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

Текст из файла (страница 6)

10.3.1. Формирование защиты металла при сварке электродами

с покрытием и порошковой проволокой.

Для получения качественного соединения необходимо предотвратить химическое взаимодействие металла с воздухом. Это практически достигается в процессе сварки электродами с защитно-легирующим покрытием представленным на рис. 10.14. Электродный стержень плавится с опережением, что приводит к образованию конусного углубления – втулки. Оно направляет поток защитных газов, выделяемых при нагреве покрытия, и капли металла в сварочную ванну. Давление газов в дуге, измеренное специальным зондом (рис. 10.15) достигает 0,5 атм. (рис.10.16). Это препятствует доступу воздуха в зону сваривания. Капли металла проходят через дуговой промежуток, уже закрытые тонким слоем шлака, образованного при одновременном плавлении покрытия. Металл сварочной ванны также защищен слоем взаимодействующего с ним жидкого шлака.

10.3.2. Назначение и основные элементы электродных покрытий.

Состав покрытия электродов определяется рядом функций, которые он должен выполнять:

защита зоны сварки от кислорода, водорода и азота воздуха,

раскисление металла сварочной ванны,

легирование ее заданными компонентами,

стабилизация дугового разряда,

обеспечение вязкости шлака, препятствующей его стеканию при сварке на вертикальной поверхности и в потолочном положении,

легкая отделимость шлаковой корки,

экологичность процесса.

Электродные покрытия состоят из целого ряда компонентов, которые условно можно разделить на шлакообразующие, газообразующие, ионизирующие, раскисляющие, легирующие и связующие. Некоторые компоненты могут выполнять несколько функций одновременно.

Шлакообразующими компонентами, служат сочетания ряда оксидов и минералов; мел, мрамор СаСО₃, магнезит MgCO₃, полевой шпат К₂О۰Al₂O₃۰6SiO₂; глинозем Al₂O₃, флюорит CaF₂, рутил TiO₂, кварцевый песок SiO₂ и гематит Fe₂O₃. При сплавлении эти компоненты образуют шлаки различного состава и основности.

Газообразующие компоненты – это вещества, разлагающиеся при нагреве с выделением большого объема защитного газа, вытесняющего атмосферный газ, главным образом азот. К ним относятся соли угольной кислоты – карбонаты, а также органические вещества: декстрин, крахмал, целлюлоза, которые, сгорая в электрической дуге, дают много газообразных продуктов – CO₂; СН; CO; H₂; H₂O.

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;

• Сбрасывание электродов на ленточный конвейер

• Клеймение краской покрытия, механическая 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 К_п :

К_п = (g_п \ g_ст ) ۰100% , (10.29)

где g_ст – масса металлического стержня электрода; g_п – 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 К_п растут и потери металла из-за разбрызгивания и включений в шлак. Производительность процесса сварки определяется коэффициентом расплавления (К_р) или коэффициентом наплавки (К_н). Последний несколько меньше, так как учитывает потери металла (φ).

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 при малом объеме 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 от 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 отделения шлаковой корки. Однако в каждом типе покрытия указанные процессы осуществляются по различным физико-химическим реакциям.

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 металла 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.10.20).

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 восстановления 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 СО и 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 достаточную 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.

Характеристики

Список файлов лекций