Все о сварке

Сварочный шлак


Сварочные шлаки

РОЛЬ ШЛАКА (ФЛЮСА) ПРИ СВАРКЕ

Содержащий шлакообразующие вещества сварочный материал называется флюсом. Флюс применяется при нескольких способах сварки и наплавки. Он является обязательным материалом, обеспечиваю­щим технологию электродуговой сварки и наплавки под флюсом, сварки по флюсу, сварки с магнитным флюсом, а также электрошлаковой сварки и наплавки. Шлак образуется также при плавлении электродного покры­тия, сердечника порошковой и активированной проволок, окислении элек­тродного металла сварочной ванны, при сварке в окислительной атмосфере и т. п.

Роль шлака при сварке и наплавке очень велика. Его составом опре­деляется атмосфера дуги, от которой зависят стабильность ее горения, стойкость против порообразования швов, объем и соотношение выделяю­щихся при сварке вредных газов. От шлака зависит и стабильность электро­шлакового процесса. Взаимодействие расплавленного шлака с металлом сварочной ванны существенно влияет на химический состав металла шва, от которого в свою очередь зависят структура, стойкость против образова­ния кристаллизационных (горячих) трещин и пор металла.

К важнейшим функциям шлака, имеющим значение при всех видах сварки плавлением, относятся :

1) обеспечение устойчивости процесса сварки;

2) хорошее формирование шва;

3) защита зоны сварки от доступа воздуха;

4) предупреждение образования в швах дефектов;

5) управление химическим составом металла шва;

6) обеспечение требуемых механических свойств металла шва и свар­ного соединения в целом;

7) обеспечение легкой отделимости шлаковой корки с поверхности ме­талла.

Шлак должен также обладать хорошими санитарно-гигиеническими свойствами, в процессе сварки выделение вредных веществ должно быть ми­нимальным. Кроме этих общих функций имеются и функции, специфиче­ские для каждого вида сварки.

Устойчивость процесса электродуговой сварки в первую очередь зави­сит от устойчивости (стабильности) горения дуги, т. е. постоянства во вре­мени основных электрических параметров дуги — напряжения и силы тока. Сварочная дуга один из видов электрического разряда в газах, а поэтому устойчивость ее горения, при прочих равных условиях, определяется со­ставом атмосферы дуги. При нагреве теплом дуги шлак выделяет газы и па­ры, изменяя этим состав атмосферы дуги. Наличие в шлаке оксидов ще­лочных и щелочноземельных металлов (в отличие от фторидов и хлоридов) повышает устойчивость горения дуги и процесса сварки.

Формирование шва зависит, прежде всего, от режима сварки, т. е. от длины дуги, ее подвижности и т. п. Так, при сварке под флюсом длина дуги и ее подвижность зависят от размеров зерен флюса. При крупном флю­се дуга более подвижна и ширина шва больше, чем при сварке под мелким флюсом. Соответственно этому глубина провара больше при сварке под мелким флюсом, чем под крупным.

Внешний вид шва в значительной мере определяется равномерностью отложения металла, зависящей от состояния сварочной ванны. «Кипение» металла сварочной ванны вследствие выгорания углерода и выделения рас­творенных в металле газов может значительно ухудшить внешний вид шва. Введение в сварочную ванну раскислителей «успокаивает» ее и способству­ет образованию швов с более мелкими чешуйками на поверхности. Если шлак имеет чрезмерно высокую вязкость при температуре твердения метал­ла, шов формируется хаотично, воспроизводя форму затвердевшей шлаковой корки .

При сварке под флюсом обеспечивается надежная защита зоны сварки от доступа воздуха. Однако при других способах дуговой сварки для такой защиты от внешней атмосферы требуется, чтобы шлак полностью покрывал поверхность металла сварочной ванны. Для этого нужно, чтобы межфазное натяжение на границе шлак— металл было минимальным, а изменение вяз­кости шлака с ростом температуры было плавным. Как правило, более на­дежную защиту металла сварочной ванны от доступа воздуха, а также луч­шее качество формирования поверхности шва дают «длинные» шлаки с по­степенным снижением их вязкости при затвердевании. Худшие результаты получаются при «коротких» шлаках, характеризующихся резким измене­нием вязкости при затвердевании. Необходимо также, чтобы температура затвердевания шлака была ниже температуры затвердевания металла.

К числу наиболее опасных дефектов сварных швов относятся поры и кристаллизационные трещины. Основными причинами возникновения пор в швах могут являться загрязнение основного металла и сварочной про­волоки ржавчиной и маслом, влажный флюс и др. Роль шлака в предупреж­дении появления пор заключается:

1) в защите металла сварочной ванны от доступа воздуха;

2) выделении в атмосферу дуги газов и паров, снижающих Концентра­цию в ней водорода и азота путем разбавления газовой фазы;

3) выделении в атмосферу дуги газообразных соединений фтора, обра­зующих с водородом нерастворимый в жидкой стали фторид водорода;

4) окислении металла сварочной ванны.

О роли шлака в защите сварочной ванны от доступа воздуха сказано выше.

Интенсивность испарения шлака в процессе сварки сравнительно не­велика, поэтому она не может дать существенного снижения парциального давления азота и водорода в зоне сварки. Более эффективно действует вве­дение газообразующих веществ в состав электродного покрытия, керами­ческого флюса или сердечника порошковой проволоки.

Для уменьшения пористости швов, вызванной водородом, в зону свар­ки вводятся фториды. Лучше всего связывается водород в виде фторида водорода HF фторидом кремния SiF4 — газом, образующимся при сварке в результате взаимодействия фторида кальция CaF2 и диоксида кремния SiO2.

Окисление металла сварочной ванны шлаком или газовой фазой сни­жает растворение в нем водорода, уменьшая этим возможность появления пор в швах.

Для получения беспористых (плотных) швов на кипящей и, «полууспо­коенной» стали важное значение имеют кремнийвосстановительный процесс  и поступление кремния в металл сварочной ванны из других источников.

Стойкость швов против образования кристаллизационных трещин за­висит от химического состава металла шва. Влияя на содержание в метал­ле шва углерода, серы, марганца, кремния и других элементов, шлак тем самым изменяет стойкость швов против образования кристаллизационных трещин: уменьшение концентрации углерода, серы и кремния в шве, а также увеличение марганца повышают эту стойкость. Изменения химиче­ского состава могут обусловливаться как окисляющим или легирующим действием шлака на металл сварочной ванны, так и его влиянием на отно­шение в металле шва долей переплавленных основного и электродного металлов.

Требуемые механические свойства металла шва и сварного соединения в целом обеспечиваются путем получения швов нужного химического со­става и без дефектов. На механические свойства металла шва существенно влияет наличие фосфора, который при сварке восстанавливается из шлака и переходит в металл. Поскольку фосфор — вредная примесь, для уменьше­ния его перехода в металл необходимо максимально снижать содержание фосфора в шлаке.

Отделимость шлаковой корки от поверхности шва зависит от окисляю­щего действия на нее жидкого шлака. Длительность этого действия очень невелика и составляет для обычных режимов автоматической дуговой свар­ки 20—30 с. Жидкий шлак, если он содержит значительные количества ок­сидов FeO, MnO, SiO2 или ТiO2, окисляет поверхность затвердевшего металла. Образующаяся при этом весьма тонкая оксидная пленка прочно удерживается на поверхности шва. Если поверхность металла окислена, а в составе шлака находятся соединения, прочно сцепляющиеся с оксидной пленкой (А12O3, Сr2O3 и др.), следует ожидать сильного удерживания шлака на поверхности металла. Выполнение требований как в отношении легкой отделимости шлака, так и минимального окисления легирующих элементов обеспечивается применением шлаков с низким содержанием оксидов FeO, MnO, SiO2 и TiO2, т. е. с пониженными окислительными свойствами. От­делимость шлаковой корки от поверхности шва улучшается также при уве­личении разности коэффициентов термического расширения металла и шлака.

Наиболее простой и надежный способ уменьшения выделения вредных газов при дуговой сварке — применение шлаков, не содержащих в своем составе фторидов. Однако стойкость швов против образования пор при этом не всегда может быть обеспечена.

В связи с принципиальными отличиями процесса электрошлаковой сварки от электродуговой, к флюсам для электрошлаковой сварки предъяв­ляются особые требования. Они обусловлены, с одной стороны, необходи­мостью обеспечить устойчивый электрошлаковый процесс, а с другой — наличием устройств для удержания шлаковой и металлической ванн. От флюса требуется :

1) обеспечение быстрого начала электрошлакового процесса и поддер­жание его устойчивого прохождения, в особенности при малой глубине шлаковой ванны и большой скорости подачи сварочной проволоки;

2) удовлетворительное формирование поверхности шва;

3) отсутствие отжимания ползунов от свариваемых кромок шлаком, вытекания последнего в зазоры между ползунами и кромками при достига­емой на практике точности сборки свариваемых изделий.

Флюс также должен обеспечивать выполнение других функций — защищать зону сварки от доступа воздуха, давать хорошо отделяющийся от поверхности шва шлак и др.

Ввиду того что электрошлаковый процесс основан на электрической проводимости шлака, последняя существенно влияет на прохождение про­цесса. Устойчивость электрошлакового процесса возрастает с повышением электрической проводимости шлака в жидком состоянии. Чем она меньше, тем при более высоком напряжении должна проводиться электрошлаковая сварка. Следует, однако, иметь в виду, что шлаки с высокой электрической проводимостью при прохождении через них электрического тока выделяют мало тепла и поэтому для успешного осуществления процесса сварки тре­буются значительные электрические мощности. При небольших силах тока сварка с применением таких шлаков не дает надежного сплавления кромок.

Для обеспечения устойчивого прохождения электрошлакового процес­са важно, чтобы шлак имел высокую температуру кипения и не выделял много газов при высоких температурах. Некоторые шлаки кипят спокой­но, без бурного выделения газов. Такое кипение, если оно не слишком ин­тенсивно, не мешает процессу сварки, а наоборот, служит хорошим регуля­тором температуры ванны, поглощая излишек энергии при повышении тем­пературы.

Шлак для электрошлаковой сварки не должен быть слишком туго­плавким или «коротким», в противном случае будут отжиматься ползуны, что приведет при сварке швов большой протяженности к вытеканию шлака и металла сварочной ванны и прекращению процесса сварки. Вместе с тем, чтобы шлак не вытекал в зазоры между ползунами, он не должен быть чрезмерно жидкотекучим. Поэтому при электрошлаковой сварке требуется оптимальная вязкость шлака, при которой не будет происходить ни отжи­мания ползунов от свариваемых кромок, ни вытекания шлака в зазоры. Если шов формируется без применения ползунов (сварка с неподвижной подкладкой), вязкость шлака играет второстепенную роль и основным тре­бованием, предъявляемым к физическим свойствам шлака, остается опти­мальная электрическая проводимость.

При электрошлаковой сварке шлаковая ванна надежно защищает расплавленный металл от доступа воздуха. Однако остается возможность поступления газов к металлу через шлак.

Металл шва, сваренный электрошлаковым способом, более стоек против образования пор, чем таковой, сваренный электродуговым спосо­бом, ввиду специфических условий кристаллизации металлической ванны. Причиной появления пор является наличие на кромках изделий значительного слоя окалины, а также большая влажность и загрязненность флюса. Поры могут также возникнуть в результате отклонения химического состава шва от заданного, в частности из-за низкого содержания в нем кремния или других раскислителей.

Образование кристаллизационных трещин в швах, выполненных элек­трошлаковой сваркой, например на стали, зависит главным образом от хи­мического состава основного металла и формы сварочной ванны. Последняя, в свою очередь, определяется режимом сварки. Состав и свойства флюса практически не влияют на образование дефектов этого типа.

При электрошлаковой сварке подача шлака в ванну очень небольшая, она ограничивается отлагающейся на поверхности шва шлаковой коркой (тол­щиной 1—1,5 мм). С учетом потерь на рассыпание это составляет около 5 % массы наплавленного металла, т. е. в 20 раз меньше, чем при электроду­говой сварке под флюсом. В связи с небольшим расходом при электрошлако­вой сварке углеродистых и низколегированных сталей шлак мало влияет на химический состав металла шва. При наличии в основном металле и сва­рочной проволоке таких химически активных элементов, как титан, алю­миний и др., для предупреждения их окисления должны применяться бес­кремнистые или бескислородные флюсы.

Отличие электрошлаковой сварки от электродуговой под флюсом со­стоит в наличии зеркала шлаковой ванны, с которого в окружающую атмо­сферу свободно выделяются пары и газы. Это ухудшает гигиенические условия труда и требует устройства местных вытяжных отсосов, независи­мо от состава применяющегося флюса.

markmet.ru

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 1

Сварочные шлаки вследствие своей сравнительно низкой основности не способны связать значительное количество фосфора и серы. Ввиду этого для получения металла шва высокого качества с малым содержанием серы и фосфора следует применять электродные стержни и составляющие покрытия с минимальным содержанием этих элементов.  [1]

Сварочные шлаки имеют кислые окислы - SiO2, ТЮ2, Р205, В203 и другие и основные - FeO, MnO, N10, CaO, BaO, MgO, Na203, CuaO, K20 и др. Кроме указанных групп окислов, в шлаках встречаются и амфотерные окислы, ведущие себя с сильными кислотами как основания, а с сильными основаниями - как кислоты. Кислые шлаки ( п 2) активно легируют шов кремнием и хорошо связывают закись железа, но плохо очищают металл шва от серы и фосфора.  [2]

Сварочные шлаки характеризуются следующими физическими свойствами: тепловыми константами - температурой плавления или размягчения, теплоемкостью, скрытой теплотой плавления и теплосодержанием; вязкостью в жидком состоянии; газопроницаемостью; плотностью в жидком состоянии; свойствами, определяющими отделяемость шлака от металла шва в твердом состоянии.  [3]

Сварочный шлак образуется на кислой подине нагревательных печей в результате шлакования ее окалиной от нагреваемых слитков.  [4]

Сварочные шлаки должны хорошо покрывать шов, быстро кристаллизоваться и легко отделяться от поверхности шва.  [5]

Сварочный шлак должен быть маловязким, легкоподвижным, иметь малый удельный вес и небольшое поверхностное натяжение. При этих условиях он будет легко взаимодействовать с расплавленным металлом, раскисляя и дегазируя его, будет хорошо всплывать на поверхность металла, равномерно покрывать шов и способствовать его лучшему формированию.  [6]

Сварочные шлаки существенно отличаются от металлургических не только по химическому составу и их роли в соответствующих технологических процессах, но и по условиям взаимодействия с металлом. Однако некоторые наиболее общие принципы построения шлаков и представления об их составе имеют несомненное сходство.  [7]

Сварочный шлак должен быть маловязким, легкоподвижным, иметь малый удельный вес и небольшое поверхностное натяжение. При этих условиях он будет легко взаимодействовать с расплавленным металлом, раскисляя и дегазируя его, будет хорошо всплывать на поверхность металла, равномерно покрывать шов и способствовать его лучшему формированию.  [8]

Что представляют собой сварочные шлаки.  [9]

В состав сварочных шлаков входят силикаты железа, марганца и кальция, титанаты марганца и кальция, алюминаты, окислы и другие соединения.  [10]

Основной характер сварочного шлака и хорошие сва-рочно-технологические свойства керамических флюсов обеспечиваются введением в состав шихты оксидов магния и кальция в виде комплексных соединений.  [11]

Кривые вязкости сварочных шлаков ( схема): ] - температурная зави - имослъ внзкостц, благоприятная для сварки в вертикальном и потоло шо.  [12]

Изменение вязкости жидких шлаков в зависимости от температуры.  [13]

Температура плавления сварочного шлака, как правило, должна быть ниже температуры плавления свариваемого металла.  [14]

По своему составу сварочные шлаки можно разделить на алюмосиликатные, которые очень широко применяются при сварке сталей, и бескислородные, или фторидные, имеющие применение при сварке цветных металлов, например титановых сплавов.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

Электросварка — практические рекомендации

Сварочные швы по металлу представляют собой неразъёмное соединение, которое делается при помощи сварки под воздействием высоких температур.

Сварные соединения имеют несколько зон соединения, которые образуются во время самого процесса сварки:

  1. Сварной шов – этот участок сварного соединения образуется вследствие кристаллизации или в результате какой-либо деформации, которые произошли при сварке. Чаще всего имеют место и кристаллизация, и деформация в месте сварки.
  2. Металл шва – образуется в результате плавления основного металла. Как правило, расплавленную или оплавленную часть конструкции соединяют с нужным элементом посредством «прилипания». После остывания металла шва, скрепление полностью завершается.
  3. Основной металл – это та основная часть, которая подвергается плавлению или сварке.
  4. Зона сплавления – эта зона обычно находится на границе или между основным или металлом шва.
  5. Зона термического влияния – это участок основного металла, который не подвергается расплавлению, но структура и свойства которого изменяются в результате нагрева при сварке или наплавке.

Так, сварные швы могут делиться на несколько типов:

Стыковые – этот тип соединения состоит из двух элементов, которые примыкают к друг другу торцевыми поверхностями. Данный тип сварных швов очень лёгкий в техническом построении и используется довольно часто.

Нахлёстанное – это тот тип, в котором все сварные элементы располагаются параллельно друг к другу. Чаще всего они должны дополнительно частично перекрывать друг друга.

Угловое – в этом типе сварного соединения все элементы свариваются между собой под определённым углом.

Тавровое – данный тип соединения схож с угловым, но здесь требуется приваривать исключительно к боковой поверхности.

Торцовое – здесь вам нужно будет приваривать боковые поверхности материала друг к другу.

Основы электросварки

Разобравшись с видами и типа соединений сварных швов, можно переходить к основам электросварки. Если вы планируете обучаться самостоятельно, то вам необходимо будет запастись всеми необходимыми материалами. Так как с первого раза практики вас, скорее всего, ожидает небольшой провал, то лучше запастись большим количеством материала.

Также важно знать некоторые термины и обозначения перед началом работ:

  1. Сварная дуга – это раскалённый до невероятно высоких температур (порядка 5-7 тысяч) газ, так что обращаться со сваркой нужно предельно аккуратно, иначе вы рискуете нанести себе или окружающим серьёзные ожоги.
  2. Дуговая сварка – этот вид сварки делается при помощи электрической дуги, которая нагревает газ до невероятно высоких температур. При соприкосновении с поверхностью металлического изделия, металл начинает плавиться вследствие чего образуется так называемая – «сварочная ванна». После остывания металла появляется сварной шов.
  3. Аргонодуговая сварка – практически, как дуговой вид сварки, только в качестве разогреваемого газа здесь необходимо использовать аргон. Данный вид сварки очень хорошо подходит для различных прутьев арматуры толщиной не более 5 миллиметров.

Подготовительные работы

По причинам, которые были описаны выше, все сварочные работы лучше всего проводить в помещении, где нечему гореть, в противном случае вы рискуете устроить пожар. Найдя пожаро-безопасное помещение, необходимо подготовить все нужные для работ материалы. Прежде всего подумайте о своей защите, приобретите специальную сварочную маску, перчатки для сварки, а также желательно дополнительно приобрести специальный костюм, который сделан из огнеупорного материала.

Когда вы уверены, что обезопасили себя от случайной искры или ожога, вам нужно приобрести все необходимые инструменты для работ. В их число входят:

  1. Вам в обязательном порядке понадобится сам сварочный аппарат.
  2. Также нужен будет небольшой комплект электродов, которые будет проводить достаточное количество электричества для нагрева газа до нужной температуры.
  3. Специальный небольшой молоточек, который понадобится для того, чтобы оббивать ненужный шлак.
  4. А также щётка с жёсткими ворсинками для удаления различного рода мусора.
  5. Трансформатор. Благодаря ему обычный переменный электрический ток, который проходит через наши розетки, будет преобразован в постоянный. Большинство сварок на мировом рынке работают только с помощью постоянного тока.

Как правильно варить электросваркой

Когда всё готово для начала сварочного процесса обязательно тщательно проверьте поверхность тех элементов, которые собираетесь сваривать между собой, на наличие на них ржавчины или любых других дефектов. При обнаружении таковых, рекомендуется попытаться их устранить или заменить дефектные элементы на более качественные.

Теперь, когда всё готово к работе можно приступать:

  1. Сначала требуется прикрепить специальный зажим массы к своей рабочей заготовке и вставить электрод в держатель на сварке. Затем нужно попытаться поджечь дугу. Электрод необходимо устанавливать под углом около 70 градусов относительно заготовке. Для поджигания дуги, необходимо провести по заготовке электродом со скоростью примерно 7-10 см в секунду. Со стороны это будет выглядеть так, как будто вы поджигаете спичку. При появлении характерного треска и искр загорится сама газовая дуга. Если всё это произошло, то значит у вас всё получилось.
  2. Затем, устанавливаем электрод примерно под таким же углом. После установки вам будет необходимо соприкоснуться с рабочей заготовкой, и тут же немного поднять электрод так, чтобы в итоге получился небольшой зазор в 3-5 миллиметров между поверхностью металла и электродом. После соприкосновения с металлом дуга начинает гореть. Однако будет плавиться не только металл заготовки, но и самой дуги. Старайтесь поддерживать размеры зазора и одновременно перемещать электрод по горизонтали или вертикали (зависит от того в какую сторону вам нужно).
  3. Также во время процесса сварки, если вы приблизились слишком близко (также это может быть связано с малым напряжением) к поверхности металла, то ваш электрод может прилипнуть. Для того чтобы он отлип, поводите им из стороны в сторону. Затем обратно зажгите дугу.
  4. Старайтесь как можно лучше настроить трансформатор. Ведь если тока будет слишком много, то металл расплавится, как масло, а если тока слишком мало, то дуга попросту погаснет.

Как правильно варить шов

Немного разобравшись с работой дуги и самой сварки приступаем к выполнению швов. Швы в нашем случае делятся только на горизонтальные и вертикальные.

Ниже расположена небольшая инструкция для каждого из этих типов:

1. Горизонтальный шов

Делать такой шов проще простого. Достаточно всего лишь постепенно вести дугу по горизонтали, соблюдая зазор в 3-5 миллиметров. Также желательно как можно лучше закрепить материал, на который вам нужно сделать шов.

При сварке нужно вести дугу не сильно быстро, но и не сильно медленно – это нужно для того, чтобы зазор между металлическими материалами постепенно залился оплавившимся металлом и при этом успел остыть.

Очень желательно стараться не прерывать шов, иначе сплав может получиться неровным.

2. Вертикальный шов

Процесс сварки вертикальных швов довольно сильно схож с процессом сварки горизонтальных швов, только в этом случае вам нужно сваривать под другим углом. Самый главный принцип в сварке вертикальных швов – это соблюдать определённое правило – никогда не вести дугу слишком быстро или слишком медленно. Так как в этом случае если металл будет подвергаться большому нагреву (дуга идёт слишком медленно) он будет понемногу стекать вниз, а при условии, что дуга идёт слишком быстро у вас может получиться некачественный шов.

Ваша задача должна состоять в том, чтобы слить обе кромки, плавя их сварочной дугой, одновременно направляя туда же капли металла из раскаленного до состояния жидкости конца электрода.

Как правильно варить трубы

Процесс сварки труб с помощью электросварки довольно трудоёмок и требует определённого уровня мастерства и аккуратности. Если вы желаете самостоятельно учится сваривать трубы, то лучше всего дня начала попробовать трубы на толстом металле.

Небольшая инструкция:

  1. Раскладываем все трубы на специальном столе или стенде, на которых вам будет удобно с ними работать.
  2. В этом способе вам нужно будет сваривать трубу в два шага. Первый шаг свариваем первое полукольцо в одну сторону, затем второе в другую. Здесь следует использовать методику ведения «сверху вниз», используя 4-миллиметровый электрод с органическим напылением.
  3. Если вы свариваете трубы с маленьким диаметром, старайтесь их сваривать непрерывной дугой, если же диаметр трубы крупный, то сваривайте её с помощью способа, приведённого во 2-м пункте.

Как удалить шлак

Во время проведения работ у вас может образоваться различного рода дефекты в местах сплава – шлак. Перед тем как приступить к уборке шлака, необходимо дать шву остыть. Когда вы убедились, что шов остыл, постучите по нему небольшим молотком (лучше всего приобретите специальный для удаления шлака).

После постукивания шлак основной слой шлака отлетит сам, оставшиеся слои можно убрать при помощи наждачки.

homehill.ru

Улучшение свойств металла шва при сварке

Сварочная ванна и металл шва при сварке должны быть защищены от влияния кислорода и азота воздуха для получения заданных механических свойств, химического состава и структуры наплавленного металла. Для этого применяются электродные покрытия и флюсы с компонентами, обладающими свойствами раскисления, легирования, шлакообразования, газообразования.

Сварочный шлак образуется при сварке на поверхности расплавленного металла и предохраняет металл от действия кислорода и азота воздуха. Шлак также растворяет в себе закись железа, замедляет процесс охлаждения шва, улучшает структуру и механические свойства металла шва, а при наличии стабилизирующих и легирующих компонентов повышает устойчивость горения дуги и способствует легированию металла шва.

Основные свойства шлаков:

Выбор состава покрытия электрода зависит от химического состава свариваемого металла. Для сталей с повышенным содержанием кремния, марганца, хрома покрытия должны давать шлаки с окисью кальция (СаО).

Образуемые шлаки часто представляют собой соединения окислов типа (FeO, MnO, СаО) — основных, (Si02 , ТiO2) — кислых, (Al2О3 , Fe2О3) — амфотерных.

Сварочные шлаки не предохраняют металл полностью от насыщения кислородом и от образования окислов. Поэтому для получения качественного сварного соединения производят раскисление и легирование наплавленного металла.

Раскисление производится:

Раскисление марганцем и кремнием в виде ферросплавов (ферромарганец, ферросилиций), входящих в состав обмазок и флюсов.

Образующаяся закись марганца МnО легко реагирует с кислыми окислам, например, с кремнеземом силикат марганца МnО • Si02, переходящий в шлаки, с закисью железа FeO — в растворы.

Окись кремния Si02 (кремнезем) нерастворима в железе, легко вступает в комплексные соединения с основными окислами (типа FeO), с закисью железа образует нерастворимый в металле силикат закиси железа FeO • Si02, переходящий в шлак.

Реакции раскисления железа марганцем и кремнием:

FeOмет + Мnмет = МnОшл + Feмет ; 2FeOмет + Siмет = ЗSiO2шл + 2Feмет,

где индексы «мет» и «шл» означают «в металле» и «в шлаке».

Раскисление титаном производится введением в состав обмазок и флюсов титана в виде ферросплавов (ферротитан).

Реакция раскисления железа титаном:

2FeO + Ti = 2Fe + TiO2.

Окись титана переходит в шлак в составе комплексных соединений. Титан образует с азотом стойкие соединения — нитриды титана, не растворимые в металле.

Раскисление алюминием как наиболее сильным раскислителем производится небольшими его количествами для окончательного удаления закиси железа из металла шва или для уменьшения окисления других раскислителей.

При окислении алюминия образуется его окись Аl2O3 (глинозем), которая имеет высокую температуру плавления, не растворима в жидком металле и медленно удаляется в шлак, поэтому сварной шов может быть загрязнен неметаллическими включениями.

Легирование металла шва производится для восстановления химического состава и улучшения механических свойств легирующими элементами, такими как никель, медь, кобальт, для которых железо играет роль раскислителя, предохраняющего их от окисления.

При ручной дуговой сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей применяют марганец и кремний в качестве легирующих элементов, которые входят в состав покрытий электродов в виде ферросплавов.

Сера в металле шва ухудшает механические свойства металла шва и является одной из причин красноломкости и появления трещин в процессе сварки. В наплавленный металл она может попасть из основного и электродного металлов из, электродного покрытия и флюсов.

В металле шва сера может находиться в виде сульфитов марганца и железа (MnS, FeS), из которых особенно отрицательно действует сульфит железа, растворяющийся в жидком металле и плохо растворяющийся в шлаках. Сернистое железо при кристаллизации остается в прослойках между кристаллами стали по границам зерен металла.

Для нейтрализации сернистого железа в металле шва в покрытия и флюсы вводят марганец и известь (СаО), образующие нерастворимые в жидком металле сульфиты, переходящие в шлак. При этом проходят реакции:

FeS + Mn = MnS + Fe ; FeS + СаО = FeO + CaS ; FeO + Mn = MnO + Fe.

Фосфор в сварном шве понижает механические свойства, повышает хрупкость в холодном состоянии и неоднородность металла шва. Фосфор в стали образует фосфиды железа по реакциям:

3Fe + Р = Fe3P и 2Fe + Р = Fe2P.

Фосфиды железа частично растворяются в стали при высоких температурах.

В процессе сварки фосфор может удаляться путем его связывания в прочные химические соединения по реакциям:

2Fe2P + 5FeO = P2O5 + 9Fe или 2Fe3P + 5FeO = Р2O5 + 11Fe.

Фосфорный ангидрид Р2О5 переходит в шлаки, и происходит удаление фосфора из металла.

otdelka-profi.narod.ru


Смотрите также