Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Ионизирующие компоненты – это соединения, при нагреве выделяющие атомы щелочных металлов с малым потенциалом ионизации: Na, K, Ca, Ва. Ионы этих элементов снижают электрическое сопротивление дугового промежутка и делают дуговой разряд устойчивым.

Раскислителями и легирующими компонентами служат металлические порошки или порошки ферросплавов. Ферросплавы – это сплавы железа с другими элементами: ферромарганец, ферросилиций, феррохром, ферротитан, ферровольфрам и др. Они сохраняют легкоокисляющиеся элементы при нагреве и быстро растворяют в жидкой стали. Только медь и никель вводят в виде порошка металла, так как они при сварке почти не окисляются. Раскисляющие компоненты, в отличие от легирующих, могут не входить в состав шва.

Связующими компонентами могут быть силикаты натрия и калия Na₂SiO₃ и K₂SiO₃, т.е. жидкое стекло или полимеры. Они соединяют порошки выше упомянутых компонентов в пластичную массу, которая напрессовывается на подготовленный металлический стержень в особых прессах.

Технологические компоненты обеспечивают повышение технологических свойств покрытия, при производстве электродов. К ним относятся пластификаторы бетонит, слюда. Технологические компоненты, как правило, снижают механические свойства наплавленного металла. Поэтому их выбор производится на компромиссной основе.

Все компоненты, идущие на изготовление покрытий, должны строго контролироваться по содержанию таких вредных примесей, как сера и фосфор.

10.3.3. Особенности нанесения электродных покрытий.

Современное производство электродов с покрытием является сложным и высоко автоматизированным процессом.

Его основные этапы представлены на рис. 10.17:

• Правка очистка и рубка сварочной проволоки на стержни;

• Особо тонкий размол компонентов покрытия, смешивание со связующими, получение пластичной обмазочной массы и ее прессование в брикеты;

• Нанесение покрытия на стержни путем проталкивания стержней через брикет и фильеру в контейнере под давлением;

• Клеймение краской покрытия, очистка от покрытия одного конца для подвода электрического тока, а другого – для зажигания дуги.

• Медленное провяливание, просушка в течении 2-10 часов при 623-393 К. Нарушение процесса вызывает отрыв покрытия выделяющимися парами.

К качеству электродного покрытия предъявляют следующие требования:

1. Отсутствие эксцентриситета покрытия и стержня. Оно достигается прямолинейностью стержня, что требует тщательной наладки рубочного станка. Это особенно сложно при изготовлении электродов малых диаметров.

2. Достаточная прочность сцепления со стержнем; она определяется при бросании готового электрода с высоты 0,5…1 м.

3. Отсутствие влаги в покрытии, зависящее от тщательной сушки и хранения в герметичной таре (Рис. 10.18).

Качество полученного сварного соединения зависит от относительной массы покрытия, оцениваемое коэффициентом Кп :

Кп = (gп \ gст ) ۰100% , (10.29)

где gст – масса металлического стержня электрода; gп – масса нанесенного покрытия.

Обычно электроды для сварки имеют относительную массу покрытия 25… 35 %, но так как плотность покрытия меньше, чем электродного металла, то объем покрытия значительно больше. Электроды для наплавочных работ, содержащие в покрытии много ферросплавов, имеют большую относительную массу покрытия (50…80 %).

При больших значениях Кп растут и потери металла из-за разбрызгивания и включений в шлак. Производительность процесса сварки определяется коэффициентом расплавления (αр) или коэффициентом наплавки (αн). Последний несколько меньше, так как учитывает потери металла (φ). В нормальных сварочных электродах поддерживается значение Кп около 30 %.

10.3.4. Основные типы электродных покрытий.

Для сварки сталей разработано четыре основных типа электродных покрытий которые по ГОСТ9467-75 классифицированы следующим образом: : рудно-кислые, основные, рутиловые, целлюлозные. Составы некоторых представителей каждой группы приведен в таблице 10.4.

1. Рудно-кислые покрытия (А), состоят из оксидов железа, марганца, титана и кремния. Они представляют собой шлаковую основы покрытия. Газовая защита создается органическими составляющими (крахмал). Раскислителем и рафинирующим элементом служит ферромарганец. В состав этой группы входят электроды марок ОММ-5, ЦМ-7, МЭЗ-04, СМ-5 и др.

2. Основные покрытия (Б), построены на основе карбоната кальция СаСО₃ (мрамор) и плавиково шпата CaF2 (флюорита), которые служат шлакообразующим компонентами. Они также создают газовую защиту при диссоциации мрамора ( СаСО₃ = СаО + СО₂ ). В качестве раскислителей и легирующих компонентов используют ферротитан, ферромарганец и ферросилиций, а рафинирование обеспечивает СаО. В состав этой группы входят электроды марок УОНИ-13, СМ-11, ОЗС, МР и др., предназначенные для сварки легированных и высоколегированных сталей.

3. Рутиловые покрытия (Р), построены на основе рутила TiO₂ с добавками SiO₂, магнезита МеСО₃ и других шлакообразующих компонентов. В качестве газообразующих веществ используются органические материалы (целлюлоза, декстрин) и карбонаты (MgCO₃, CaCO₃). Раскислителем и рафинирующим компонентом служит ферромарганец. Для повышения коэффициента наплавки в эти электроды вводят порошок железа. Типичные марки электродов с таким покрытием –АНО-4, АНО-5, АНО-6.

4. Целлюлозные покрытия (Ц), состоят преимущественно из газообразующих веществ (целлюлоза). Они создают хорошую газовую защиту, но дают мало шлака. Шлакообразующими служат небольшие количества оксида железа, марганца и титана. Для раскисления и рафинирования сварочной ванны добавляют ферросилиций и ферромарганец соответственно. Покрытия такого типа имеют электроды ОМА-2, применяемые для сварки труб с узкими разделками кромок и тонколистового металла.

Все 4 типа покрытия при сварке создают парогазовые выделения, снижающие экологию рабочего места. Наибольшую токсичность имеют электроды с покрытием А, содержащим много легкоиспаряющегося марганца. В настоящее время продолжается работа по созданию новых малотоксичных электродных покрытий с пониженным содержанием ядовитых газов флюорита (CaF₂) и паров марганца, а также имеющих более высокие технологические свойства. Это достигается изменением смешанных покрытий: АР, БР, РЦ и др.

В настоящее время существуют электродные покрытия, применяющиеся при сварке сплавов никеля, меди и алюминия.

10.3.5. Металлургические процессы при сварке электродами с покрытиями различного типа.

Все защитно-легирующие покрытия, несмотря на их различный состав, выполняются по одному и тому же алгоритму представленному в виде схемы на рис. 10.20. В результате горения дуги, плавления электрода и покрытия практически одновременно идут процессы формирования ванны, его газовой и шлаковой защиты от насыщения азотом, а также окисления кислородом воздуха. Затем идут процессы нейтрализации водорода, раскисления, легирования и модифицирования, рафинирования жидкого металла, его кристаллизация, связывания продуктов всех реакций в шлаковую фазу и отделение шлаковой корки. Однако в каждом типе покрытия указанные процессы осуществляются в ходе изложенных ниже различных физико-химических реакций.

10.3.5.1. Сварка электродами с покрытием рудно-кислого типа (А).

Рудно-кислые покрытия создают значительное количество газов (СО₂, СО, Н₂, Н₂О) в результате разложения и окисления крахмала или органических компонентов, что и обеспечивает хорошую защиту от атмосферного воздуха (Табл. 10.5). Кроме того, при нагреве Fe₂O₃ выделяется кислород, связывающий водород в нерастворимый пар Н₂О. Однако для противодействия окислению кислородом, выделяющимся из гематита Fe₂O₃, в покрытия этого типа требуется ввод значительного количества раскислителей, главным образом ферромарганца. Так, в электродах ЦМ-7 содержится до 33% гематита и около 30% ферромарганца, что достаточно для восстановления почти всего гематита. При вводе большого количества раскислителей образуется много продуктов раскисления – оксидов, часть из этих не выходит из шва и создает неметаллические включения, снижающие ударную вязкость и пластичность швов (Рис.10.21).

Окислительно-восстановительные процессы при сварке этими электродами можно передать следующими уравнениями реакций:

(Fe2O3) + Mn = (MnO) + 2[FeO];

[Mn] + [FeO] = (MnO) + Fe; (10.30)

(SiO₂) + 2Mn = 2 (MnO) + [Si];

Первая реакция экзотермична и выделяет значительное количество теплоты. За счет восстановление железа из покрытия коэффициент наплавки увеличивается до 10…12 г / (А۰ч). В последнее время этот принцип экзотермичности покрытия применен для создания электродов, не требующих при сварке электрического тока. В них усилен эффект бенгальских свечей, путем ввода в покрытие соединений алюминия, магния и др. применяемых при термитной сварке.

10.3.5.2. Сварка электродами с рутиловым покрытием (Р).

Иначе организованы те же процессы при сварке электродами с покрытием Р. Газовую защиту образует СО₂ при распаде карбоната СаСО₃, а также СО, СН и Н₂ при распаде клея (декстрина). Связывание водорода в ОН путем окисления выполняют диссоциирующие СО₂, рутил и полевой шпат, состоящий преимущественно из SiO₂. Шлаковую защиту создает TiO₂ и SiO₂ (из полевого шпата).

Рутил является слабым окислителем. Он не полностью диссоциирует (TiO₂ = TiO + O), выделяя мало кислорода и сохраняя форму шлака (TiO). Раскислителем в этом покрытии служит – FeSi. Электроды этой группы обладают высокими технологическими свойствами – обеспечивают высокую устойчивость горения дуги на переменном токе, хорошее формирование шва и отделяемость шлаковой корки, возможность сварки в любом пространственном положении шва. Рутиловые электроды малотоксичные и обеспечивают высокие механические свойства наплавленного металла.

10.3.5.3. Сварка электродами с основным покрытием (Б).

В электродном покрытии Б газообразующим является CaCO₃, окислителями – CO₂ и SiO₂, раскислителями – FeTi и FeSi, а рафинирующим элементом – CaO. Одновременно СаО, CaF₂ и SiO₂ создают шлак, связывающий продукты раскисления. Водород связывается в нерастворимые соединения HF, фтором, выделяющимся из CaF₂.

При сварке осуществляют газовую защиту зоны сварки вследствие разложения мрамора СаСО₃, и выделения большого количестваСО₂. Образующийся оксид кальция СаО, не способный к диссоциации в зоне дуги, не выделяет О₂ и уходит на образование шлаковой системы основного типа СаО – СаF₂. Атмосфера сварочной дуги преимущественно состоит из СО, СО₂ и Н₂О в виде паров воды, выделяющихся из покрытия. Чтобы снизить уровень водяного пара и водорода в зоне сварки, эти электроды перед сваркой необходимо прокаливать при высокой температуре: 600… 790 К (до 840 К). Водород, попадающий в дугу из атмосферы, связывается фтором в нерастворимое в металле соединение HF. Кроме того, содержание в покрытие нескольких раскислителей позволяет получить мало окисленный и хорошо восстановленный низко-водородистый металл (табл. 10.43). Наличие в шлаке СаО хорошо рафинирует металл, что снижает склонность к образованию горячих и холодных трещин. Электроды с таким покрытием называют низководородистыми (табл. 10.43).

При сварке корозионностойких и жаростойких сталей применяют также тип покрытия, с пониженным содержанием СаСО₃ (15…20%), увеличивая СаF₂ (60…80%). В этом случае удается избежать науглероживания сварочной ванны и обеспечить содержание углерода в металле шва на уровне (0,05…0,02%) С, как это требуется по техническим условиям. Недостаток этих электродов – малая устойчивость дугового разряда, что ограничивает выполнение сварки лишь на постоянном токе обратной полярности. Таким образом, технологические возможности электродов группы Б, несколько ниже, чем электродов группы А и Р. Кроме того повышенное содержание CaF₂ вызывает образование токсичных соединений и требует создания надежной вентиляции рабочей зоны.

10.3.5.4. Сварка электродами с целлюлозным покрытием (Ц).

Он содержит в своем составе до 50% органических веществ (пищевая мука, целлюлоза). При их разложении и окислении выделяется большое количество газа, содержащего водород, окись углерода и др., что обеспечивающего хорошую газовую защиту от воздушной среды, при малом количестве шлака.

Для предотвращения водородной хрупкости или появления пор введены выделяющие кислород окислители: TiO₂, FeO, MnO₂. Для связывания водорода в HF, в покрытия вводят также плавиковый шпат CaF₂. Надежная газовая защита позволяет снижать относительную массу покрытия: Кп= 20%. Технологические свойства электродов типа Ц (ОМА-2, ВСЦ, ВСП и др.) довольно высокие, что позволяет их применять при сварке в различных пространственных положениях. Электроды с целлюлозным покрытием имеют в наплавленном металле высокий уровень водорода (табл. 10.6), предназначены для сварки в монтажных условиях неповоротных стыков труб из незакаливающихся, низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Наплавленный металл соответствует типам Э42 и Э46 (табл. 10.8). В таком металле не склонном к закалке водород может привести лишь к порам в шве.

10.3.6. Сравнительные характеристики защитных свойств покрытий.

Из сравнения количества H₂, N₂, O₂ в наплавленном металле следует (табл. 10.6), что главным критерием качества газовой защиты путем оттеснения воздуха является количество азота в шве, содержание которого для всех электродов практически одинаково: в 5 раз больше, чем в соответствующем электродном стержне. Наибольшие различия покрытий по уровню водорода в шве. Так в покрытии Б из-за протекания реакции Н₂О с CaF₂ и SiO₂ выделяются фтор и SiF₄, которые связывают водород в нерастворимое соединение HF(гл.9, пример 6). Благодаря этому химическому процессу содержание водорода в 7 – 9 раз меньше в наплавках по сравнению с другими электродами. Электроды с покрытием Б получили название «низководородистые».

Еще одно преимущество покрытия Б – малое количество окислителей, что позволяет получать чистый по примесям металл шва, обладающий высокой ударной вязкостью и хладостойкостью (Рис. 10.21 и 10.22), а также применять его для сварки всех высоколегированных сталей, содержащих хром, титан и другие активно окисляющиеся элементы. К недостаткам этого покрытия следует отнести науглероживание шва при сварке коррозионно–стойких сталей, в которых углерод рассматривают как вредную примесь. Его содержание снижают до предела растворимости (0,02…0,03 %). Другим недостатком покрытия Б является чувствительность к влаге, ржавчине, вызывающей поры, а также непригодность к сварке переменным током из-за деионизирующего влияния фтора, образующего отрицательно заряженный ион. Он связывает положительно заряженные ионы в нейтральные молекулы, не способные переносить электрические заряды в дуге.

Характеристики

Список файлов лекций