диплом_пз (1211090), страница 4

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

Текст из файла (страница 4)

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 так же 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 -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.

Газовая защита построена на диссоциации карбонатов и разложении целлюлозы. Раскисление сварочной ванны происходит за счёт ферромарганца, тальк вводится для улучшения рабочих свойств покрытия при опрессовке, связующее - жидкое стекло, может применяться натриевое, но чаще калиево-натриевое.

При сварке электродами с рутиловым покрытием обеспечивается достаточная газовая и шлаковая защита зоны сварки от атмосферного воздуха. Шлаки, образующиеся при плавлении покрытия хорошо смачивают жидкий металл, препятствуя растворению в нём азота (не более 0,02%), что понижает

вероятность возникновения пор при удлинении дуги и ослаблении газовой защиты. Рутиловые покрытия, чаще малоосновные, способствуют образованию силикатов, снижающих активность железа в шлаке, и как следствие, уменьшается переход оксидов железа из шлака в металл. Покрытия данного вида малочувствительны к ржавчине и окалине на кромках свариваемых изделий. Малая окислительная способность шлаков, образующихся при плавлении рутилового покрытия позволяет строить на его основе высокопроизводительные электроды, путем введения в покрытие железного порошка. Электродами с рутиловым покрытием можно выполнять сварку во всех пространственных положениях, шов формируется хорошо, шлак отделяется без затруднений.

Но рутиловое покрытие имеет свои недостатки: образование пор в наплавленном металле при сварке на повышенной силе тока или электродами, прокалёнными при слишком высокой температуре (для рутиловых покрытий температура прокалки обычно находится в пределах 180-200С). Это снижает скорость выделения водорода при кристаллизации сварочной ванны, а также с преждевременным разложением органических веществ покрытия и нарушением газовой защиты зоны сварки. В результате в жидком металле растворяется повышенное количество азота, последний, выделяясь при кристаллизации, вызывает поры. Наплавленный металл в результате взаимодействия с газами дуги, содержащими водород, пары воды и углекислоту, может быть загрязнён кислородом, что снижает ударную вязкость и увеличивается склонность к образованию кристаллизационных трещин.

Увлажненные электроды рекомендуется просушить при температуре 180-200С в течение часа. Металл сформированный электродами описываемого типа соответствует полуспокойной стали и содержит до 0,12% С, 0,4-0,7% Mn, 0,1-0,3% Si, 0,04% S и Р каждого. Соответствуют типу Э46, обеспечивают ударную вязкость наплавленного металла 100-150 Дж/см² .

Приведённые выше достоинства рутиловых покрытий сделали их широко применяемыми на производстве при сварке различных конструкций из углеродистых конструкционных сталей прочностью до 480 МПа (50 кгс/мм²).

Целлюлозные покрытия (Ц) (ВСЦ-1, ВСЦ-2, ОЗЦ-1) состоят из целлюлозы, органической смолы, ферросплавов, талька. В покрытие также могут входить титановый концентрат и марганцевая руда. Покрытие состоит в основном (на 40 - 45%) из органических соединений(целлюлоза, крахмал, декстрин, торф, древесная или пищевая мука и др.), обеспечивающих при термическом разложении газовую защиту. В качестве шлакообразующих обычно применяют рутил, тальк, титановый концентрат, гематит, карбонаты, алюмосиликаты, марганцевую руду. Раскисление производится ферромарганцем. Связующим является натриевое или калий-натриевое жидкое стекло. Благодаря высокому содержанию органики обеспечивается мощная газовая защита зоны сварки. Газовая фаза носит слабоокислительный характер и содержит большое количество водорода. Для снижения уровня растворенного в металле водорода, в состав покрытия вводят титановый концентрат и марганцевую руду(реже железную Fe₂O₃), дающие при расплавлении кислые шлаки. С этой же целью электроды сушат при температуре около 120-130С, что частично сохраняет влагу в покрытии, несколько повышая его окислительную способность. При соблюдении технологии применения данных электродов наплавленный металл имеет следующий химический состав: углерод<0,12%, марганец<0,5%,

кремний < 0,2%, азот порядка 0,01-0,02%, кислород 0,04-0,1%, водород 25-35 см³/100гр.

Характеристики

Список файлов ВКР