diplom_pz (1211074), страница 4

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

Текст из файла (страница 4)

На сегодняшний день промышленностью выпускаются сотни марок электро­дов различного назначения. Практически на любой конструкционный сплав сей­час можно подобрать электрод для ручной дуговой сварки. Такое многообразие свойств покрытые электроды обеспечивают за счёт сочетаний материалов про­волоки сердечника и состава покрытия [4].

Электродные покрытия создают при сварке защиту расплавленного металла от кислорода, водорода и азота воздуха в процессе переноса его через дуговой промежуток и в самой сварочной ванне, а также стабилизируют горение дуги, очищают металл сварочной ванны от вредных примесей и легируют металл шва для улучшения его свойств.

Защита расплавленного металла от кислорода и азота воздуха при сварке до­стигается газами и шлаком, которые образуются при термическом разложении покрытия в зоне дуги. Для организации газовой зашиты в покрытие вводятся кар­бонаты (известняк, мрамор, доломит, магнезит) или, в зависимости от вида по­крытия, органические вещества (крахмал, целлюлоза, древесная мука, торф и т.д.) [5,6,8].

Для устойчивого горения дуги в покрытия вводятся вещества, обладающие низким потенциалом ионизации, главным образом соли щелочных металлов; двуокись титана, полевой шпат, содержащий некоторое количество солей щелоч­ных металлов, калиевое или натриевое жидкое стекло и др.

Очистка металла шва от окислов серы, фосфора, газов и других вредных при­месей осуществляется шлаком, равномерно покрывающим шов.

Легирующими и раскисляющими компонентами в составе электродных по­крытий являются ферромарганец, ферросилиций, ферротитан и ряд других фер­росплавов. Для этих целей применяются также и порошки чистых металлов, но значительно реже.

Электродные покрытия по виду составов (ГОСТ 9466-75) подразделяются на кислые (А), основные (Б), рутиловые (Р), целлюлозные (Ц) и прочие (П). Вид покрытия определяется его составом, а состав, в свою очередь, определяет ха­рактер взаимодействия компонентов системы металл-газ-шлак и реакции, про­те­кающие в ней. Из этого следует, что, изменяя состав покрытия, можно управ­лять химическим составом наплавленного металла, а также его структурой и ме­хани­ческими свойствами.

Кислые покрытия (А) (АНО-2, СМ-5 и др.) состоят в основном из окислов железа и марганца (как правило в виде руд: гематит и пиролюзит), кремнезема, ферромарганца. В покрытие также могут быть введены ильменит и титановый концентрат. Для постановки газовой защиты применяются карбонаты и (или) ор­ганика (до 5 %).

При сварке электродами этого типа в наплавленном металле происходит по­вышение концентрации марганца и кремния. Это объясняется протеканием кремне- и марганцевосстановительных процессов:

(SiO2)+2[Fe]=2(FeO)+[Si]

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

Повышенное содержание кремния подавляет реакцию окисления углерода, предотвращая образование пор. Шлак и газы, образующиеся при плавлении по­крытия, в достаточной степени защищают сварочную ванну и переходящие в неё через дуговой промежуток капли присадочного металла от воздействия воздуха, (о чём свидетельствует малое содержание в металле азота: до 0,02 %) что так же снижает вероятность появления пор.

Электроды с таким покрытием отличаются большой скоростью расплавле­ния, позволяют вести сварку во всех пространственных положениях на перемен­ном и постоянном токе любой полярности, мало чувствительны к увлажнению покрытия, к загрязнениям кромок свариваемых изделий (окалина, ржавчина, масло, краска и пр.), к удлинению дуги. Но при этом металл шва насыщается кислородом в большей степени, чем при сварке электродами с другими видами покрытий за счёт большого содержания в покрытии окислов железа и марганца, а также наличия гигроскопической и конституционной влаги. В результате дис­социации этих соединений атмосфера дуги приобретает окислительный харак­тер.

Жидкий металл окисляется как за счёт газов дуги, так и за счёт кислорода, переходящего из шлака, что отражается на механических свойствах сварного со­единения.

Высокая температура в зоне сварки способствует восстановлению неболь­шого количества кремния из SiO2 (0,07-0,12 %) по реакции:

SiO2+2Mn=2MnO+[Si]

Восстановленный кремний и марганец, переходящий из покрытия, вступают в реакцию с растворённым в жидком металле кислородом. В результате этой ре­акции образуются мелкодисперсные включения SiO2 и MnO, которые могут об­разовывать между собой химические соединения MnSiO. Подобные включения способны коагулировать(укрупняться). Поскольку реакции окисления кремния и марганца кислородом, растворённым в металле, протекают практически до са­мой кристаллизации, наплавленный металл оказывается в значительной степени за­грязнённым как крупными, так и мелкими, не успевшими всплыть, неметалли­че­скими включениями. Этот момент оказывает сильное влияние на механиче­ские характеристики наплавленного металла. В связи с этим металл наплавлен­ный данным типом электродов обладает склонностью к механическому старе­нию, об­разованию горячих трещин и низкими значениями ударной вязкости, особенно при отрицательных температурах. К вышесказанному можно добавить, что при использовании данного типа электродов в зону дыхания сварщика попа­дает большое количество токсичных соединений марганца.

Наплавленный металл по своему составу соответствует кипящей стали и со­держит около 0,12 % углерода, 0,1 % кремния, 0,6-0,9 % марганца, 0,05 % серы и фосфора.

Электроды с кислым покрытием пригодны для сварки только низкоуглеро­дистых сталей полуспокойных и спокойных плавок. Обеспечивают ударную вяз­кость металла шва на уровне 80-120 Дж/см² и с временным сопротивлением раз­рыву в пределах 42 кгс/мм², относительное удлинение - не менее 18 % и соответ­ствуют типу Э42 по ГОСТ 9466-75.

На протяжении ряда лет наблюдается тенденция к сокращению объёма вы­пуска электродов с кислым покрытием.

Основные покрытия (Б) (УОНИИ-13, УП-1, ОЗС-2, ДСК-50 и др.) не содер­жат окислов железа и марганца. Покрытия этого типа в основном включают в себя карбонаты, обычно мрамор, плавиковый шпат, силикаты (кварцевый песок, полевой шпат), жидкое стекло, ферросплавы, и реже порошки чистых метал­лов (Al, Ti, V, Mo, W, Cr, Ni и др.).

Газовая защита построена на реакции термической диссоциации карбонатов, составляющих основу покрытия:

CaCO3→CaO+CO2

При взаимодействии углекислого газа с кремнием, марганцем, титаном, при­сутствующих в покрытии в виде ферросплавов и железом, а также с их парами, значительная часть углекислоты восстанавливается до СО. Следовательно, над расплавленным металлом создается газовая подушка, оттесняющая атмосфер­ный воздух и состоящая из углекислого газа и окиси углерода. Таким образом, покрытие рассматриваемого вида обеспечивает достаточную защиту зоны сварки от поступления в неё газов из воздуха, о чём можно судить по низкому содержанию растворённого в металле шва азота: около 0,018 %. При этом содер­жание кислорода в наплавленном металле практически не отличается от основ­ного металла.

Это достигается формированием шлаков с низким содержанием окислов же­леза, что обусловлено введением в покрытие ферросплавов; за счет глубокой рас­кисленности металла шва кремнием (до 0,4 %) и марганцем (до 1,21 %) в резуль­тате прямого перехода их из покрытия в сварочную ванну. Благодаря введению в покрытие ферросплавов обеспечивается хорошее раскисление шлака и металла сварочной ванны.

При высоких температурах кремний, титан, марганец и прочие раскислители сосуществуют с оставшимся растворённым в жидком металле кислородом. По мере снижения температуры, в зависимости от вида и концентрации раскислите­лей, кислород вступает с ними в реакцию, образуя оксиды соответствующих эле­ментов. Обычно эту роль играют Ti, Si, Mn имеющие большое сродство к шлаку с высокой основностью, содержащему большое количество СаО. Промывая сва­рочную ванну такой шлак связывает оксиды в прочные соединения CaО·TiO2 и CaO·SiO2, очищая металл от неметаллических включений. В результате, при условии соблюдения технологии изготовления и использования электродов, со­держание кислорода в наплавленном металле можно свести к пределам 0,02-0,03 %, а водорода 5-10 см³/100гр.

Низкое содержание кислорода, а, следовательно, малое количество оксидных включений обеспечивают высокие прочностные характеристики сварных швов. Металл, сформированный этим типом электродов, соответствует спокойной стали и содержит незначительное количество кислорода, азота и водорода. Со­держание серы и фосфора, как правило, не превышает 0,035 %. Содержание мар­ганца и кремния зависит от назначения конкретной марки электродов и колеб­лется в пределах 0,5-1,5 % и 0,3-0,6 % соответственно.

Важное преимущество электродов с основным покрытием - пониженная склонность к образованию дефектов из-за серы и фосфора. Это объясняется вы­сокой основностью шлаков и наличием в их составе большого количества оксида кальция, связывающего серу и фосфор в нерастворимые соединения, в резуль­тате чего достигаются высокие значения ударной вязкости как при положитель­ных, так и отрицательных температурах 150-260 Дж/см²). В процессе механиче­ского старения ударная вязкость падает на 50-60 %, сохраняясь при этом на до­статочном уровне.

Вследствие высокой стойкости металла шва к образованию кристаллизаци­онных трещин, электроды с покрытием этого типа применяют для сварки ответ­ственных и особо ответственных конструкций из низкоуглеродистых и легиро­ванных сталей, работающих в тяжёлых эксплуатационных условиях при низких (до минус 70 ˚С) температурах.

На основе рассматриваемого вида покрытий разработано большое количе­ство марок электродов, предназначенных для выполнения различных задач: сварка углеродистых, нержавеющих, окалиностойких, жаропрочных и ряда дру­гих специальных сталей и сплавов, всевозможные наплавочные работы. Управ­ление механическими свойствами наплавленного металла осуществляется введе­нием в покрытие необходимого количества легирующих элементов, а также при­менением различных марок сварочной проволоки. Сварка электродами с основ­ным покрытием может производится во всех пространственных положениях, но из-за присутствия в покрытии соединений фтора (плавиковый шпат), сварку вы­полняют как правило постоянным током обратной полярности. Электродами не­которых марок (СМ-1, УП-1) можно пользоваться и на переменном токе. Это до­стигается снижением содержания в покрытии веществ, препятствующих иониза­ции (фториды до 10 %) и введением в покрытие соединений калия, или примене­ние двухслойных покрытий. Калий повышает стабильность горения дуги, но по­крытие приобретает повышенную гигроскопичность. Поэтому перед сваркой электроды с основным покрытием подлежат прокалке при температуре 350-400 ˚С.

При использовании электродов с основным покрытием следует помнить, что они весьма склонны к образованию пор. Пористость может быть вызвана нали­чием органических загрязнений на свариваемых кромках, наличием ока­лины (снижает переход раскислителей из шлака в металл и возникают условия для об­разования оксида углерода), увеличением длины дуги (приводит к нарушению газовой защиты и растворению в металле значительного количества азота и во­дорода), и наконец, использование не прокалённых электродов.

При сварке увлажнёнными электродами или при наличии на кромках орга­ники, влаги и ржавчины образование пор связано с выделением водорода, попа­дающего в сварочную ванну. Растворению водорода в металле способствует также высокая степень его раскисленности. Наличие в сварочной ванне кремния затягивает выделение водорода до момента кристаллизации, что повышает опас­ность застревания в растущих кристаллах газовых пузырей, формирующихся к моменту кристаллизации и способствует развитию пористости.

Существенным недостатком основных покрытий является выделение вред­ных для здоровья фтористых соединений. Поэтому при выполнении сварочных работ в закрытых помещениях необходима вентиляция.

Рутиловые покрытия (Р) (АНО-3, АНО-4, ОЗС-3, ОЗС-4, ОЗС-6, МР-3, МР-4 и др.) имеют в своем составе преобладающее количество рутила-TiO2, алюмоси­ликаты (слюда, каолин, полевой шпат), карбонаты (обычно мрамор или магне­зит). Покрытие МР-3, например, состоит на 50 % из рутила, остальное- мрамор, фер­ромарганец, целлюлоза, тальк и жидкое стекло.

Характеристики

Список файлов ВКР