиды 3(еО, и лругих 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 элехтродинамические силы гэх, а также увеличивакпся сила давлениа газовых потоков гг „ 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 и переходу к струйному переносу без коротких замыканий. При ручной луговой сварке электродом с толстым покрьпием на больших токах наблюдается преиыушественно мелкокапельнмй 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 появляегся дополнительная сила те„ давления газового потока. Акпшно развивающиеся процессы газосбразования могут преждевременно дробить каплю на более мелкие капли. При сварке под флюсом применяются еще более высокие сварочные токи. Силы отрыва, особенно эле«тролинамические силы, резко возрастают. Увеличивается воздействие газового потока г"г „, 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 при малых диаметрах электрода. При некотором критическом значении плотности тока капельная форма переноса перехолит в отру ную, о й .
П лобная форма переноса ивблюлается при сварке в юшитных газах. . В.И. Дятлов объясняет переходит квпельного неба реноса к отру бному увеличением плошади активного пятна стол а (см. рис, ко . 9.24), огда ытивное пятно охватывает боковую поверхность капли и уве личиваются сжимающие силы, Тогда конец элекает Й- трода заостря тряется, капля вытягивается в конус и возникает струный перенос (рис. 9.24, 6). размер перенос е носимых капель оказывает существенное влияние на и, тем больше о металлургических процессов. Чем мельче капли, тем льше суммарная поверхность соприкосновения их с окруж сре а значит, полнее взаимодействие с этой средой (растворение газов, процессы легирования элементами нз покрытий и флюсов, нх окисления, испарения легнруюшнх эвемеггюв и др.). Однако нельзя забывать, что в чаком случае время существования капель уменьшаетсв, а потому снижается и полнота протекания реакций, Нап имер, при увеличении тока в интервале 110..300 А удельная поверхность капель изменяется нщиачигельно, но время существования капли на торце электрола уменьшается в, ра ду тем с увеличением напряжения (и соответшвенно длины дуги) в интервале е 14...27 В при неизменнои токе 200 А уменьшается удельная поверхность капель в 2,2 раза и увеличивается ерема их существование в 8,3 раза.
Таким образом, развитие реакций в каппах особенно сильно зависит от ллины дуги. Этот вывод подтвереннш.о металла. вшают исслелования химического состава наплавленно Так, легирующие элементы, предварительно введенные в состав электродной проволоки, частично окнсляются в период существования металла в капельной форме.
Особенно велики потери активных металлов (Т!, Мп, Сг). Они опрелеляются коэффициентом перехода элемента, равного отношению его массовых долей в шве и электроде. П и сварке с участием флюсов во время перехода через газовую среду капли частично или полностью покр ри с расплавленного ишака, в результате чего значительно активизируются реакции между ним и жидким метал аллом.
Возможно также перемешивание металла со шлаком — в результате бурного выдепель 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— СО + Н20 = СОг + Нг,' Меэ Н20кдМеО+Нг: 2реО + Н20 = Ре201 + Нг; Ме+2Н20 ця МеОч ОН + ЗН (9.40) 1745 181'н = О 518 Рн + О 89. 2 ' 2 Г (9.41) 430 431 значительно меньше, что способствует сохра е сохранению легка испар.
и уменьшению па- ряющихся лсгирующих элементов (Мй и л .) и мен Совершенствование сварочных процессов направлено иа подав- сварочную ванну. Разработаны различные элсктромеханич ические жения ее п е ва д црниудительного отрыва капли от электрода, а, а также сииперегрева путем уатранения коротких замыканий дуги че- при котором чаатота перелопа капель равна частоте импульаа. Уве- личивая частоту до 200...300 Гц, получают стабильн " ст ильный мелкокапереиас з коротких замыканий луги и разбрь2згивания. Перенос присадочного металла при сварке неплавяшимся элек- тродам состоит в палаче присадочной проволоки в зону действия луги со стороны хвостовой части сварочной ванны.
Для исключе- ния капельного л ереноса и шунтирования дуги присадочиая про- волока подается по касательной к поверхностп ванны, Поэтом проволока разо вает р гре са тепяом дуги лишь до плавления и стекает ы, оэтому в ванну, Этот способ переноса выгодно отличается минимальным перегревом присалочного металла и наиболее высоким ысоким коэф'ици- ентом перехода легируюших элементов. такж Перенос присадочного металла при электронно-лучевой ево сварке ванну. К ме того, п е состолт в капельной подаче присадки черш л ч „. луч в сварочную ванну.
Роме того, применяют способ сварки, при котором проис- холит пропчавление свариваемого металла и подкла и, сивное пе ремешивание в сварочной ванне, вынос ее нижних слоев и на поверхность, т. е. создание усиления шва. 9.б. И .. Источники вадародн ирн сварке цод флюсом Этот вид сварки, выполняемый в изолированной от атмосферы газовой полости, обеспечивает надежную защиту металла шва лишь от азота, вхо , входящего в состав атмосферы. Среднее содержание азата в швах, полученных при сварке низкоуглеродистых сталей, обычно составляет 0,02 бй Такой уроне серьезной роли в металлургических процессах, в том числе и и образовании па погости р ости швов.
Более существенным является п и, в том числе при сутствие в шве во дарола и кислорода, которые попадают в зону я присваривания разнымн путями: — с атмосферной влагой; — с влагой флака. входящей в состав его аоединений, алаорбированной на поверхности зерен, а тшаке вюзчр и них в результате ыокрой грануляцнн флюса (дробления жилкаго флюса струями воды); — с влагой в составе ржавчины ияи других поверхностных оксидов (Рег01 2НгО, А!201 2Н20); — с основным металлом и сварочными материалами, солержа- 3 шими некоторое количеатва водорода (0,5...3 см ПОО г). В зависимости от температуры газовой фазы волород может находиться в молекулярном, атомарном или ионизированном состояниях.
В расплавленных флюсе и шлаке водород содержитая в виде ионов ОН. Растворению водорода в железе предшествует процесс его окисления оксидами Ре: 2реО +Нг=рен+Ре +20Н. (9.39) Переход водорода из жидкого шлака в метвлл сварочной ванны аоправождасгся разрывом связи О-Н, Основной иаточник водорода — водяной пар — в зоне столба дуги диссоциирует. Нз раачетов степени термической диссоциации валяного пара при температурах, равных температуре капель электродного металла (ниже 4000 К), следует, что она не превышает 70 ть Более полное разложение водяного пара происходит при его взаимодействии а металлом и шлаком по реакциям: Учитывая зависимость растворимости от температуры, полагают, что поглощение аодорола происходит на стадии капли; в сварочной ванне, наоборот, идет дегазация.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
