Взаимодействие металла с газами при сварке

Обновлено: 09.05.2024

Расплавленный металу взаимодействуя с окружающей атмосферой, поглощает кислород, азот, водород, что существенно сказывается на свойствах металла шва.

Растворение газов в жидком металле. Растворение двухатомного газа в металле описывается уравнением

Константа равновесия этой реакции

к __ дг ___ /г [%Г]

откуда следует известное правило квадратного корня (закон Сивертса)

где аг и /г — активность и коэффициент активности газа, зависящие от состава расплава [1].

Растворимость газов в чистом железе при /г = 1 и рГг = 1 кгс/см2 характеризуется величиной [% Г] = КТ’ При 1600° С

Растворимость при р = 1 может быть пересчитана на любое другое парциальное давление рГі газа по выражению (25).

Если коэффициент активности у0 кислорода в металле и активность FeO в шлаке равны единице, то [% О] = К0. При 1600° С Ко = 0,23%. Равновесие металл—газ зависит от температуры. Эта зависимость выражается обычно эмпирическими уравнениями вида

Где А п В постоянные, определяемые из опыта. Для чистого железа при рГа = 1 и aFe0 = 1

lg К0 = lg [%0] = + 2,734.

При температурах, приближающихся к точке кипения металла, нужно учитывать противодавление паров металла, вызывающее снижение реальной растворимости газа.

Механизм поглощения двухатомного газа включает следующие основные стадии: диффузию газа к поверхности металла через пограничный слой, адсорбцию молекул газа на поверхности металла, разрыв связей между атомами под действием поверхностных сил и переход ими границы газ — металл и диффузию газа в металлической фазе. Кинетику адсорбции газа можно описать уравнениями вида (2), т. е. уравнениями первого порядка.

Особенности взаимодействия металл — газ при дуговой сварке. Приведенные выше численные значения растворимости газов в железе относятся к бездуговому

(индукционному) нагреву. В дуге, где температура газа достигает 50Q0—15 000 К, газ находится в диссоциированном на атомы и частично ионизированном состоянии. Так, водород почти полностью диссоциирован на атомы уже при 5000 К, а азот — при 10 000 К- Условия равновесия в этом случае будут иными, и следует ожидать больших значений константы равновесия К и растворимости газа.

Надо учитывать, однако, что у поверхности расплава температура газа значительно снижается, приближаясь к температуре поверхности металла, и в пограничном слое должны идти обратные процессы деионизации газа и образования молекул из атомов. Пока неясно, сколь далеко они успевают пройти, что затрудняет количественные оценки, но во всяком случае очевидно, что в условиях дуговой сварки с металлом взаимодействуют активированные частицы, будь то атомы или же вновь образовавшиеся из них молекулы, обладающие избыточной энергией за счет не успевшей релаксировать энергии молизации. Активация газовых частиц в дуге увеличивает растворимость газа, как это можно видеть на примере абсорбции азота железом (рис. 11).

Горизонтальный участок на кривой дугового нагрева объясняют пузырьковым кипением ванны, пересыщенной азотом. Увеличение потока азота в ванну, вызванное увеличением его парциального давления в газовой фазе, приводит к соответствующему увеличению азотного кипения, в результате чего устанавливается стационарное состояние и содержание азота в ванне стабилизируется.

Поглощение газа при сварке плавящимся электродом происходит как на торце электрода, так и в ванне. Количество поглощенного газа определяется кинетикой процессов абсорбции и десорбции.

Условия абсорбции газа различны на разных участках поверхности ванны. Наиболее интенсивно газ поглощается в области, расположенной непосредственно под дугой, в то время как на периферии ванны возможна даже десорбция газа. Поэтому скорость поглощения и конечное содержание газа в металле зависят от размеров ванны и распределения теплового и газового потоков на ее поверхности.

Источники газов в зоне сварки. Азот попадает в зону сварки главным образом из воздуха. Источниками кислорода и водорода являются воздух, сварочные материалы (электродные покрытия, флюсы, защитные газы и т. п.), а также окислы, адсорбированная влага и другие загрязнения на поверхности основного
и присадочного металла. Наконец, кислород, водород и азот могут содержаться в избыточном (сверхравновесном) количестве в переплавляемом металле.

Сопоставление этих данных с равновесным давлением кислорода, например, в системе

равным 1,49-КГ17 кгс/см2 при 2000 К (т. е. вблизи точки плавления), показывает, что атмосфера в камере по отношению к титану является окислительной.

При сварке в инертных газах со струйной защитой возможен подсос воздуха вследствие турбулентности газового потока. Только при сварке в камере с инертной атмосферой при условии хорошей предварительной откачки и продувки ее инертным газом можно говорить об отсутствии воздуха в зоне сварки. Но при этом нужно считаться с наличием примесей в инертном газе. Так, в аргоне согласно ГОСТ 10157—73 может содержаться максимально:

ных условиях (20° С, 760 мм рт. ст.)

Поэтому при сварке химически активных металлов рекомендуется дополнительная очистка аргона перед подачей его в камеру или. горелку. Взаимодействие металла с кислородом воздуха возможно даже через слой шлака. Наиболее заметно это взаимодействие проявляется при электрошлаковой сварке, когда шлаковая ванна длительное время контактирует с воздухом. На границе расплавленный шлак—воздух низшие окислы шлака обогащаются кислородом, который по схеме реактивной диффузии переносится через шлак к металлу.

Удобным показателем степени защиты зоны сварки от воздуха может служить содержание в наплавленном металле азота (если, конечно, его нет в расплавляемом металле или в защитном газе). При сварке покрытыми электродами и порошковой проволокой нарушение защиты и соответствующее ему увеличение в шве азота особенно заметно проявляется при удлинении дуги*

Основной металл и проволока (низкоуглеродистая сталь) . . . 0,002—0,003

Сварка голой проволокой без защиты………………………………………………… 0,1—0,2

Сварка рутиловыми электродами ЦМ-9 ……………………………………………………………………………. 0,035

Сварка фтористокальциевыми электродами (УОНИ-13/55) диаметром, мм:

Сварка порошковой проволокой ЭПС-15/2:

короткая дуга (ид = 23-|-26 В) …………………………………………………………….. 0,004—0,010

Воздух в зависимости от его влажности может служить также источником водорода. Именно влага воздуха является причиной так называемой сезонной пористости, когда содержание водорода в швах повышается во влажные периоды года (при прочих неизменных условиях). Влага содержится также в углекислом газе.

Углекислый газ является энергичным окислителем, взаимодействуя с металлом по реакции

Важным источником выделения газов являются поверхностные загрязнения. Это прежде всего поверхностные окислы, которые, растворяясь в металле при его расплавлении и взаимодействуя с ним, способствуют насыщению ванны кислородом. Поверхностные окислы могут быть также поставщиками водорода. Примером является ржавчина, представляющая собой гидрат окиси железа, разлагающийся при нагреве с выделением паров воды. Значительное количество влаги содержит окисная пленка на алюминиевых и магниевых сплавах. Влага, абсорбированная окисной пленкой, удерживается на поверхности при нагреве до высокой температуры, вследствие чего абсорбция водорода металлом оказывается возможной за счет прямого взаимодействия расплава с влагой, попадающей в ванну вместе с частицами окисной пленки. Кроме окисной пленки и адсорбированной влаги на поверхности металла имеются жировые и пылевые загрязнения, включающие органические и сажистые вещества. Термическое разложение органических веществ приводит к образованию водородсодержащих газов, а сажистые вещества могут явиться источником СО.

Наконец, металл основной и присадочный может быть загрязнен газами, которые при его расплавлении могут переходить в металл шва или выделяться в виде газовых пузырьков, являясь причиной пористости.

Взаимодействие с кислородом. При контакте расплавленного металла с кислородом газовой или шлаковой фазы происходит растворение кислорода в металле, а при достижении концентрации насыщения — образование отдельной окисной фазы.

Одновременно идет окисление примесей и легирующих элементов, содержащихся в металле. В первую очередь окисляются элементы, обладающие большим сродством к кислороду. Судить о сродстве к кислороду можно по величине стандартного изменения свободной энергии AG0 образования окисла или по упругости его диссоциации р0г- При взаимодействии чистого вещества с кислородом

Д G° = — RT In K^RT In p0ii

t. e. упругость диссоциации зависит только от температуры, как константа равновесия.

Однако при взаимодействии с кислородом этого же вещества, находящегося в растворе

[Ме]райтв “Ь 02 = [МеОа]раств, необходимо учитывать активность веществ

т. е. в этом случае упругость диссоциации будет зависеть не только от температуры, но и от концентрации растворенных веществ, так как активности изменяются с концентрацией.

Взаимодействие с азотом. Азот растворяется в большинстве конструкционных металлов и сплавов и со многими элементами образует нитриды. Наличие нитридообразующих элементов в расплаве, увеличивая силы связи металла с азотом, увеличивает его растворимость, уменьшая тем самым степень возможного пересыщения расплава и опасность азотного кипения и образования пор. Концентрация азота в металле шва зависит от степени изоляции металла от воздуха (или в более общем виде от парциального давления азота в атмосфере) и от условий сварки, определяющих кинетику протекания реакции. Значительное влияние оказывает скорость сварки, как это показано на рис. 12, на котором представлены результаты опыта по сварке стали 12Х18Н10Т вольфрамовым электродом в смеси аргон—азот. Значительное снижение содержания азота в переплавленном металле с увеличением скорости сварки объясняется главным образом уменьшением при этом времени взаимодействия.

Опыты показывают, что абсорбция азота заметно возрастает при наличии в атмосфере кислорода, что объясняют образованием в дуге непрочных окислов азота.

Взаимодействие с водородом. Абсорбция расплавленным металлом из газовой фазы водорода, так же как и азота, описывается уравнением реакции (25).

Опыты Дж. Салтера, который измерял содержание водорода в металле слитков, получавшихся при расплавлении образцов металла в медной изложнице вольфрамовым электродом в аргоно-водородной атмосфере, показали, что абсорбция водорода при дуговом нагреве превышает его стандартную растворимость. При сварке в аргоне при парциальном давлении водорода 0,2 кгс/см2 содержание водорода в шве было равным 18,0 см3/100 г. Полагая, что справедливо правило Сивертса, применяя выражение (25) и принимая /н= 1, получим Кн^ = 41,0 см3/100 г. Стандартная же растворимость водорода в железе по известной формуле М. М. Карнаухова и А. Н. Морозова

при 2000 К составит 28,8 см3/100 г.

Водород поглощается металлом, а при контакте последнего с водяным паром — по уравнению реакции

m Н20 4- л Ме-> МелОт + пг Н2.

определяя общее количество водорода, поглощенного при сварке, подразделяют его на диффузионно-подвижный и остаточный. Первый находят, помещая образец немедленно после сварки в эвдиометр, заполненный ртутью или другой жидкостью, не растворяющей водород, и судят о количестве водорода по вытеснению им жидкости из мерной трубки. Скорость выделения газа постепенно затухает и практически прекращается через некоторое время, после чего в образце определяют остаточный водород методом вакуумного нагрева или вакуумного плавления.

Соотношение между количествами диффузионно-подвижного и остаточного водорода зависит от состава металла, применяемых сварочных материалов и условий сварки и может изменяться в широких пределах [3]. Поэтому оценка условий взаимодействия водорода с металлом только по количеству диффузионно-подвижного водорода явно недостаточна. К сожалению, это далеко не всегда принимают во внимание.

Влияние газов на свойства металла шва. Поглощение кислорода металлом ухудшает его механические свойства. Так, увеличение кислорода в низкоуглеродистой стали с 0,01—0,02% до 0,1% приводит к снижению относительного удлинения более чем на 30% и ударной вязкости более чем на 40%. Несколько снижается и временное сопротивление (рис. 14, а). Азот в этой стали также сильно снижает относительное удлинение, но повышает прочностные характеристики металла (рис. 14, б).

Поэтому при сварке низкоуглеродистой стали на воздухе без защиты совместное действие кислорода и азота вызывает резкое охрупчивание металла, но мало сказывается на его временном сопротивлении (табл. 9). Особенно нежелательным является взаимодействие с кислородом металлов, обладающих большим сродством к нему, и со сталью и сплавами, содержащими такие компоненты (хром, титан, ниобий, ванадий и др.), так как в этом

случае интенсифицируются процессы окисления, уменьшается содержание важных легирующих элементов, образуются неметаллические включения.

Влияние кислорода и азота на механические свойства титана показано на рис. 15. Содержание азота является одной из причин образования пор в металле шва. При сварке покрытыми электродами или в защитных газах такие поры нередко образуются в результате нарушения защиты металла от воздуха, например при зажигании дуги (так называемые стартовые поры) или при случайном удлинении. Предупреждение их представляет значительные трудности.

В стали ряда марок азот используется как легирующий элемент, упрочняющий металл. При сварке таких сталей необходимо избегать снижения содержания азота в металле шва, что может быть достигнуто, например, за счет сварки в аргоне с примесью небольшого количества азота.

Водород, как и азот, вызывает образование пор и является причиной так называемых сварочных фло — кенов — небольших трещинок волосных размеров, обнаруживаемых в виде светлых пятен в изломах металла при повышенном содержании в нем водорода.

Удаление из металла диффузионно подвижного водорода при длительной выдержке может предотвратить образование флокенов.

При сварке легированной стали водород является причиной образования холодных трещин. При сварке

Рис. 15. Влияние кислорода (1,2) и азота (3,4) на предел прочности (1,3) и относительное удлинение (2,4) титана

титана увеличение содержания водорода приводит к значительному снижению ударной вязкости и повышает склонность к хрупкому разрушению.

Взаимодействие металла с газами

Одним из сварочных процессов является взаимодействие металла с газами. Под воздействием теплоты электрической дуги происходит расплавление кромок свариваемого изделия, электродного (или присадочного) металла, покрытия или флюса. При этом образуется сварочная ванна расплавленного металла, покрытая слоем расплавленного шлака. При сварке происходит взаимодействие расплавленного металла со шлаком, а также с выделяющимися газами и воздухом. Это взаимодействие начинается с момента образования капель металла электрода и продолжается до полного охлаждения наплавленного металла шва.

Металлургические процессы, протекающие при сварке, определяются такими показателями:

1) высокой температурой;

2) небольшим объемом ванны расплавляемого металла;

3) большими скоростями нагрева и охлаждения металла;

4) отводом теплоты в окружающий ванну основной металл;

5) интенсивным взаимодействием расплавляемого металла с газами и шлаками в зоне дуги.

В зоне дуги происходит распад молекул паров воды с диссоциацией молекул водорода, атомарный водород активно насыщает металл шва. Высокая температура способствует выгоранию примесей и тем самым изменяет химический состав свариваемого металла, Не большой объем ванны расплавленного металла (при ручной сварке он составляет 0,5–1,5 см 3 , при автоматической сварке – 24–300 см 3 ) и интенсивный отвод теплоты в металл, окружающий ванну, не дают возможности полностью завершиться всем реакциям взаимодействия между жидким металлом, газами и расплавленным шлаком. Большие скорости нагрева и охлаждения значительно ускоряют процесс кристаллизации, приводят к образованию закалочных структур, трещин и других дефектов. Структурные изменения в металле околошовной зоны происходят под действием теплоты. Они приводят к ослаблению сварного шва. На расплавленный металл существенное воздействие оказывают газовая среда и расплавленный шлак. Кислород поступает в зону сварки из воздуха и электродного покрытия. Кислород, взаимодействуя с расплавленным металлом, в первую очередь окисляет железо, так как его концентрация в стали наибольшая. Находясь в зоне дуги как в молекулярном, так и в атомарном состоянии, кислород образует с железом три оксида: FeO (22,3 %), Fe₂О₃ и Fe₃O₃. В процессе окисления железа участвуют также находящиеся в зоне дуги углекислый газ и пары воды.

Из соединений железа с кислородом наибольшее влияние на свойства стали оказывает оксид железа FеО, так как только он растворяется в железе. Растворимость оксида железа в стали зависит главным образом от содержания углерода и температуры металла. Растворимость оксида железа снижается с увеличением содержания углерода в стали. При высокой температуре стали растворимость оксида железа выше, чем при низкой температуре. Поэтому при охлаждении стали происходит выпадение из раствора оксида железа FeO. При высоких скоростях охлаждения часть оксида железа остается в растворе, образуя шлаковые прослойки между зернами металла. Окисление примесей, содержащихся в стали, происходит либо непосредственно в дуге, либо при взаимодействии с оксидом железа, растворенного в сварочной ванне металла.

Значительное сродство углерода, марганца и кремния с кислородом приводит к сильному уменьшению содержания этих примесей в расплавленном металле шва. Таким образом, кислород находится в стали преимущественно в виде оксидных включений железа, марганца и кремния. В кипящей низкоуглеродистой стали СтЗ кислорода 0,001–0,002 %, в спокойной стали – 0,03–0,08 %. В металле шва при сварке незащищенной дугой содержание кислорода достигает 0,3 %, при сварке защищенной дугой – до 0,05 %.

Азот в зону сварки проникает из окружающего воздуха. В зоне дуги азот находится как в молекулярном, так и в атомарном состоянии. Диссоциированный азот более активно растворяется в расплавленном металле сварочной ванны, чем молекулярный. Растворимость азота зависит от температуры металла шва. При охлаждении металла азот, выделяясь из раствора, взаимодействует с металлом шва и образует нитриды железа (Fе₂N, Fе₄N), марганца (MnN) и кремния (SiN). При больших скоростях охлаждения азот не успевает полностью выделиться и составляет с металлом перенасыщенный твердый раствор. Со временем такой азот является причиной процесса старения металла.

В низкоуглеродистой стали азота содержится до 0,006 %, в металле шва при сварке незащищенной дугой содержание азота достигает 0,02 %, а при сварке защищенной дугой – до 0,03 %. Азот является вредной примесью стали, так как, повышая прочность и твердость, он вместе с этим значительно снижает пластичность и вязкость металла. Устраняют влияние азота на качество сварного шва хорошей защитой зоны дуги от атмосферного воздуха. Кроме того, применяют сварочные материалы, содержащие алюминий, титан и другие элементы, которые образуют нитриды, выходящие в шлак или менее, чем азот, снижающие качество шва.

Водород в зоне сварки образуется во время диссоциации водяных паров при высоких температурах дуги. Пары воды попадают в зону дуги из влаги электродного покрытия или флюса, ржавчины и окружающего воздуха. Молекулярный водород распадается на атомарный, который хорошо растворяется в расплавленном металле.

Растворимость водорода в железе в значительной степени зависит от температуры металла. При температуре 2400 °C насыщение достигает максимального значения (43 см 3 водорода на 100 г металла). При высоких скоростях охлаждения металла водород переходит из атомарного состояния в молекулярное, но полностью выделиться из металла не успевает. Это вызывает пористость и мелкие трещины. Снижение влияния водорода на качество сварного шва достигается сушкой и прокалкой материалов сварки, очисткой от ржавчины и защитой зоны дуги. Для получения сварного шва высокого качества необходимо принять меры по защите расплавленного металла сварочной ванны главным образом от воздействия кислорода, азота и водорода.

Защита сварочной ванны осуществляется созданием вокруг дуги газовой оболочки и шлакового слоя над ванной расплавленного металла. Однако эти меры полностью не предохраняют от насыщения металла кислородом, поэтому необходимо производить как раскисление металла, так и удаление образовавшихся оксидов из сварочной ванны.

Раскисление жидкого металла сварочной ванны производят, вводя него элементы, имеющие большое сродство к кислороду: алюминий, титан, кремний, углерод, марганец. Эти элементы вводят в сварочную ванну либо через электродную проволоку (присадочный металл), либо через электродное покрытие или флюсы.

Алюминий в качестве раскислителя применяется редко, так как он образует тугоплавкие оксиды и придает стали склонность к образованию трещин.

Титан является активным раскислителем и поэтому широко применяется в различных электродных покрытиях. Раскисление протекает по реакции:

2FeO + Ti = 2Fe + TiO₂

Кроме того, титан образует нитриды, снижая содержание азота в металле.

Кремний очень хороший раскислитель и применяется в электродных покрытиях и флюсах в виде ферросилиция или кварцевого песка. Раскисление кремнием происходит по реакции:

2FeO + Si = 2Fe + SiO₂

Кроме того, протекает реакция образования силикатов:

Полученные оксиды и силикат оксида железа выходят в шлак.

Углерод образует с кислородом газообразный оксид углерода, который в стали не растворяется, а выделяется в виде пузырьков. При больших скоростях охлаждения оксид углерода не успевает выделиться из металла шва, образуя в нем газовые поры. Раскисление протекает по реакции:

Для предупреждения пористости металла шва рекомендуется вводить в сварочную ванну кремний в таком количестве, чтобы подавить раскисляющее действие углерода.

Марганец является наиболее распространенным активным раскислителем. Он входит во многие электродные покрытия и флюсы. Раскисление происходит по реакции:

FeO + Мп = Fe + МпО

Оксид марганца, взаимодействуя с оксидом кремния, образует не растворяющийся в стали силикат оксида марганца:

Марганец также способствует удалению серы из стали:

FeS + Мп = Fe + MnS

Сернистый марганец не растворяется в стали и выходит в шлак.

Для восстановления первичного химического состава металла, а в некоторых случаях и для улучшения механических свойств шва производят легирование наплавляемого металла. Цель легирования – восполнить выгорание основных примесей стали и ввести в металл шва элементы, придающие стали специальные качества. Легирующие элементы – кремний, марганец, хром, молибден, вольфрам, титан и др. – используют через электродное покрытие, в виде ферросплавов и электродного металла.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

2. ПОДРЫВАНИЕ МЕТАЛЛА

2. ПОДРЫВАНИЕ МЕТАЛЛА Подрывание металлических элементов лучше производить удлиненными и фигурными зарядами, прилегающими к подрывным элементам по всей длине сечения (рис. 28), а при недостатке времени на вязку зарядов взрывают сосредоточенными зарядами. Рис. 28.

Процесс переноса электродного металла

Процесс переноса электродного металла За счет энергии, выделяемой в активном пятне, расположенном на его торце, и теплоты, выделяющейся по закону Джоуля-Ленца, при протекании сварочного тока по вылету электрода осуществляются нагрев и плавление электрода.Вылетом

Защита от отравлений вредными газами

Защита от отравлений вредными газами Особенное загрязнение воздуха вызывает сварка электродами. Состав пыли и газов определяется содержанием покрытия и составом свариваемого и электродного (или присадочного) металла. При автоматической сварке количество газов и пыли

15.9. Лечебная рекомпрессия водолазов при отравлении вредными (выхлопными) газами

15.9. Лечебная рекомпрессия водолазов при отравлении вредными (выхлопными) газами При лечении водолазов, поднятых на поверхность с признаками отравления выхлопными газами, наилучший эффект дает дыхание кислородом при повышенном давлении. Лечение проводится по режиму,

КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛА

КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛА «Коррозия Металла» — одна из культовых отечественных металлических команд. Она была создана в 1983 году по инициативе Сергея «Паука» Троицкого и Сергея «Борова» Высокосова.Легенда гласит, что первая группа Борова «Индикатор» периодически играла музыку

Глава 8 Металлургические процессы при проведении сварочных работ

Глава 17 Технология производства наплавочных работ

Глава 17 Технология производства наплавочных работ Виды наплавочных работ Процесс нанесения с помощью сварки на поверхность детали слоя металла для восстановления ее первоначальных размеров либо для придания поверхности специальных свойств называется наплавкой.

Глава 6. Такелажные работы 6.1. Инструменты и приспособления для такелажных работ

Глава 6. Такелажные работы 6.1. Инструменты и приспособления для такелажных работ Т а к е л а ж н ы е работы проводятся для ремонта и поддержания в исправном состоянии бегучего и стоячего такелажа, буксирного, швартовного и других видов оборудования верхней палубы кораблей.

Глава 11. Прием на корабль грузов 11.1. Организация погрузочных работ

Глава 11. Прием на корабль грузов 11.1. Организация погрузочных работ Организация погрузочных работ предусматривает:– назначение руководителя и личного состава для выполнения погрузочных работ;– распределение обязанностей и инструктаж по мерам безопасности при

Глава 2. Гормональный фон и обменные процессы

Глава 2. Гормональный фон и обменные процессы Рассмотрим теперь подробно, как же работает, функционирует сложный женский организм, как взаимосвязаны разные женские половые органы друг с другом и как происходит регуляция циклов женской жизни.Менструальный циклВ

Глава 7 Выполнение электромонтажных работ

Глава 7 Выполнение электромонтажных работ Область применения Информация о правилах выполнения электромонтажных работ, которая собрана в данной главе, распространяется на проведение работ при строительстве, реконструкции, расширении предприятий по монтажу и наладке

Приложение 2. Оформление обложек и страниц журнала сварочных работ

Приложение 2. Оформление обложек и страниц журнала сварочных работ Журнал сварочных

Глава 9 Медицинские противопоказания при проведении профилактических прививок

Глава 9 Медицинские противопоказания при проведении профилактических прививок В предыдущих главах мы подробно рассматривали противопоказания к проведению вакцинации против различных инфекционных заболеваний. В табл. 44 перечислены основные противопоказания к

Глава 4 Производство строительных малярных работ

Глава 4 Производство строительных малярных работ 1. Инструменты и приспособления Вам потребуются инструменты: для штукатурных работ, используемые при подготовке поверхности под окраску; для очистки поверхности (рис. 159); для малярных работ (рис. 160, 161), а также средства

Глава 6 Охрана труда при производстве отделочных работ

Глава 6 Охрана труда при производстве отделочных работ 1. Основные положения охраны труда и техники безопасности на территории строительства Контроль за выполнением законов о труде, правил техники безопасности в промышленной санитарии наряду с администрацией

Газы для проведения сварки и резки металлов

Кислород при газовой сварке способствует интенсивному горению горючих газов и получению высокотемпературного пламени. При горении газов в воздухе температура пламени значительно ниже, чем при горении в кислороде. При газовой сварке применяют газообразный технический кислород трех сортов.

Первый сорт характеризуется чистотой не ниже 99,7 % по объёму, второй сорт – не ниже 99,5 %, а третий сорт – не ниже 99,2 %. Технический кислород содержит примеси, состоящие из азота и аргона. Следует учесть важное значение чистоты кислорода при сварке и резке металла. Снижение чистоты кислорода на 1 % не только ухудшает качество сварного шва, но и требует увеличения расхода кислорода на 1,5 %.

Кислород при атмосферном давлении и нормальной температуре представляет собой газ без цвета и запаха с плотностью 1,43 кг/м 3 . Его получают из воздуха методом низкотемпературной ректификации, основанным на разности температур кипения основных составляющих воздуха – азота (–195,8 °C) и кислорода (–182,9 °C). Воздух переводят в жидкое состояние и затем постепенным повышением температуры испаряют азот (78 %). Оставшийся кислород (21 %) очищают многократным процессом ректификации.

Ацетилен в газосварочном производстве получил наибольшее распространение благодаря важным для сварки качествам – высокой температуре пламени, большой теплоте сгорания. Он представляет собой химическое соединение углерода с водородом (С₂Н₂). Это бесцветный газ с характерным запахом, обусловленным наличием примесей – сероводорода, фтористого водорода и др. Ацетилен взрывоопасен при следующих условиях: нагревании до 480–500 °C, давлении 0,14–0,6 МПа, наличии 2,3–80,7 % ацетилена в смеси с воздухом, наличии 2,8–93 % ацетилена в смеси с кислородом.

Ацетилен получают при взаимодействии карбида кальция с водой по реакции:

карбид кальция получают путем сплавления в электропечах кокса и обожженной извести:

СаО + 3С = СаС₂ + СО.

Карбид кальция очень активно вступает в реакцию с водой, реагируя даже с парами воды, насыщающими воздух. Поэтому его хранят и транспортируют в герметически закрытых стальных барабанах, содержащих 50–130 кг карбида. Из 1 кг карбида кальция в зависимости от сорта и грануляции получают 235–280 л ацетилена. Следует иметь в виду, что мелкий и пылеобразный карбид кальция применять запрещается – он взрывоопасен. Для взаимодействия 1 кг карбида кальция теоретически необходимо 0,56 л воды, практически берут 7–20 л воды для обеспечения охлаждения ацетилена и безопасной работы генератора.

Водород – газ без цвета и запаха. В смеси с кислородом или воздухом он образует взрывчатую смесь (гремучий газ), поэтому требует строгого соблюдения правил техники безопасности.

Водород хранится и транспортируется в стальных баллонах при максимальном давлении 15 МПа. Получают его электролизом воды или в специальных водородных генераторах путем воздействия серной кислотой на железную стружку или цинк.

Пиролизный газ – смесь газообразных продуктов термического разложения нефти, нефтепродуктов или мазута. Содержит вредные сернистые соединения, вызывающие коррозию мундштуков горелок и резаков, поэтому требует тщательной очистки.

Нефтяной газ – смесь горючих газов, являющихся побочным продуктом нефтеперерабатывающих заводов. Его применяют для сварки, резки и пайки сталей толщиной до 3 мм и сварки цветных металлов.

Природный газ получают из газовых месторождений. Он состоит в основном из метана (93–99 %).

Пропанабутановую смесь получают при добыче и переработке естественных нефтяных газов и нефти. Хранят и транспортируют в сжиженном состоянии в баллонах вместимостью 40 и 55 л под давлением 1,6–1,7 МПа. Жидкой смесью заполняют только половину баллона, так как при нагреве значительное повышение давления может привести к взрыву.

Бензин и керосин используют при газопламенной обработке в виде паров. Для этой цели горелки и резаки имеют специальные испарители, которые нагреваются от вспомогательного пламени или электрическим током.

Оборудование для плазменно-дуговой сварки, резки, напыления:

Оборудование для плазменно-дуговой сварки, резки, напыления: • источник питания плазменной дуги с вертикальной вольт-амперной характеристикой;• плазменная горелка-плазмотрон;• системы подачи газа и охлаждения горелки;• порошковый питатель (для

Оборудование для лазерной сварки и резки:

Оборудование для лазерной сварки и резки: • высоковольтный выпрямитель для питания ламп накачки;• блок конденсаторов;• блок поджига газового разряда;• собственно лазерная головка (активный элемент, отражатель, лампы накачки);• оптическая система для фокусировки,

Эффективные методы проведения сварки

Эффективные методы проведения сварки Метод опирания, или сварка с глубоким проплавлением Электрод с утолщенным покрытием используют для получения глубокого проплавления. Стержень электрода плавится быстрее покрытия, в итоге чего на конце электрода образуется

Оборудование и аппаратура для проведения газовой сварки

Оборудование и аппаратура для проведения газовой сварки Газовой сваркой называется сварка плавлением, при которой нагрев кромок соединяемых частей и присадочного материала производится теплотой сгорания горючих газов в кислороде. Классифицируется газовая сварка по

Сущность процесса кислородной резки

Сущность процесса кислородной резки Кислородная резка (рис. 78) основана на свойстве металлов и их сплавов сгорать в струе технически чистого кислорода. Рис. 78. Газокислородная резка:1 – разрезаемый металл; 2 – струя режущего кислорода; 3 – горючая смесь; 4 – режущий

Оборудование для кислородной резки

Оборудование для кислородной резки Резаки классифицируют:• по назначению – универсальные и специальные;• по принципу смешения газов – инжекторные и безынжекторные;• по виду резки – для разделительной и поверхностной резки;• по применению – для ручной и машинной

Техника резки

Техника резки На поверхности разрезаемого металла могут быть грязь, краска, окалина и ржавчина, поэтому она должна быть хорошо очищена. Для удаления окалины, краски и масла достаточно медленно провести пламенем горелки или резака по поверхности металла вдоль намеченной

Глава 12 Технология проведения сварки под флюсом и оборудование для нее

Глава 12 Технология проведения сварки под флюсом и оборудование для нее Сущность сварки под флюсом Сваркой под флюсом называется дуговая сварка, при которой дуга горит под слоем сварочного флюса, обеспечивающего защиту сварочной ванны от контакта с

Глава 13 Технология проведения дуговой сварки в защитных газах

Глава 13 Технология проведения дуговой сварки в защитных газах Сущность дуговой сварки в защитных газах Сущностью и отличительной особенностью дуговой сварки в защитных газах является защита расплавленного и нагретого до высокой температуры основного и электродного

Глава 14 Технология проведения контактной сварки

Глава 14 Технология проведения контактной сварки Сущность контактной сварки Контактной сваркой называется сварка с применением давления, при которой нагрев производится теплотой, выделяющейся при прохождении электрического тока через находящиеся в контакте

Глава 16 Технология производства сварки цветных металлов и их сплавов

Глава 16 Технология производства сварки цветных металлов и их сплавов Особенности сварки цветных металлов Цветные металлы и сплавы по своим физико-химическим свойствам резко отличаются от сталей, что необходимо учитывать при выборе вида сварки и технологии. По

Особенности сварки цветных металлов

Особенности сварки цветных металлов Цветные металлы и сплавы по своим физико-химическим свойствам резко отличаются от сталей, что необходимо учитывать при выборе вида сварки и технологии. По химической активности, температурам кипения и плавления, теплопроводности,

Глава 18 Технология электродуговой резки

Глава 18 Технология электродуговой резки Резка плавящимся электродом Резка стальным электродом основана на выплавлении металла из зоны резания теплотой электрической дуги, возбуждаемой между электродом и разрезаемым металлом. Этот способ широко применяется для

9.3. Средства для электросварки и резки стали под водой

9.3. Средства для электросварки и резки стали под водой Для электросварки и резки стали под водой применяются специальные электрододержатели и электроды. Электрический ток к электрододержателю и массе металла (обратный провод) подается с поверхности по кабелю сечением

Металлургические процессы при сварке

В книге изложены основы теории сварки, устройство и правила эксплуатации оборудования для ручной дуговой и газовой сварки и наплавки металлов, контактной сварки, сварки в защитных газах и под флюсом, рассмотрены специальные и перспективные виды сварки, механизация и автоматизация сварочного производства. Учебник может быть использован также для профессионального обучения рабочих на производстве.

Под воздействием теплоты электрической дуги происходит расплавление кромок свариваемого изделия, электродного (или присадочного) металла, покрытия или флюса. При этом образуется сварочная ванна расплавленного металла, покрытая слоем расплавленного шлака. При сварке происходит взаимодействие расплавленного металла со шлаком, а также с выделяющимися газами и воздухом. Это взаимодействие начинается с момента образования капель металла электрода и продолжается до полного охлаждения наплавленного металла шва.

Металлургические процессы, протекающие при сварке, определяются высокой температурой, небольшим объемом ванны расплавляемого металла, большими скоростями нагрева и охлаждения металла, отводом теплоты в окружающий ванну основной металл, интенсивным взаимодействием расплавляемого металла с газами и шлаками в зоне дуги.

Высокая температура сварочной дуги вызывает также диссоциацию (распад) молекул кислорода и азота в атомарное состояние. Обладая большой химической активностью, эти газы интенсивнее взаимодействуют с расплавленным металлом шва. В зоне дуги происходит распад молекул паров воды с диссоциацией молекул водорода, атомарный водород активно насыщает металл шва. Высокая температура способствует выгоранию примесей и тем самым изменяет химический состав свариваемого металла. Небольшой объем ванны расплавленного металла (при ручной сварке он составляет 0,5-1,5 см 3 , при автоматической сварке — 24-300 см 3 ) и интенсивный отвод теплоты в металл, окружающий ванну, не дает возможности полностью завершиться всем реакциям взаимодействия между жидким металлом, газами и расплавленным шлаком. Большие скорости нагрева и охлаждения значительно ускоряют процесс кристаллизации, приводят к образованию закалочных структур, трещин и других дефектов. Под действием теплоты происходят структурные изменения в металле околошовной зоны, которые также приводят к ослаблению сварного шва.

На расплавленный металл существенное воздействие оказывают газовая среда и расплавленный шлак.

Кислород поступает в зону сварки из воздуха и электродного покрытия. Взаимодействуя с расплавленным металлом, кислород в первую очередь окисляет железо, так как его концентрация в стали наибольшая. Находясь в зоне дуги как в молекулярном, так и в атомарном состоянии, кислород образует с железом три оксида: FeO, Fе₂О₃ и Fe₃O₄. В процессе окисления железа участвуют также находящиеся в зоне дуги углекислый газ и пары воды.

Из соединений железа с кислородом наибольшее влияние на свойства стали оказывает оксид железа FeO, так как только он растворяется в железе. Растворимость оксида железа в стали зависит главным образом от содержания углерода и температуры металла. С увеличением содержания углерода в стали растворимость оксида железа снижается. При высокой температуре стали растворимость оксида железа выше, чем при низкой температуре. Поэтому при охлаждении стали происходит выпадение из раствора оксида железа FeO. При высоких скоростях охлаждения часть оксида железа остается в растворе, образуя шлаковые прослойки между зернами металла.

Окисление примесей, содержащихся в стали, происходит либо непосредственно в дуге, либо при взаимодействии с оксидом железа, растворенного в сварочной ванне металла. Значительное сродство углерода, марганца и кремния с кислородом приводит к сильному уменьшению содержания этих примесей в расплавленном металле шва. Таким образом, кислород находится в стали преимущественно в виде оксидных включений железа, марганца и кремния.

Читайте также: