Легирование металла сварочной ванны при дуговой сварке. Основные способы легирования.

Легирование металла при сварке - это введение в жидкий металл различных полезных элементов с целью получения качественного продукта с требуемыми эксплуатационными свойствами. При ручной дуговой сварке данная операция имеет исключительно важное значение, поскольку именно в результате правильного легирования расплавленного металла обеспечивается возможность получения шва нужного химического состава, который не всегда должен соответствовать химическому составу свариваемых элементов.

Легирование расплавленного металла осуществляют двумя путями: через металлическую и через шлаковую фазы. При легировании через металлическую фазу поступление легирующих элементов в расплав происходит за счет:

- расплавляемого при сварке основного металла. С изменением доли участия основного металла в образовании сварочной ванны соответственно изменяется и доля участия его легирующих элементов в формировании химического состава расплава и, как следствие, металла шва. При ручной дуговой сварке доля участия основного металла в шве составляет от 0,15 до 0,75. Более высокие значения относятся к сварке корня шва и к сварке стыковых соединений без разделки кромок;

- расплавляемого металла электродного стержня. Это прямой и наиболее простой способ легирования расплавленного металла. К сожалению, он не всегда целесообразен и возможен, в том числе из-за отсутствия проволоки необходимого состава;

- плавления электродного покрытия, содержащего специально вводимые легирующие добавки в виде металлических порошков и ферросплавов, которые и переходят в расплавленный металл.

При легировании через шлаковую фазу поступление легирующих элементов (в основном кремния и марганца) происходит в результате прохождения обменных реакций:

2Fe+SiО₂ = 2FeО+Si;

Fe+MnO=FeO+Mn.

Образующийся оксид железа поступает в шлак и частично остается в расплавленном металле, что повышает окисление сварочной ванны. Последнее ограничивает применение этого способа легирования и его используют, как правило, если нет возможности применить другие способы, а также при необходимости введения небольших количеств легирующих элементов.

Механизированная дуговая сварка в углекислом газе. Параметры режима сварки, техника сварки, сварочные материалы, аппаратура.

Сварка в защитных газах является одним из способов дуговой сварки. При этом способе в зону дуги подается защитный газ, струя которого, обтекая электрическую дугу и сварочную ванну, предохраняет расплавленный металл от воздействия атмосферного воздуха, окисления и азотирования. Сварка в защитных газах отличается следующими преимуществами: высокая производительность (в 2...3 раза выше обычной дуговой сварки), возможность сварки в любых пространственных положениях, хорошая защита зоны сварки от кислорода и азота атмосферы, отсутствие необходимости очистки шва от шлаков и зачистки шва при многослойной сварке; малая зона термического влияния; относительно малые деформации изделий; возможность наблюдения за процессом формирования шва; доступность механизации и автоматизации. Недостатками этого способа сварки являются необходимость принятия мер, предотвращающих сдувание струи защитного газа в процессе сварки, применение газовой аппаратуры, а в некоторых случаях и применение относительно дорогих защитных газов.

Известны следующие разновидности сварки в защитном газе: в инертных одноатомных газах (аргон, гелий), в нейтральных двухатомных газах (азот, водород), в углекислом газе. В практике наиболее широкое применение получили аргонодуговая сварка и сварка в углекислом газе. Инертный газ - гелий применяется очень редко ввиду его большой стоимости. Для сварки ответственных конструкций широко применяется сварка в смеси газов аргона и углекислого газа в соотношении 85% аргона и 15% С0₂. Качество этой сварки сталей очень высокое. Питание дуги осуществляют источники постоянного тока с жесткой характеристикой. В последние годы применяются в основном сварные выпрямители серии ВДУ с универсальной внешней характеристикой, т. е. жесткой, либо крутопадающей простым переключением пакетника.

Переменный ток не применяется из-за низкой устойчивости процесса горения дуги, плохого формирования и плохого качества шва. Напряжение на дуге при сварке в С0₂ должно быть не более 30 В, так как с увеличением напряжения и длины дуги увеличивается разбрызгивание и окисление. Обычно напряжение дуги – 22 - 28 В, скорость сварки - 20-80 м/ч, расход газа 7-20 л/мин. Сварка в С0₂ с проволокой дает провар более глубокий, чем электроды, поэтому при переходе с ручной сварки оправданным считается уменьшение катетов примерно на 10%. Это объясняется повышенной плотностью тока на 1 мм² электродной проволоки.

Типовые параметры режима сварки в С0₂

Сварку в углекислом газепроизводят почти во всех пространственных положениях, что очень важно при производстве строительно-монтажных работ. Сварку осуществляют при питании дуги постоянным током обратной полярности. При сварке постоянным током прямой полярности снижается стабильность горения дуги, ухудшается формирование шва и увеличиваются потери электродного металла на угар и разбрызгивание. Однако коэффициент наплавки в 1,6...1,8 раза выше, чем при обратной полярности. Это качество используют при наплавочных работах Листовой материал из углеродистых и низколегированных сталей успешно сваривают в углекислом газе; листы толщиной 0,6... 1,0 мм сваривают с отбортовкой кромок. Допускается также сварка без отбортовки, но с зазором между кромками не более 0,3...0,5 мм. Листы толщиной 1,0...8,0 мм сваривают без разделки кромок; при этом зазор между свариваемыми кромками должен быть не более 1 мм. Листы толщиной 8... 12 мм сваривают V-образным швом, а при больших толщинах - Х-образным швом. Перед сваркой кромки изделия должны быть тщательно очищены от грязи, краски, окислов и окалины. Сварочный ток и скорость сварки в значительной степени зависят от размеров разделки свариваемого шва, т. е. от количества наплавляемого металла. Напряжение устанавливается таким, чтобы получить устойчивый процесс сварки при возможно короткой дуге (1,5...4,0 мм). При большей длине дуги процесс сварки неустойчивый, увеличивается разбрызгивание металла, возрастает возможность окисления и азотирования наплавляемого металла.

На рисунке показаны движения электрода во время сварки в углекислом газе при выполнении многослойного шва. Рекомендуется для снижения опасности образования трещин первый слой сваривать при малом сварочном токе. Заканчивать шов следует заполнением кратера металлом. Затем прекращается подача электродной проволоки и выключается ток. Подача газа на заваренный кратер продолжается до полного затвердевания металла.

Состав оборудования.В состав технологического оборудования, необходимого для выполнения сварочных работ при дуговой механизированной сварке в защитных газах входят: