повышенной скорости нарастания тока в сварочной цепи, а после зажигания дуги переходить на рабочий режим. При этом ва жно, чтобы переход на рабочий режим сварки происходил по сле зажигания дуги. Для этого в сварочную аппаратуру вводят спаренные датчики напряжения и тока, которые подают сигнал на переключение режима сварки.
— На глубину проплавления точки наиболее эффективно влияет сварочный ток. С его повышением увеличиваются диа метр и усиление точки. Сварку следует выполнять на токе, максимально допустимом для данной толщины металла. На пряжение дуги оказывает влияние на форму точки. При недо статочном напряжении в центре точки образуется углубление, а при завышенном — бугорок. Оптимальное напряжение зави сит от сварочного тока и диаметра электрода. При сварке точки глубина проплавления растет в первый период горения дуги. В дальнейшем глубина проплавления растет незначи тельно, увеличивается только усиление.
Сварку металла толщиной до 2 мм обычно выполняют без изменения тока в процессе сварки точки. При этом путем вы бора напряжения можно получить хорошее формирование точки с достаточной глубиной и шириной проплавления. При большей толщине металла рекомендуется выполнять сварку с изменением сварочного тока. После начала сварки точки силу тока увеличивают, а в конце уменьшают и одновременно повы шают напряжение. Это обеспечивает глубокое проплавление, хорошую форму электрозаклепки и позволяет регулировать термический цикл при сварке. Для увеличения сечения про плавления и прочности электрозаклепки сварку рекомендуют выполнять с круговым перемещением электрода, а иногда де лать отверстия в верхнем листе.
Прочность отдельной точки зависит от толщины металла и сечения электрозаклепки. Работоспособность электрозаклепоч ных и точечных соединений при знакопеременной и ударной нагрузках в ряде случаев выше, чем соединений, выполненных сплошными швами. Контроль качества электрозаклепок на ме талле малой толщины осуществляют по их внешнему виду с обеих сторон. При нарушении газовой защиты, превышении зазоров в соединении, наличии большого загрязнения листов и использовании ржавой проволоки в электрозаклепках обра зуются поры. Трещины в электрозаклепках и точках появля ются в основном при сварке высокоуглеродистых сталей и при повышенных режимах сварки.
Г л а в а 4 С В А РК А П О Д Ф Л Ю С О М
4.1. О бщ ие сведения
Дуговая механизированная сварка под флюсом отличается от других широко применяемых способов сварки плавлением наи большей производительностью и лучшими гигиеническими ус ловиями труда, высоким уровнем механизации сварочных ра бот. В этом процессе электродная проволока плавится дугой под слоем флюса (сыпучего гранулированного вещества). Флюс как важнейшая технологическая составляющая обеспечивает ведение процесса, требуемое качество швов и применяется при сварке и наплавке под флюсом, сварке по флюсу, сварке с маг нитным флюсом, а также при электрошлаковой сварке и на плавке.
Сварочная дуга 4 (рис. 4.1) горит между изделием 1 и концом свароч ной проволоки 3. Под воздействием дуги проволока плавится и по мере рас плавления подается в зону сварки. Дуга закрыта слоем флюса 2. Сварочная проволока (а вместе с ней и дуга) перемещается в направлении сварки с по мощью специального механизма (автоматическая сварка) или вручную (полу автоматическая сварка). Под влиянием теплоты дуги плавятся также основ ной металл и флюс. Расплавленные проволока, флюс и основной металл обра зуют сварочную ванну. Флюс в виде жидкой пленки 5 покрывает зону сварки, изолируя ее от воздуха. Расплавленный дугой металл сварочной проволоки каплями переносится в сварочную ванну, где смешивается с расплавленным основным металлом 9. По мере удаления дуги металл сварочной ванны начи нает охлаждаться, так как поступление теплоты к нему уменьшается, а затем затвердевает, образуя шов 8. Расплавленный флюс (шлак) покрывает поверх ность металла и остается жидким еще некоторое время после того, как ме талл уже затвердел. Затем затвердевает и флюс, образуя на поверхности шва шлаковую корку 6. Избыточная нерасплавленная часть флюса 7 отсасывается или убирается другим способом и используется повторно.
Роль флюса при сварке. Флюс влияет на устойчивость дуги, формирование и химический состав металла шва; в значитель ной мере определяет стойкость швов против образования пор и кристалдизационных трещин; от его состава зависит сила •сцепления шлаковой корки с поверхностью шва. При плавле нии флюса выделяются газы и пары. Наличие во флюсе оксидов щелочных и щелочно земельных металлов увеличи вает электрическую проводи мость и длину дугового про межутка, что повышает устой чивость процесса сварки; на личие соединений фтора, на против, снижает эти показа тели. Таким образом, флюсы обладают разными стабилизи-
рующими свойствами в зависимости от их химического со става.
На форму шва оказывают существенное влияние стабилизи рующие свойства флюса, его насыпная масса и гранулометриче
ский состав. Укорачивая дугу, флюс с плохими стабилизирую щими свойствами приводит к формированию узких твой с боль шой глубиной проплавления и высоким усилением. Флюс с хо рошими стабилизирующими свойствами удлиняет дугу, дает ши рокие швы с малым проплавлением и небольшой высотой уси ления.
Влияние насыпной массы флюса обычно четко проявляется при сравнении швов, сваренных под стекловидными и пемзовидными плавлеными флюсами одинакового химического состава. В первом случае (насыпная масса 1,4—* 1,7 г/см3) требуется вдвое больше энергии на его плавление, чем во втором
(0,7—0,9 г/см3). В результате ширина |
швов, сваренных |
под пемзовидным |
флюсом, больше. |
(размер его зерен) также влияет на |
|
Гранулометрический состав флюса |
||
форму шва. Под мелким флюсом швы |
получаются более |
узкие, с большей |
глубиной проплавления основного металла и с большей высотой усиления, чем при использовании крупнозернистого флюса.
Внешний вид шва в значительной мере определяется равномерностью кристаллизации затвердевающего металла, зависящей от состояния свароч ной ванны. «Кипение» сварочной ванны вследствие выгорания углерода и выделения растворимых в металле газов значительно ухудшает внешний вид шва. Повышенная окисленность флюса способствует интенсивному выгора нию углерода, «кипению» сварочной ванны, ухудшению внешнего вида шва.
В зависимости от скорости изменения показателей вязкости с повышением температуры различают «длинные» и «короткие» флюсы. Изменение вязкости «длинного» флюса с температурой происходит значительно медленнее, чем «короткого». Для кольцевых швов малого диаметра более пригодны корот кие флюсы, потому что их шлак быстро твердеет и надежно удерживает сварочную ванну от стекания.
Влияние флюса на химический состав металла шва. Во время сварки плавлением происходит взаимодействие между
жидким шлаком и металлом. Длительность этого взаимодейст вия обычно очень невелика и при дуговой сварке может коле баться от нескольких секунд до 1 мин. При ЭШС шлак и ме талл взаимодействуют дольше (до нескольких минут). Взаимо действие прекращается после затвердевания металла и шлака. Несмотря на кратковременность реакции, взаимодействие между шлаком и металлом при дуговой сварке, как правило, проходит очень энергично, что обусловлено высокими температурами рас плавленных металла и шлака, значительными поверхностями их контакта и относительно большим количеством шлака (в среднем 30—40 % массы металла при сварке под флюсом и до 10% массы металла при сварке по флюсу). В связи с не большим расходом флюса при ЭШС жидкие металл и шлак взаимодействуют слабо.
Наиболее важную роль при сварке под плавлеными флюсами играют ре акции восстановления марганца и кремния [1]:
(МпО) + [Fe] ** (FeO) + [Мп], |
(4.1) |
(Si02) + 2 [Fe]*=fc2 (FeO) + [Si]. |
(4.2) |
При снижении температуры равновесие этих реакций смещается справа налево, т. е. марганец и кремний окисляются и переходят из металла в шлак. Направление реакций зависит также от концентрации реагирующих веществ.
Если в металле |
сварочной ванны |
содержится |
мало |
марганца |
и |
кремния, |
|
а в шлаке много |
МпО и Si02 и |
мало FeO, то |
при |
высоких температурах |
|||
(вблизи дуги) марганец и кремний восстанавливаются |
из |
шлака |
в |
металл. |
|||
Если же в металле сварочной ванны много марганца и кремния, |
а |
в шлаке |
|||||
нет МпО и Si02 или много FeO, марганец и кремний будут |
окисляться даже |
||||||
в зоне высоких температур. Переход марганца в шов |
тем |
значительнее, чем |
|||||
больше МпО и меньше Si02 содержится в сварочном флюсе (шлаке). Переход марганца из флюса в шов зависит также от степени окисленности флюса: чем она выше, т. е. чем больше содержание Мп20 3 во флюсе, тем переход мар ганца меньше. Затрудняет переход марганца и повышение содержания оксида железа во флюсе, как это следует из реакции (4.1).
В отличие от перехода |
марганца переход кремния из сварочного шлака |
в металл обычно невелик |
(0,1—0,2%); он пропорционален концентрации |
кремнезема в шлаке и мало зависит от степени окисленности шлака. Увеличе ние основности флюса снижает переход кремния из шлака в металл.
Влияние флюса на стойкость швов против образования пор.
Появлению в швах пор способствует: наличие ржавчины или окалины на свариваемых поверхностях; чрезмерное увлажнение флюса и свариваемых поверхностей; загрязнение свариваемых поверхностей органическими веществами; недостаточная защита зоны сварки от воздуха (малый слой флюса, большие зазоры между свариваемыми кромками); плохие технологические свойства флюса или несоответствие флюса составу основного металла и электродной проволоки.
На удаление газов из сварочной ванны оказывает влияние ее форма: из мелкой и широкой ванны газы удаляются легче,
чем из глубокой и узкой. Увеличение скорости сварки и умень шение сварочного тока (уменьшение погонной энергии сварки), как и понижение температуры свариваемого металла, приводит к увеличению скорости кристаллизации и повышению склонно сти шва к образованию пор. С увеличением напряжения (длины) дуги при сварке под флюсом повышается содержание азота и водорода в металле шва и вероятность образования в нем пор.
Чтобы водород не попадал в сварочную ванну, кромки сва
риваемого металла и поверхность сварочной проволоки тща тельно очищают и высушивают, а флюс прокаливают. Главным
условием отсутствия пор в шве при сварке под флюсом явля ется правильный выбор флюса (по химическому составу и строе нию зерен).
С помощью флюса водород связывают в зоне дуги в |
нерастворимые |
в жидком металле соединения, прежде всего HF. Основную |
роль при этом |
дующие реакции |
[1]: |
|
2CaF2 + 3Si02 SiF4 -f 2CaSi03, |
(4.3) |
|
SiF4 + 2H20 |
Si02 + 4HF, |
(4.4) |
SiF4 + 3H =** SiF + 3HF, |
(4.5) |
|
CaF2 + H |
CaF + HF. |
(4.6) |
Образующийся HF нерастворим в жидком металле, поэтому содержание водорода в металле шва и вероятность образования пор уменьшаются. Пре имущественное значение имеют реакции (4.3)—(4.5), т. к. без SiO^ во флюсе связывание водорода фтором неэффективно. Таким образом, наибольшей стой костью против водородной пористости обладают высококремнистые флюсы.
Флюсы одинакового химического состава, но с разным строением зерен по-разному влияют на образование пор в металле шва. Флюсы пемзовидного строения намного эффективнее предотвращают образование пор в шве, чем стекловидные. Объясняется это тем, что выделение газообразных фторидов, связывающих водород в зоне горения дуги, начинается до расплавления флюса (примерно с 600 *С) с поверхности зерен. Чем более развита поверхность зе рен, тем больше выделяется газообразных фторидов и тем интенсивней свя зывается водород в сварочной ванне в нерастворимые соединения. Макси мально развитую поверхность, а следовательно, и стойкость швов против об разования пор имеют пемзовидные флюсы.
Влияние флюса на стойкость швов против образования кри сталлизационных трещин. Изменяя содержание в металле шва углерода, серы, марганца и других элементов, флюс оказывает существенное влияние на стойкость швов против кристаллиза ционных трещин. Увеличение содержания углерода и серы в шве снижает, а увеличение содержания марганца повышает стойкость сварных швов против образования кристаллизацион ных трещин. Наиболее высокую стойкость швов против образо вания трещин при сварке малоуглеродистых и низколегирован ных сталей обеспечивают высококремнистые флюсы с высоким содержанием оксидов марганца (35—40%).
Весьма вредной примесью в шве, оказывающей резко отри цательное влияние на его стойкость против образования тре щин, является сера, поэтому следует всемерно снижать ее со держание в металле шва. Необходимо применять флюсы с воз можно более низким содержанием серы и вводить в сварочную ванну элементы, препятствующие переходу серы в металл шва. Таким элементом прежде всего является марганец. Восстанав ливаясь из флюса и переходя в металл сварочной ванны, он
связывает серу в малорастворимое в жидком металле соедине ние MnS, которое в дальнейшем переходит в шлак. При содер
жании во флюсе >25 % МпО сера почти не переходит из флюса в металл шва. Повышение содержания марганца в ме талле сварочной ванны и введение в нее алюминия и титана также препятствует переходу серы из шлака в металл, тем са мым повышая стойкость против образования кристаллизацион ных трещин.