ЛЕКЦІЯ 3. Мета лекції – вивчення схеми взаємодії в фазах зварювальної дуги за участю зварювальних матеріалів

Мета лекції – вивчення схеми взаємодії в фазах зварювальної дуги за участю зварювальних матеріалів

ЛЕКЦІЯ 3

Загальна схема взаємодії металевої, газової й шлакової фаз при зварюванні

План лекції:

1. Загальна схема взаємодії металевої, газової і шлакової фаз при зварюванні.

2. Взаємодія металу з киснем, азотом, воднем та іншими газами.

3. Поведінка металевих складових зварювальних матеріалів при зварюванні.

4. Розкислення. Легування.

Рекомендована література

6. Теория сварочных процессов. Под редакцией Фролова В.В. – М.: Высшая школа. 1988. – 558 с.

7. Багрянский К.В. Электродуговая сварка и наплавка под керамическими флюсами. – Киев: “Техніка”, 1976.- 184 с.

8. Сварочные материалы для дуговой сварки т. 1. Под редакцией Потапова Н.Н. – М: Машиностроение. 1989.- 544 с.

9. Ерохин А.А. Основы сварки плавлением. – М: “Машиностроение”. 1973. – 448 с.

10. Ефименко Н.Г., Калин Н.А. Раскисляющая способность редкоземельных элементов в сравнении в сравнении с известными раскислителями // Сварочное производство. – 1978. - № 10. – С. 1-2.

11. Ефименко Н.Г., Калин Н.А. Термодинамический анализ окислительно-восстановительных процессов с участием углерода при сварке плавлением //Автоматическая сварка. – 2000. - №7. – С. 18-21.

Загальна схема взаємодії металевої, газової й шлакової фаз при зварюванні

При всіх способах зварювання плавленням для локального розплавлювання металу застосовуються потужні джерела теплової енергії, що дозволяють уводити в обмежений обсяг велика кількість тепла, створювати значне місцеве підвищення температури. Найбільш ефективними при цьому є зварювальні джерела тепла, що дозволяють створювати потужні теплові потоки, які навіть при високій теплопровідності металів, що зварюють, забезпечують великий градієнт температур від місця уведення тепла до навколишній цей обсяг металу. Це, як наслідок, приводить у більшості випадків до значного перегріву основних обсягів металу, що розплавляє при зварюванні.

Як вказувалося, звичайно при зварюванні плавленням зварювальна ванна утвориться за рахунок змішування розплавленого основного металу й додаткового (наплавляємого). Максимальна температура перегріву металу у зварювальній ванні й вступника в неї звичайно у вигляді крапель присадкового металу в більшості випадків різна. Менший обсяг крапель, їх відносно більша питома поверхня, через яку надходить тепловий потік, відсутність у них значних теплоотводящих мас приводять, як правило, до більше значного їхнього перегріву, у порівнянні з металом ванни.

Тільки в деяких випадках, наприклад при газовому зварюванні залізних сплавів, коли присадочний матеріал уводиться прямо в рідку зварювальну ванну й плавиться в ній без формування падаючих у полум'ї крапель, і при аргоно-дуговому зварюванні електродом, що не плавиться, із присадками у вигляді вставок у зазорі температура перегріву й присадкового металу й зварювальної ванни приблизно однакове.

Розглянемо деякі приклади температурного стану розплавленого металу в умовах різних способів зварювання плавленням.

При газовому зварюванні маловуглецевої сталі (Т_пл = 1500°С) максимальна температура зварювальної ванни в її поверхні дорівнює 1630—1650°С; і для присадочного металу в цьому випадку максимальна температура також становить приблизно 1650°С. При електрошлаковому зварюванню сталі температура у зварювальній ванні, у середньому дорівнює ~1680° С, досягаючи —2000°С у найбільш нагрітої частини; температура крапель при цьому у випадку розплавлювання дроту перевищує 2000°С.

При дуговому зварюванні електродом, що плавиться, температура ванни й капель ще вище. Так, середня температура ванни при зварюванні під флюсом И. И. Фруміним і И. К. Походньой визначена в 1770 ± 100° С. Температура крапель при цьому досягає 2400—2500°С. При режимах ручного дугового зварювання середня температура ванни становить 1950—2000° С, а краплі 2100—2500°С.

Тому що при звичайних металургійних процесах виробництва сталей температура рідкого металу звичайно вище 1650— 1700°С не піднімається, можна відзначити, що в умовах зварювальних процесів мають місце значно більше високі перегріви металу.

Те ж спостерігається й при зварюванні інших металів. Наприклад, при аргоно-дуговому зварюванні титана (T_пл = 1650°С) електродом, що не плавиться, за даними Л. И. Мальцева, температура зварювальної ванни дорівнює —2100°С.

При дуговому зварюванні алюмінію і його сплавів (Т_пл = 640-660°С) також відомі значні перегріви й ванни, і краплі.

Так, при аргоно-дуговому зварюванні алюмінієво-магнієвих сплавів електродом, що не плавиться Ю.А. Деминский визначив температуру ванни в межах 750 — 900°С. При аргонодуговому зварюванню електродом, що плавиться, температура краплі їм визначена залежно від режиму в межах 1250—1550°С, тобто наближається до температури кипіння сплаву. Температура ванни при цьому з розрахунку становить —900—1000°С. При зварюванні чистого алюмінію, за японським даними, температура крапель досягає ~1700°С. Ванна при дуговому зварюванні по флюсі, по вимірах Д. М. Рабкина, має температуру 1000 ± 100°С. Таким чином, і в цих випадках при зварювальних процесах температура рідкого металу, особливо краплі наплавляємого металу, значно вище температури плавлення що зварює або присадочного металу. Це обставина повинне враховуватися при розгляді загальної схеми взаємодії матеріалів в умовах зварювання.

Кінцевою метою розплавлювання, обробки й кристалізації металу при зварюванні плавленням є одержання доброякісного металу шва, що має гарну сплавку із крайками деталей, що зварюють, необхідний состав і структуру, що забезпечують необхідні властивості. При цьому, як правило, досить важливим є максимальне видалення з металу ряду шкідливих домішок, що негативно впливають як на технологічну (тобто проявляється у зв'язку із самим процесом виготовлення зварених конструкцій і виконанням зварювання), так і на експлуатаційну міцність зварених з'єднань. Такими домішками є для залізних сплавів S, Р, О, N, Н і ін., а в деяких високолегованих сталях, крім того, Zn, As, Pb і ін., у сплавах на мідній основі - О, Н, Bi, Pb та ін.

Недопущення цих домішок у метал або їх найбільш повне видалення з металу зв'язано й із составом застосовуваних зварювальних матеріалів, і із процесами взаємодії металу з навколишнім матеріальним середовищем при зварюванні.

При зварюванні метал завжди контактує з навколишнім середовищем. Це або газова фаза (повітря, захисні гази, суміші газів і пар, вакуум та ін.), або жужільні розплави (різні окисли, галогеніди, їхньої суміші й т.д.), або й гази, і шлаки. У процесі зварювання відбувається взаємодія металу, особливо перегрітого вище температури плавлення, із цими газами й шлаками. Така взаємодія може бути для металу корисним, але в більшості випадків псує його состав і властивості. Тому процеси взаємодії металу з газами й шлаками при зварюванні варто обов'язково враховувати й по можливості регулювати в потрібному напрямку.

Зміни состава металу у зварювальних умовах визначаються, по-перше, випаром у зв'язку з високими температурами перегріву рідкого металу й, по-друге, обмінними реакціями з газами й шлаками, зокрема окисними процесами. Крім того, можливо й просто фізичне розчинення в металі елементів з навколишньої його матеріального середовища.

Дата добавления: 2014-01-07