–PAGE_BREAK–
4. Сварочные материалы
Присадочный материал и другие вещества, используемые при сварке плавлением, с целью получения непрерывного, неразъемного соединения, удовлетворяющего определенным требованиям, принято называть сварочными материалами. К сварочным материалам относятся:
1 сварочная проволока;
2 плавящиеся покрытые электроды;
3 различные флюсы;
4 защитные (активные и инертные) газы.
Указанные материалы должны обеспечить требуемые геометрические размеры, свойства сварного шва; хорошие условия ведения процесса сварки; высокую производительность и экономичность процесса;
необходимые санитарно-гигиенические условия труда при их производстве и сварки. Это достигается тем, что сварочные материалы участвуют:
а) В защите расплавленного металла в зоне протекания металлургических процессов, а в некоторых случаях и нагретого твердого металла от вредного действия атмосферного воздуха в течение всего процесса сварки;
б) В регулировании химического состава металла шва путем его легирования и раскисления;
в) В очистке (рафинировании) металла шва — удаление серы, фосфора, включений окислов и шлаков;
г) В очистке металла шва от водорода и азота.
От правильно выбранных материалов для сварки: сварочной проволоки, газа и т.д., зависит прочность сварных соединений, работоспособность при различных нагрузках в процессе эксплуатации конструкции в целом.
Для ручной дуговой сварки выбираем электроды типа Э-42А марки: УОНИ13/45 Ш 3 мм. Электроды фтористо-кальциевого типа по ГОСТ 9466-75,ГОСТ9467-75.
Назначение и область применения электрода
Сварка особо ответственных конструкций из низколегированных сталей с временным сопротивлением разрыву до 410 МПа, когда к металлу сварных швов, предъявляются повышенные требования по пластичности, ударной вязкости и стойкости к образованию трещин, при нормальной и пониженной температурах.
Фтористо-кальциевые покрытиясостоят из карбонатов кальция и магния, плавикового шпата и ферросплавов. Покрытия называются также основными, так как дают короткие шлаки основного характера, а электроды с таким покрытием называются также низководородистыми, так как наплавленный металл содержит водорода меньше, чем при других покрытиях. Газовая защита ванны обеспечивается двуокисью и окисью углерода, образующимися при разложении карбонатов под действием высокой температуры. Электроды чаще используются на постоянном токе обратной полярности (плюс на электроде).
Наплавленный металл по составу соответствует спокойной стали, отличается чистотой, малым содержанием кислорода, азота и водорода; понижено содержание серы и фосфора, повышено —марганца (0,5-1,5%) и кремния (0,3-0, б%). Металл устойчив против старения, имеет высокие показатели механических свойств, в том числе ударной вязкости, и нередко по механическим свойствам превосходит основной металл. Электроды с этим покрытием рекомендуются для наиболее ответственных конструкций из углеродистых и легированных сталей.
Электроды с фтористо-кальциевым покрытием на протяжении многих лет являются наилучшими по качеству наплавленного металла. Чувствительны к наличию окалины, ржавчины, масла на кромках основного металла и в этих случаях дают поры, как и при отсыревании электродов. Свойства наплавленного металла можно менять в широких пределах, меняя количество ферросплавов в покрытии.
Таблица 4.1 — Компоненты покрытия электродов УОНИ13/ в процентах
Назначение отдельных компонентов покрытия УОНИ-13 может быть объяснено следующим образом. Основная составная часть мрамор СаСО3 при нагревании разлагается на окись кальция СаО, идущую в шлак, и газ СО2, частично восстанавливающийся до СО. Двуокись углерода СО2 производит окисляющее действие и связывает водород, попавший в зону сварки в водяной пар H2O. Газы СО2, и СО практически нерастворимы в металле. СО2 заполняет зону сварки, вытесняя из нее воздух и создавая защитную атмосферу. Окислительное действие СО2 на металл компенсируется наличием сильных раскислителей в сварочной ванне. Плавиковый шпат СаF2 снижает температуру плавления и вязкость шлака. При нагревании СаF2 частично разлагается, освобождающийся фтор образует с водородом очень прочный фтористый водород, не растворяющийся в металле.
Покрытие негигроскопично, не включает компонентов, содержащих водород, и при изготовлении прокаливается при температуре 300-400° С. В результате содержание водорода в наплавленном металле сводится к минимуму, устраняя источник образования пор и трещин, оно в несколько раз меньше, чем при рудно-кислых покрытиях. Кварц вводят в покрытие для разжижения шлака и уменьшения выгорания кремния в металле. Ферромарганец и ферросилиций вводят для легирования металла. Ферротитан с содержанием около 23% Ti вводят как сильный раскислитель и модификатор наплавленного металла; титан в процессе сварки выгорает почти полностью и в составе наплавленного металла практически не обнаруживается.
Согласно ОСТ 26.291-94, для сварки в среде углекислого газа выбираем сварочную проволоку Св-08Г2С ГОСТ 2246-70.
Таблица 4.2 — Химический состав Св-08Г2С ГОСТ 2246-70 в процентах
C
Mn
Si
Сr
Тi
Ni
P
S
0,05-0,11
1,8 – 2,1
0,7 – 0,95
0,2
0,05-0,12
0,3
0,03
0,025
Электродная проволока при механизированной сварке в среде углекислого газа является одним из основных элементов определяющих качество шва. Сварочная проволока служит для подвода электрического тока в зону сварки. Кроме того, сварочная проволока, расплавляясь в процессе сварки, служит дополнительным металлом, участвующим в образовании шва.
При температурах, близких к температуре кристаллизации, протекает реакция раскисления сварочной ванны с углеродом.
[FeO] + [C] = [Fe] + (CO)
Таблица 4.3 — Механические свойства проволоки Св-08Г2С
Продукт реакции газ СО в металле не растворяется и не образует с ним химических соединений, но т.к. он образуется в кристаллизующейся ванне, то не успевает уйти в атмосферу, захватывается растущими кристаллами и приводит к образованию углеродистых пор в металле шва. Для предупреждения углеродистых пор в металле шва необходимо иметь Si не менее 0,5%.
Для предупреждения кристаллизационных трещин, вызываемых серой, необходимо присутствие Mn в соотношении с S 20…25.
В сочетании с данной проволокой выбираем углекислый газ, сварочный по ГОСТ 8050-85 (двуокись углерода, углекислота) — бесцветный, со слабым запахом, с резко выраженными окислительными свойствами.
Двуокись углерода нетоксична, невзрывоопасна. Однако при концентрациях более 5% (92г/м3), двуокись углерода оказывает вредное влияние на здоровье человека, так как она тяжелее воздуха в 1,5 раза и может накапливаться в слабо проветриваемых помещениях у пола и в приямках, а также во внутренних объемах оборудования. При этом снижается объемная доля кислорода в воздухе, что может вызвать явления кислородной недостаточности и удушья. Предельно допустимая концентрация двуокиси углерода в воздухе рабочей зоны 9/2 г/м3 (0,5%)
Углекислый газ (СО2) обладает следующими характеристиками:
— молекулярная масса……………………………………………………………..44
— плотность (кг/м3) при 20°С ………………..…………………………..….1,977
— нормальная температура кипения, °С…………………………………….78,9
— теплопроводность, кал/(см * с * °С)………………………………….038 х10-4
— удельная теплоемкость при 2000 °С, кал/г…….………………………0,328
— наименьший потенциал ионизации, В………….………………………..14,3
В соответствии с ГОСТ 8050-85 двуокись углерода выпускают трех марок (состав в %): сварочную — 99,5, пищевую — 98,8, техническую — 98,5. Для сварки использовать техническую двуокись углерода не разрешается. Перед сваркой необходимо из нормально установленного баллона выпустить небольшое количество газа.
Таблица 4.4 -Физико-химические показатели ГОСТ 8050-85 в процентах
Наименованиепоказателя
Норма
Содержание двуокиси углерода 99,5 (СО2), об не менее
99,5
Содержание водяных паров при 20°С и 101,3 кПа г/м3
0,184
Содержание минеральных веществ, мг/кг не более
0,1
Для использования в качестве флюсовой подушки выбираем флюс марки
АН-348А ГОСТ 9087-81.
Назначение: механизированная дуговая сварка и наплавка изделий широкой номенклатуры из углеродистых и низколегированных сталей.
Сварочно-технологические свойства.
Устойчивость дуги хорошая, разрывная длина дуги до 13 мм; формирование шва вполне удовлетворительное; склонность металла шва к образованию пор и трещин низкая; модификация флюса АН-348А требует более тщательной сушки; отделимость шлаковой корки вполне удовлетворительная.
Таблица 4.5 — Состав флюса АН-348А по ГОСТ 9087-81 в процентах
SiO
MnO
Mg
СаF2
СаО
Аl2O3
Fе2О3
P
S
41-44
34-38
5-7,5
4-5,5
Цвет зерен — коричневый с оттенками; размер зерен 0,35-3 мм; строение зерен — стекловидное; объемная масса 1,3-1,8 кг/дм3. Металлургические свойства. Относится к группе высококремнистых высокомарганцовистых оксидных флюсов с химической активностью Аф = 0,7-0,75. При сварке, наплавке под флюсом интенсивно протекают кремне и марганцевосстановительный процессы. Концентрация серы и фосфора в металле швов в среднем составляет 0,04% каждого. Ударная вязкость металла швов при 20°С обычно не превышает 120 Дж/см2. Данные для применения. Род и значение максимально допустимого I, =; 1100 А; максимально допустимая скорость сварки 120 м/ч (два электрода); минимально допустимое напряжение холостого хода источника питания не ограничено; сушка при температуре 400°С, 2 ч; рекомендуемые проволоки: Св-08, Св-08А, Св-08ГА, Св-10Г2. [6]
5.Расчет режимов сварки
Параметры режима сварки оказывают существенное влияние на форму и состав шва, и пути изменения их значений можно достичь желаемого результата при различном их сочетании. Основная задача сводится к определению такого сочетания параметров, при котором обеспечивается требуемое качество сварного соединения при максимальной производительности и минимальной стоимости процесса. При сварке соединений необходимо рационально использовать процесс расплавления электродов для того, чтобы заполнить зазор стыковых швов.
Сварка обечаек по продольным швам.
S=6 мм,
е=12 мм,
g=2,0мм.
1) глубина проплавления:
Нпр=
S
=6мм.
2) диаметр электродной проволоки:
Принимаем диаметр электрода d
эл
=2мм.
3)сила сварочного тока:
, (5.1)
где i— допустимая плотность тока, А/мм2.
.
4)напряжение дуги:
, (5.2)
.
5)площадь наплавки:
F
н
=
F
в
+
F
з
+
F
р
,
(5.3)
Ширина шва е=12мм;
Высота выпуклости шва g
=2,0мм.
Площадь выпуклой части шва:
F
в
=
e
*
g
* μ, (5.4)
μ=0,75,
F
в
=0,75*12*2,0=18 мм2=0,18см2.
Площадь наплавки определяемая зазором:
F
з
=Нпр*
b
, (5.5)
F
з
=6*2=12 мм2=0,12 см2.
Площадь разделки:
F
р
=, (5.6)
F
р
=.
F
н
=0,18+0,12+0,125=0,425 см2.
6) скорость подачи электродной проволоки
(5.7)
где αр – коэффициент расплавления проволоки, г/А·ч;
dэ– диаметр электродной проволоки, мм.
Значение αр рассчитывается по формуле
г/А·ч.
м/ч=7,73 см/с.
7) скорость сварки:
, (5.8)
где άн — коэффициент наплавки, г/А·ч; αн=αр·(1-ψ), где ψ – коэффициент потерь металла на угар и разбрызгивание. При сварке в СО2 ψ = 0,1÷0,15; FВа– площадь поперечного сечения одного валика, см2. При наплавке в СО2 принимается равным 0,3÷0,7 см2.
ρ — плотность наплавленного металла.
αн=18,1·(1-0,1)=16,29 г/А·ч;
=0,55 см/с. продолжение
–PAGE_BREAK–