Учебники по популярным профессиям
на asv0825.ru

Глава 9. Основы сварки стали

       

Особенности металлургических процессов при сварке стали плавлением

Дуговая сварка плавлением является своеобразным маталлургическим процессом, протекающим в' совершенно необычных для металлургии условиях, в небольшом объеме сварочной ванны и в течение короткого времени. Объем сварочной ванны естественного формирования (рис. 9.1) определяется ее размерами.

Рис. 9.1. Сварочная ванна
А - длина; Б - ширина; h - глубина прохода; Тпл - температура плавления стали

Длину ванны А можно определить по формуле

где Р — коэффициент, определяемый опытным путем; для ручной сварки плавящимся электродом Р=(1,7—2,3) 10-3 мм/Вт; /д — сварочный ток, A; Uд — напряжение дуги, В.

Задавшись величиной сварочного тока /д=300 А, напряжением дуги Uд=30 В, можно определить длину ванны; она будет равна 15,3—20,7 мм. Практически длина ванны колеблется от 15 до 25 мм, что примерно соответствует расчету. Ширина ванны Б обычно равна 2—4 диаметрам электрода. Для наиболее ходовых электродов диаметром-4 мм длина ванны равна 8— 12 мм, а диаметром 5 мм — 10—20 мм. Глубина проплавления h не превышает 2—4 мм. Таким образом, ориентировочный объем сварочной ванны 0,2—0,5 см3, а масса 1,5—4 г. Среднее время существования ванны составляет всего 15 с, после чего металл затвердевает и кристаллизуется.

Маленький объем ванны и интенсивный отвод тепла в основной металл предопределяет большую скорость затвердевания расплавленного металла. Как видно из рис. 9.1, наибольшая температура в переднем участке ванны, а на периферии задней части она равна температуре плавления стали Тпл. В передней части ванны происходит плавление металла и совершаются интенсивные реакции элементов металла, газовой и шлаковой среды. В задней части, начиная с периферийных участков, прилегающих к основному металлу, происходят затвердевание и кристаллизация металла ванны. Металл сварочного шва и прилегающего к нему изделия в процессе сварки претерпевает нагрев и охлаждение, т. е. термическую обработку. Эти изменения температуры в каждой точке сварного соединения называют термическим циклом.

Таким образом, сварной шов образуется в результате сложного металлургического процесса, характеризующегося

  • высокой температурой;
  • небольшим объемом расплавленного металла электрода и металла изделия, перемешанных между собой в результате расплавления;
  • коротким временем процесса;
  • быстрым отводом тепла в прилегающий металл изделия и атмосферу;
  • интенсивным воздействием металла, шлака и газа при высокой температуре.

Температура расплавленного железа в районе анодного (или катодного) пятна достигает температуры кипения 2200—2300 °С. При высокой температуре происходит диссоциация (разъединение, распад) некоторой части молекулярных газов на атомарные, которая сопровождается поглощением тепла:

Атомарный кислород и азот активно вступают в реакции с металлом (железом, марганцем и др.) и частично остаются в шве. Атомарный водород легко растворяется в жидкой стали и при ее затвердевании часто не успевает выделиться.

При высокой температуре происходят выгорание и испарение некоторых элементов из стали и шлака.

Большая скорость подачи тепла сварочной дугой и его отвода в основной металл и в атмосферу влияет на характер кристаллизации ванны. В отличие от основного металла шов имеет структуру литой стали. По химическому составу он может отличаться от основного металла, так как образуется в результате перемешивания основного и электродного металла и под влиянием реакций, происходящих между металлом, газом и шлаком в процессе сварки. Термический цикл, который претерпевает сварное соединение, оказывает существенное влияние на структуру шва и прилегающие к нему зоны основного металла.

Рейтинг@Mail.ru
Рейтинг@Mail.ru