Реферат: Технология автоматической сварки стали 18Г2АФпс автоматической сваркой под слоем флюса

Флюс защищает дугу и сварочную ванну от вредного воздействия окружающей среды, осуществляет металлургическое взаимодействие с металлом сварочной ванны и, кроме того, препятствует разбрызгиванию жидкого металла. Расплавленный флюс, обладая низкой теплопроводностью, замедляет процесс охлаждения металла шва, что облегчает возможность шлаковым включениям и растворенным в металле газам 9 подняться на поверхность ванны, способствуя очищению металла шва от загрязнений. Металл шва получается плотным и чистым, без пор и шлаковых включений, с высокими механическими свойствами. Ввиду непостоянства сил, действующих на сварочную ванну, последняя находится в состоянии колебательного движения. В связи с этим при охлаждении поверхность шва получается чешуйчатой.

Нерасплавленный в процессе сварки избыточный флюс пневматическим устройством 10 отсасывается со шва и используется в дальнейшем при сварке. Расплавленная и затвердевшая часть флюса образует на шве толстую шлаковую корку 11. После прекращения сварки и охлаждения металла шлаковая корка легко отделяется от металла шва, усиление шва 12 получается с плавным переходом к основному металлу.

Автоматическая сварка под флюсом производится при помощи автоматической установки (сварочная головка или сварочный трактор).

Условия прохождения металлургических процессов:

·        высокоэффективная защита сварочной ванны (наличие изолированного пространства) от кислорода и азота воздуха (в швах, выполненных под флюсом, содержание азота не превышает 0,008%);

·        объем сварочной ванны больше, чем при ручной дуговой сварке, дольше и время пребывания ее в расплавленном состоянии, которое оказывает содействие более полному прохождению химических реакций между жидким металлом и шлаками;

·        стойкая зависимость между режимом сварки и химическим составом расплавленного металла, которая позволяет с достаточной точностью и стабильностью получать заданный состав металла шва;

·        легирование шва марганцем и кремнием путем восстановления их из оксидів MnO и SіO2, которые содержатся в флюсе

Достоинства сварки под флюсом:

·        Дуговая сварка под флюсом отличается высокой производительностью (для электрода диаметром 3 мм при ручной сварке плотность тока составляет 11-18 А/мм², при автоматической под слоем флюса она равняется 50-85 А/мм²) и качеством получаемых соединений, а также возможностью автоматизации процесса.

·        Хорошая и относительно дешевая тепловая изоляция сварочной дуги, повышенное давление газовой среды над ванной и большая плотность тока (плотность энергии в пятне нагревания достигает 103 Вт/см²) влияют на более глубокое проплавление свариваемого металла. Это, в свою очередь, разрешает уменьшить глубину обработки кромок изделия, которые сваривают, и сократить количество металла, нужного для образования швов (с 70 до 30%).

·        Высокое качество металлов шва и сварного соединения достигается за счет надежной защиты расплавленного металла от взаимодействия с воздухом, его металлургической обработки и легирования расплавленным шлаком. Наличие шлака на поверхности шва уменьшает скорость кристаллизации металла сварочной ванны и скорость охлаждения металла шва В результате металл шва не имеет пор, содержит пониженное количество неметаллических включений. Улучшение формы шва и стабильности его размеров, особенно глубины проплавления, обеспечивает постоянные химический состав и другие свойства па всей длине шва. Сварку под флюсом применяют для изготовления крупногабаритных резервуаров, строительных конструкций, труб и т.д. из сталей, никелевых сплавов, меди, алюминия, титана и их сплавов.

·        Экономичность процесса определяется снижением расхода сварочных материалов за счет сокращения потерь металла на угар и разбрызгивание (не более 3%, а при ручной сварке достигают 15%), отсутствием потерь на огарки. Лучшее использование тепла дуги при сварке под флюсом по сравнению с ручной сваркой уменьшает расход электроэнергии на 30-40%, Повышению экономичности способствует и снижение трудоемкости работ по разделке кромок под сварку, зачистке шва от брызг и шлака. Сварка выполняется с применением специальных автоматов или полуавтоматов. Условия работы позволяют сварщику обходиться без щитков для защиты глаз и лица. Повышаются общий уровень и культура производства.

·        Минимальные потери электродного металла (не более 2%);

·        Отсутствие брызг;

·        Максимально надёжная защита зоны сварки;

·        Минимальная чувствительность к образованию оксидов;

·        Мелкочешуйчатая поверхность металла шва в связи с высокой стабильностью процесса горения дуги;

·        Не требуется защитных приспособлений от светового излучения, поскольку дуга горит под слоем флюса;

·        Низкая скорость охлаждения металла обеспечивает высокие показатели механических свойств металла шва;

·        Малые затраты на подготовку кадров;

·        Отсутствует влияния субъективного фактора.

Недостатки сварки под флюсом:

·        Недостатками способа является повышенная жидкотекучесть расплавленного металла и флюса. Поэтому сварка возможна только в нижнем положении при отклонении плоскости шва от горизонтали не более чем на 10-15^o. В противном случае нарушится формирование шва, могут образоваться подрезы и другие дефекты. Это одна из причин, почему сварку под флюсом не применяют для соединения поворотных кольцевых стыков труб диаметром менее 150 мм.

·        К недостаткам процесса следует отнести: более высокие требования к чистоте сварочных кромок и сборка деталей; трудность сварки деталей небольшой толщины; выполнение коротких швов и швов в положениях, отличающихсяся от нижнего. Затруднено визуальное наблюдение положения электрода относительно свариваемог стыка.

·        Этот способ сварки требует и более тщательной сборки кромок под сварку и использования специальных приемов сварки. При увеличенном зазоре между кромками возможно вытекание в него расплавленного металла и флюса и образование в шве дефектов.

·        Трудозатраты с производством, хранением и подготовкой сварочных флюсов;

·        Трудности корректировки положения дуги относительно кромок свариваемого изделия;

·        Неблагоприятное воздействие на оператора;

·        Нет возможности выполнять сварку во всех пространственных положениях без специального оборудования.

.1 Строение сварного шва

В зависимости от реальных условий процесса сварки, температуры, скорости нагрева и охлаждения различных участков металл сварного соединения неоднороден и состоит из следующих зон (рис. 2).

Металл шва - это та зона, в которой в связи с нагревом выше температуры плавления (линии ликвидус) свариваемый металл расплавляется в процессе сварки, перемешивается с металлом электрода и затем кристаллизуется. Металл шва имеет литую дендритную структуру и состоит из кристаллов столбчатой формы. Особенностью кристаллизации сварочной ванны является то, что в отличие от кристаллизации отливки в литейной форме, кристаллизация металла шва протекает при одновременном его подогреве со стороны источника тепла и быстром охлаждении за счет интенсивного теплоотвода в основной холодный металл.

Рис. 2. Макроструктура нахлесточного сварного соединения

Зона сплавления - расположена на границе основного металла и металла шва. В данной зоне выделяется участок с крупными зернами, т. е. участок металла, который в процессе сварки нагревался до температуры выше линии солидус, но ниже линии ликвидус (в данной температурной области происходит частичное расплавление основного металла). В нее попадают химические элементы из металла электрода (из сварочной ванны). В месте примыкания к границе сплавления основного металла со швом, из-за большой разницы химического состава основного и электродного (присадочного) металлов может образоваться химическая неоднородность. Эта неоднородность может привести к скачкообразному изменению физико-механических свойств металла околошовной зоны и снижению надежности сварного соединения. Ширина зоны сплавления изменяется в пределах 0,1-0,4 мм и зависит от химического состава свариваемого металла (от температурного интервала "ликвидус - солидус"), от способа и режима сварки.

Зона термического влияния - часть основного металла, примыкающая к сварному шву, с измененными в процессе сварки структурой и свойствами. Общая ширина ЗТВ зависит от условий нагрева и охлаждения, от теплофизических свойств и толщины свариваемого металла, от метеоусловий и пр. (при дуговой сварке она составляет - 2-6, а при газовой - до 30 мм).

Изменение структуры в околошовной зоне, например на однопроходном стыковом соединении, можно проследить, поместив над сечением сварного соединения кривую распределения максимальной температуры, совместив ее в том же масштабе температуры с диаграммой состояния железо-цементит. Намечая на диаграмме состояния сплавов характерные зоны и участки, перенесем их границы на график распределения температуры (рис. 3). Из точек пересечения горизонтальных линий с кривой охлаждения опустим перпендикуляры на рисунок сечения сварного соединения. Это позволит определить линейные границы отдельных участков зоны термического влияния.

Рассмотрим зону термического влияния сварного соединения (см. рис. 3):

Рис. 3. Схема строения сварного шва

- переходный участок или участок сплавления, обычно размер его невелик. Интервал температуры, для стали 20, около 1490-1520°С. Структура стали - крупнозернистая, возможно образование видманштеттовой структуры;

- участок перегрева. Металл нагревается выше 1100°С, до температуры, близкой к линии солидус. В этом интервале температуры за счет роста зерна аустенита формируется крупнозернистая структура перегретой стали с пониженной ударной вязкостью. Часто на этом участке образуется видманштеттова структура (крупнозернистая с зернами феррита иглообразной формы), что еще больше повышает хрупкость стали. Ширина этого участка - 1-3 мм;

- участок нормализации. Металл нагревается выше третьей критической точки Ас3 (от 900 до 1100°С). В процессе полной перекристаллизации в аустенит, на этом участке образуется мелкозернистая (сорбитообразная) структура, которая обеспечивает более высокие механические свойства стали, по сравнению со свойствами исходного металла и свойствами других участков зоны термического влияния. Ширина этого участка - 1,2-4 мм;

- участок неполной перекристаллизации. Металл нагревается до температуры 725-850°С (между первой Ас1 и третьей критическими точками Ас3). Процесс измельчения зерна происходит только за счет перекристаллизации той части структуры, которая занята перлитом, а размер зерен феррита не изменяется. Поэтому сталь на этом участке может состоять не только из мелких зерен, но и отдельных крупных зерен феррита. Сталь с разнозернистым строением имеет более низкие механические свойства, чем мелкозернистая сталь. Ширина этого участка - 0,7-4 мм;

- участок рекристаллизации. Температура нагрева этого участка ниже первой критической точки Ас1 (727°С). При сварке горячекатаной или отожженной стали, на этом участке ЗТВ никакие структурные изменения в металле не происходят.

- участок синеломкости. Температура нагрева металла на данном участке сварного шва в интервале 200-400°С, при котором на поверхности стали появляются синие цвета побежалости (пленки окислов). Характеризуется тем, что прочность и твердость металла повышаются, а пластичность и ударная вязкость - резко падают. Это явление получило название "синеломкость". Вероятной причиной этого является старением металла - выделение по границам зерен из пересыщенного твердого раствора дисперсных карбидов и нитридов.

Зона термического влияния - это неотъемлемая часть сварной конструкции и её свойства будут определять общую несущую способность этой конструкции.

Есть некоторые значимые свойства, которые необходимо обеспечивать почти в любом случае. К таким свойствам относится стойкость зоны термического влияния к хрупкому разрушению.

Ещё одним необходимым свойством для зоны термического влияния является сопротивление усталости. Но, как правило, отдельно эту зону испытать очень трудно и испытаниям подвергают всё сварное соединение.

Как уже говорилось, отдельно испытать зону термического влияния на прочность затруднительно ввиду её малой ширины. Косвенную оценку прочностным свойствам можно дать, если измерить твёрдость зоны.

Наибольшее возможное значение твёрдости в зоне термического влияния (да и, вообще, в металле), зависит, в основном, от содержания углерода в составе стали. Углерод сильно влияет на свариваемость стали. Давая оценку свариваемости сталей, можно утверждать, что стали с низким содержанием углерода (менее 0,20%), свариваются без ограничений. А стали с повышенным содержание углерода (более 0,25%), уже необходимо сваривать с предварительным подогревом, последующей термообработкой (отпуском или отжигом) и контролем погонной энергии сварки. [1, c. 94-96]

.2 Назначение флюса и флюсовой подушки

Сварочный флюс - один из важнейших элементов, определяющих качество металла шва и условия протекания процесса сварки. От состава флюса зависят составы жидкого шлака и газовой атмосферы. Взаимодействие шлака с металлом обусловливает определенный химический состав металла шва. От состава металла шва зависят его структура, стойкость против образования трещин. Состав газовой атмосферы обусловливает устойчивость горения дуги, стойкость против появления пор и количество выделяемых при сварке вредных газов.

Функции флюсов. Флюсы выполняют следующие функции: физическую изоляцию сварочной ванны от атмосферы, стабилизацию дугового разряда, химическое взаимодействие с жидким металлом, легирование металла шва, формирование поверхности шва.

·        Лучшая изолирующая способность - у флюсов с плотным строением частиц мелкой грануляции. Однако при плотной укладке частиц флюса ухудшается формирование поверхности шва. Достаточно эффективная защита сварочной ванны от атмосферного воздействия обеспечивается при определенной толщине слоя флюса.

·        Плавление электродного и основного металлов осуществляется под флюсом, надежно защищающим расплавленный металл от действия кислорода и азота воздуха.

·        Флюс, обладая плохой теплопроводностью, замедляет процесс затвердевания металла шва, что способствует выделению газов, растворенных в расплавленном металле шва и предохраняет металл шва от выгорания основных легирующих элементов (марганец и кремний). При нейтральных флюсах металл шва по химическому составу близок к основному металлу, а при марганцево-кремнистых флюсах происходит дополнительное легирование металла шва марганцем и кремнием, вследствие чего улучшается его качество. Флюс способствует получению чистого и плотного металла шва, без пор и включений, с ровной однообразной внешней поверхностью, с плавным переходом к основному металлу и высокими механическими свойствами сварного соединения. Потери на угар и разбрызгивание при сварке под флюсом практически отсутствуют.

·        При сварке под флюсом по сравнению с ручной сваркой применяются значительно большие токи, обеспечивающие глубокое проплавление основного металла, что позволяет производить сварку металла значительной толщины без скоса кромок. А при большой толщине суммарный угол разделки кромок можно уменьшить до 30-45° и, следовательно, можно уменьшить сечение шва, а значит, и количество электродного металла, необходимого для заполнения разделки кромок. Высокая скорбеть однопроходной сварки, легкая отделяемость шлаковой корки и отсутствие брызг экономят время и труд.

·        Применение больших токов обеспечивает повышенную скорость плавления электродной проволоки. Потери на угар и разбрызгивание практически отсутствуют. Коэффициент наплавки для наиболее часто применяемых токов 400-1200 А при сварке электродной проволокой диаметром 5 мм колеблется от 12 до 17 г/А • ч. При сварке электродной проволокой диаметром 2 мм на токах 400-700 А он составляет 20- 28 г/А•ч.