Ацетилено кислородное пламя для сварки малоуглеродистых сталей

Обновлено: 04.10.2024

Низкоуглеродистые стали с содержанием углерода до 0,25% хорошо свариваются любым, описанным ранее, способом газовой сварки.

Наконечник горелки выбирают с учетом расхода ацетилена 100—130 л/ч на 1 мм толщины свариваемого металла при левом способе сварки и 130—150 л/ч при правом способе сварки. Пламя горелки должно быть нормальным. Высококвалифицированный сварщик применяет пламя большей мощности и выбирает наконечник из расхода ацетилена 150—190 л/ч на 1 мм. толщины свариваемого металла, применяя более толстую присадочную проволоку, производительность сварки при этом повышается. При увеличении мощности пламени повышается опасность перегрева металла в зоне сварки. Для

того чтобы металл шва и околошовной зоны не перегревался, необходимо уменьшить угол наклона мундштука и пламя горелки в основном направлять на присадочную проволоку.

Для сварки металлоконструкции из углеродистых сталей берут присадочную проволоку Св08, Св08А. При сварке этой проволокой часть легирующих компонентов, таких как углерод, кремний и марганец, выгорает, а металл шва приобретает крупнозернистое строение. Предел прочности такого сварного соединения ниже предела прочности основного металла. Для получения равнопрочного сварного соединения необходимо применять кремнемарганцовистую сварочную проволоку Св08ГА, Св10ГА или Св12ГС. Диаметр присадочной проволоки берут в зависимости от толщины свариваемого металла и способа сварки. При правом способе сварки диаметр присадочной проволоки примерно равен половине толщины свариваемого металла.

В процессе сварки следят за тем, чтобы кромки свариваемого металла и конец присадочной проволоки расплавлялись одновременно. Нельзя допускать, чтобы капли расплавленного присадочного металла попадали на нерасплавленные кромки основного металла. Если это произойдет, то получится непровар, а следовательно, сварное соединение в данном месте будет непрочным.

При левом способе сварки расплавленный металл из ванночки стекает в разделку, кромки которой еше не расплавлены. Это приводит к непровару в этом месте. Для того чтобы расплавленный металл не стекал, изделие наклоняют на 10—15° против движения горелки. Если конец присадочной проволоки прилипает к кромкам основного металла, то это значит, что эти кромки еще недостаточно нагреты. В процессе сварки нужно избегать отвода пламени в сторону от ванны расплавленного металла шва, так как металл окислится кислородом воздуха.

Процесс сварки (после вынужденного перерыва) начинают с перекрытия конца шва на 4—6 мм, при этом следят, чтобы образовавшиеся окислы всплыли на поверхность сварочной ванны.

Качественно выполненный сварной шов имеет чешуйчатую форму, равномерную по всей длине-ширину и высоту валика и плавный переход без подрезов от наплавленного валика к основному металлу.

Для уплотнения наплавленного металла применяют проковку шва в горячем состоянии. Проковку производят при светло-красном калении и заканчивают при остывании шва до темно-красного каления. Проковка при более низкой температуре приводит к появлению микроскопических трещин в шве и в околошовной зоне.

При сварке низкоуглеродистой стали ускоренным методом ацетилено-кислородным пламенем с избытком кислорода (отношение объема кислорода к объему ацетилена 1,4), который способствует дополнительному (по сравнению с нормальным пламенем) окислению легирующих компонентов металла необходимо применять присадочную проволоку, легированную элементами-рас-кислителями. Таким присадочным материалом является проволока марки Св12ГС с повышенным содержанием элементов-раскислителей: марганца 0,8—1,1% и кремния 0,6—0,9%.

Ускоренная сварка низкоуглеродистой стали ацетилено-кислородным пламенем с применением проволоки Св12ГС повышает производительность труда примерно на 40%, по сравнению со сваркой нормальным пламенем, с соответствующей экономией денежных средств.

При сварке низкоуглеродистой стали пропан-бутаи-кислородным нормальным или окислительным пламенем также применяют присадочную проволоку марки Св12ГС.

Мощность данного пламени устанавливают по расходу ацетилена (100—130 л/ч ацетилена на 1 мм толщины свариваемого металла), с учетом коэффициента замены ацетилена пропан-бутаном, равного 0,6.

Сварку производят таким образом, чтобы расстояние от конца ядра пламени до свариваемой поверхности было 8—10 мм. Скорость сварки пропан-бутан-кислород-ным нормальным пламенем равна скорости сварки ацетилено-кислородным нормальным пламенем. Механические свойства сварного соединения получаются удовлетворительными. Сварка сталей с содержанием углерода более 0,25—0,35% осложняется из-за склонности к короблению, закалке и образованию трещин. Во избежание перегрева металла наконечник сварочной горелки выбирают исходя из расхода ацетилена, равного 75— 85 л на 1 мм толщины свариваемого металла. Сварку этих сталей необходимо вести быстро с небольшим избытком ацетилена. Для этого применяют общий подогрев, т.е. подогревают все изделие до температуры 300—400 °С, или местный подогрев зоны сварки до температуры 650—700 °С. Для предотвращения подкалки металла шва и околошовной зоны сваренную деталь или узел медленно охлаждают.

Для сварки среднеуглеродистых сталей в качестве присадочного материала применяют проволоку марок Св08ГА, Св12ГС.

Качественное сварное соединение из стали с содержанием углерода более 0,5—0,6% можно получить лишь при малых сечениях свариваемых деталей.

Газопламенная обработка материалов

кислородного пламени. Выявлено, что более эффективен нагрев пламенем при малом расходе газа (номере наконечника горелки), повышении соотношения кислорода к ацетилену до 2,0—2,4, увеличении толщины металла от 1 до 16 мм и перемещении горелки углом вперед (левый нагрев).

Основным параметром, влияющим на эффективную мощность пламени, является расход горючего. С увеличением расхода ацетилена от 0,15 до 2,7 м 3 /ч эффективный к. п. д. предельного состояния процесса нагрева металла подвижной горелкой уменьшается с 85 до 27%. При этом наибольшее значение удельного теплового потока увеличивается с 200 до 500 Вт/см 2 .

Н. Н. Рыкалиным предложены различные схемы расчета процесса нагрева металла газовым пламенем. Выбор той или иной расчетной схемы зависит от типа горелки, характера ее перемещения, назначения нагрева, толщины и формы обрабатываемого изделия.

Газовое пламя является менее сосредоточенным и более низкотемпературным источником нагрева, чем электрическая или плазменная дуга (струя). Однако при газопламенном нагреве возможно весьма гибко регулировать распределение теплоты по заданным участкам поверхности изделия, а также между основным и присадочным (наплавочным) металлом. Газовое пламя оказывает не только тепловое, но и газодинамическое воздействие на поверхность расплавленного металла (жидкой фазы), что способствует проникновению теплоты в глубь сварочной ванны (при сварке плавлением) и увеличению глубины проплавления.

Величина максимального давления по оси газовой струи может достигать порядка 0,1 кгс/см 2 , а глубина проплавления — 15 мм. Механическое воздействие пламени является весьма важным фактором. Правильное использование этого действия позволяет удерживать жидкий металл в сварочной ванне при различных положениях сварного шва в пространстве, в особенности при сварке вертикальных и потолочных швов. Тепловые особенности газового пламени определяют целесообразные области его использования: для сварки некоторых металлов ограниченной толщины, наплавки и пайки, а также термической обработки (поверхностной закалки, правки, предварительного и сопутствующего нагрева). Кроме того, при кислородной резке газовым пламенем нагревают заданный участок поверхности металла до температуры воспламенения и поддерживают температуру на этом участке на заданном уровне.

2. ГАЗОВАЯ СВАРКА

Система методов газовой сварки с указанием классификационных признаков показана. В последние годы наблюдается тенденция к вытеснению газовой сварки более производительными и эффективными способами электродуговой сварки. Взамен газовой сварки алюминиевых сплавов и коррозионно-стойких сталей сейчас применяют, как правило, газодуговые методы сварки. К недостаткам газовой сварки плавлением относится также трудность механизации процессов. Тем не менее газовую сварку все еще достаточно широко применяют при ручной сварке тонколистовой стали, чугуна и медных сплавов.

Сварка стали. При газовой сварке плавлением образование сварного соединения осуществляется преимущественно с применением присадочного металла, расплавлением его и свариваемых кромок. Особенности процесса достаточно хорошо изучены, а тео-

ретические основы наиболее полно разработаны российскими учеными. Газовое пламя оказывает металлургическое влияние на металл шва. Процессы окисления и восстановления при газовой сварке зависят от взаимодействия газов пламени и металла сварочной ванны. С учетом температурных условий в сварочной ванне и граничных условий равновесия газовой фазы с закисью железа найден верхний предел допустимого окисления углеводородов в пламени, дающего нейтральные смеси по отношению к закиси железа. Этот верхний предел соотношения кислорода и ацетилена равен 1,3.

На основании исследований сделан важный практический вывод о необходимости раскисления металла шва введением в сварочную ванну раскислителей (Mn, Si) ввиду относительно невысокого защитного и восстановительного действия пламени. На этой основе предложен ряд марок кремнемарганцовой и кремнемарганцово-титановой присадочной проволоки для ацетилено-кислородной сварки низкоуглеродистой стали окислительным пламенем. Положительное влияние кремния и марганца состоит в создании жидкотекучих кремнемарганцово-железных шлаков, способствующих самофлюсованию сварочной ванны и образующих на ее поверхности шлаковую пленку, защищающую расплавленный металл от кислорода и водорода газовой среды пламени.

Добавки титана способствуют переходу марганца и кремния в шлак и измельчают структуру металла шва.

Сварка чугуна. Трудности газовой сварки чугуна в основном связаны с тремя факторами: возможностью образования трещин в результате возникновения разрушающих внутренних напряжений, сочетающихся с низкой пластичностью чугуна; появлением структур закалки и отбеленных зон повышенной твердости в металле шва и прилегающих к нему участков; повышенной пористостью металла шва. Для первых двух факторов важное значение имеют соответствующий подбор режимов нагрева и охлаждения шва и основного металла, а также правильный выбор составов присадочных металлов, приемов разделки кромок и т. д.

Третий фактор — газовая пористость в металле шва — регулируется степенью раскисления металла и удаления неметаллических примесей из сварочной ванны, защитой ее от газов пламени и атмосферы, а также уменьшением скорости кристаллизации сварочной ванны. Последний фактор имеет важное значение, так как если пузырьки растворимых (водород и азот) и нерастворимых (водяные пары и окись углерода) в расплавленном металле газов образуются в момент кристаллизации шва, то они могут не успеть всплыть и останутся в металле в виде пористости. Основной способ устранения пористости - прогрев жидкой ванны пламенем горелки после заполнения разделки дефекта и активное перемешивание ее присадочным прутком.

Интересные результаты получены Г. А. Асиновской и И. И. Ильиной, показавшими, что величина газовой пористости в наплавленном металле находится в зависимости от степени загрязненности чугунных присадочных прутков неметаллическими включениями типа силикатов. Их поверхность является наиболее вероятным местом (центром) зарождения газового пузыря. Выявлено, что газовая пористость, как правило, получается при использовании прутков с поздней дошихтовкой ферросилицием. Сварку чугуна следует производить чугунными прутками марки А и Б по ГОСТ 2671—70. В целях получения плотного наплавленного металла рекомендуется проверять наличие в них неметаллических включений с помощью трехбалльной шкалы.

Газовую сварку выполняют с общим или местным нагревом, при этом наплавленный металл должен иметь структуру серого чугуна. Общий равномерный нагрев необходим для уменьшения скорости охлаждения, а следовательно, устранения образования структур отбела, закалки и трещин при расположении дефекта в жестком замкнутом контуре, а также для предупреждения возникновения значительных напряжений растяжения. Местный нагрев рекомендуется при допущении некоторого коробления изделия и при расположении дефектов в нежестком контуре.

Наиболее эффективно применение газовой сварки для устранения в чугунных отливках дефектов объемом 100 м 3 , выявленных до окончательной механической обработки. Для устранения более крупных дефектов экономически целесообразно использование электродуговых процессов. При исправлении дефектов в чугунных отливках, выявленных на последних стадиях механической обработки, рекомендуется применять газопламенные методы пайкосварки.

Сварка латуни. Медно-цинковые сплавы до последнего времени относились к трудносвариваемым сплавам. Основные трудности, возникающие при сварке латуни, связаны в основном с значительной испаряемостью из сварочной ванны цинка (до 25—30%) и склонностью латуней к трещинообразованию. Известно также, что медно-цинковые сплавы, содержащие более 20% цинка, склонны к самопроизвольному или коррозионному растрескиванию.

В последние годы в России и за рубежом активно велись работы по повышению свариваемости латуни, зависящей главным образом от металлургических факторов. Основное направление этих работ — изыскание способов подавления испарения цинка и снижения абсорбционной способности расплавленной латуни с доведением до минимума содержания в сварочной ванне водорода, являющегося одним из основных источников порообразования.

Известно, что эффективным средством повышения свариваемости латуни является применение газообразного флюса, содержащего бороорганические соединения.

Автор: Администрация

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Газовая сварка углеродистой и легированной стали

К низкоуглеродистым сталям относятся стали, содержание углерода в которых столь невелико, что оно не производит заметного изменения свойств железа. Так, например, к этой группе по металлургическим основаниям можно отнести стали с содержанием углерода до 0,18% (практически до ~0,25%).

Железо при высоких температурах достаточно легко окисляется, причем образующаяся закись железа FeO имеет температуру плавления 1370° С, растворяется в расплавленном железе в количестве около 0,9% и выпадает из раствора при затвердевании.

Присутствие закиси железа в твердой стали сопровождается явлением красноломкости (которая также усиливается серой), некоторым снижением прочностных свойств и при расположении слоями (как при кристаллизации сварочной ванны) - снижением пластических свойств и ударной вязкости. Наличие FeO в сварочной ванне при сварке низкоуглеродистых сталей не вызывает значительных затруднений, однако при значительном количестве закиси железа рекомендуется ее флюсование.

Расплавленное железо растворяет различные газы, но в условиях газовой сварки металл шва после охлаждения содержит относительно малые количества и азота, и водорода. Это определяется тем, что в пламени концентрация азота и водорода невелика и растворившиеся в металле количества этих газов успевают удалиться при кристаллизации.

Так как расплавленное железо является достаточно вязкой жидкостью и хорошо смачивает твердые нагретые кромки, сварку его можно осуществлять при любом положении шва в пространстве.

Повышение содержания углерода ухудшает сварочные свойства сталей, приводит к порокам в шве, способствует образованию крупнозернистой структуры металла, особенно вблизи границы сплавления, и хрупких прослоек в околошовной зоне, а иногда и в самом шве. Все это затрудняет получение сварных соединений, равнопрочных с основным металлом.

Вследствие повышенного содержания углерода в ванне при наличии FeO образуется значительное количество окиси углерода:

Наличие СО в ванне может привести к пористости шва, в связи с чем рекомендуется уменьшать исходное содержание углерода в ванне, применяя присадку с меньшим его содержанием, чем в основном металле.

Укрупнение структуры при кристаллизации углеродистой стали с повышенным содержанием углерода вызывается увеличением интервала ее затвердевания (рис. 53), в течение которого наиболее интенсивно растет зерно. В связи с увеличением температурного интервала ликвидус - солидус по мере увеличения содержания углерода в стали (при 0,18% С около 20° С, при 0,5% С 100° С, а при 1,7% С 300° С) область двухфазного состояния у границы сплавления является более широкой. Этот участок сварного соединения характеризуется в конечном состоянии крупным зерном и даже пористостью, вызываемой реакцией.

Снижение критической скорости закалки у сталей с повышенным содержанием углерода (при отсутствии уменьшения скорости охлаждения после сварки) приводит к образованию в околошовной зоне неравновесных хрупких структур и увеличивает возможность образования трещин.

Ухудшающее действие углерода сказывается постепенно по мере увеличения его концентрации в стали. При газовой сварке стали, содержащей 0,25-0,35% С, затруднения в получении хорошего качества появляются только для особо жестких соединений. Поэтому при сварке углеродистых сталей с таким содержанием углерода применяется, как правило, обычная технология, используемая для сварки низкоуглеродистых сталей. При большем содержании углерода применяется более сложная технология сварки.

При сварке низкоуглеродистых сталей применяется ацетилено-кислородное пламя с В = V_к/V_a= 1-1,2. Состав пламени приводит к значительному изменению химического состава и механических свойств металла шва (табл. 8).

Для низкоуглеродистых сталей используется присадочный металл марок Св-08, Св-08А, Св-10ГА и Св-08ГС по ГОСТ 2246-60, причем легированные проволоки (Св-10ГА, Св-08ГС) дают лучшие результаты. Диаметр присадки берется в зависимости от способа сварки:

для левой сварки

Правую сварку целесообразно применять при δ > 5 мм, причем угол раскрытия может быть несколько уменьшен (до 70°).

Механические свойства металла шва могут быть в некоторой степени улучшены горячей проковкой, местной нормализацией или проковкой с последующей нормализацией.

При сварке тонких штампованных деталей для уменьшения участка рекристаллизации следует ускорять процесс охлаждения, накладывая параллельно шву компресс из мокрого асбеста.

Основные технологические указания по газовой сварке среднеуглеродистых сталей сводятся к следующему.

1. В целях уменьшения окислительных реакций в сварочной ванне пламя следует регулировать с небольшим избытком ацетилена. Полезным также является применение флюсов, например:

а) 50% углекислого натрия и 50% двууглекислого натрия;

б) 70% борной кислоты и 30% углекислого натрия; в) 34% буры, 6,5% хлористого натрия, 58% углекислой соды и 1,5% окиси железа.

2. Чтобы получить более пластичный металл шва при достаточной его прочности, в качестве присадочного металла используется проволока марок Св-08Г, Св-10ГА, Св-10ГС и СВ-10ГСМ по ГОСТу 2246-60.

3. В целях уменьшения перегрева и времени пребывания ванны в расплавленном состоянии сварку следует производить максимально быстро. Увеличение скорости сварки возможно либо при общем предварительном нагреве свариваемого изделия до 300-400° С, либо при местном нагреве в районе сварки до 650-700° С. Мощность пламени при этом берется 75-90 л/ч на 1 мм толщины свариваемой стали.

4. Во избежание получения хрупких структур в околошовной зоне, производят замедление охлаждения (достаточен предварительный подогрев до 200-250° С) или последующий отпуск при 600-650° С.

Все эти мероприятия позволяют получать доброкачественные сварные соединения при содержании углерода в стали до 0,5-0,6%. При большем содержании углерода сварка может быть успешной только при малых сечениях свариваемых деталей.

В ряде случаев вместо сварки можно рекомендовать применение пайки твердыми припоями.

Сварка легированных сталей

Сварочные свойства легированных сталей зависят от их состава, причем различные легирующие добавки влияют в этом отношении различно. Однако в ряде случаев повышение содержания углерода может сказываться сильнее, чем влияние легирующих элементов.

Ниже приводятся основные сведения о легирующих элементах и их влиянии на структуру и свойства сталей, а также общие рекомендации по газовой сварке сталей, легированных одним элементом.

Марганец (Мn) образует с железом растворы, увеличивает область Fe_v, является карбидообразователем. В низколегированных сталях повышает прочностные характеристики при незначительном снижении пластичности; сообщает стали чувствительность к перегреву, склонность к образованию холодных трещин; при сварке испаряется и в некоторой степени окисляется.

При сварке сталей с содержанием Мn 1,2-2% и С около 0,3% основные затруднения появляются в связи с закалкой околошовных зон.

При содержании Мn 10-14% и С 1-1,4% сталь имеет аустенитную и аустенитно-карбидную структуру. Сварку такой стали следует производить после предварительной термической обработки (закалки в воду с температуры 1100° С) пламенем с небольшим избытком ацетилена, используя присадочный металл с меньшим содержанием углерода (около 0,8%) и высоким содержанием Мn (около 14%) и применяя флюсы. При сварке рекомендуется держать сварочную ванну небольших размеров и обеспечивать ускоренное охлаждение (вплоть до помещения свариваемой детали в воду).

Кремний (Si) в растворенном в железе состоянии повышает упругие и прочностные свойства при некотором снижении пластичности; сужает область Fe_y. В условиях сварки легко окисляется; при содержании в стали 1 % и более дает тугоплавкий и вязкий шлак; увеличивает усадку стали и тем самым способствует образованию трещин в швах.

Никель (Ni) при незначительном увеличении прочностных свойств сохраняет пластичность сталей; увеличивает закаливаемость и прокаливаемость; расширяет область Fe_y. При небольшом содержании в стали никель особого ухудшения сварочных свойств не вызывает; при сварке низколегированных сталей приводит к подкалке околошовных зон.

При сварке аустенитных сталей (25% Ni и 0,5% С) следует учитывать повышенную растворимость газов (особенно водорода), в связи с чем нельзя применять пламя с избытком ацетилена.

Хром (Сг) значительно повышает прочностные характеристики, коррозионную стойкость, жаростойкость и жаропрочность сталей; сужает область Fe_v; при большом количестве дает однофазные ферритные стали. Хром понижает теплопроводность сталей, повышает их закаливаемость. Окислы хрома тугоплавки. При сварке сталей с высоким содержанием хрома (6-30%) дополнительно приходится учитывать значительное окисление хрома и применять повышенное содержание ацетилена в пламени (если это допустимо по свойствам сварного шва) или флюсы. При сварке деталей из полумартенситных хромистых сталей (1X13; 2X13) необходимо применять предварительный подогрев до 300-400° С и сразу после сварки до охлаждения деталей термическую обработку в печах при 650-700° С. При сварке ферритных сталей в шве и околошовной зоне получается очень крупнозернистая структура с низкой пластичностью. При этом применяется присадочный металл, аналогичный основному.

Молибден (Мо) измельчает зерно, увеличивает прочностные характеристики, особенно при повышенных температурах, образует стойкие карбиды, уменьшает теплопроводность сталей. Применяется в основном в виде малых добавок (до 0,5-0,6%). В условиях сварки малоактивен. При сварке легированных сталей следует учитывать повышенную закаливаемость околошовных зон.

Ванадий (V) измельчает зерно в сталях, дает устойчивые карбиды, в условиях сварки частично окисляется. При количествах до 0,5-0,8% его влияние на сварочной ванне не сказывается; при содержании >2% (инструментальные стали) окислы ванадия делают шлак густым.

Вольфрам (W) образует прочные карбиды, повышает режущую способность сталей. В связи с летучестью окислов при больших размерах ванны дает пористую наплавку.

Алюминий (А1) легко окисляется и дает тугоплавкие окислы. При сварке сталей со значительным количеством алюминия необходимо применять флюсы на базе фтористых и хлористых солей.

Титан (Ti) при сварке выгорает. При содержании в стали до 1 % ухудшающего влияния не оказывает.

Медь (Си) при содержании более 0,6-0,8% (обычно при отсутствии Ni) способствует образованию межкристаллитных трещин.

В промышленности широко применяются стали, легированные одновременно несколькими элементами. В этих случаях технологию сварки приходится выбирать с учетом влияния каждого элемента в отдельности и их суммарного действия в целом. В качестве примеров рассмотрим технологию сварки двух типовых сложно-легированных сталей.

Газовая сварка применяется для стыкования труб при их монтаже. Регулировка пламени должна быть строго нормальной (B = 1 + 1,1) при мощности V_a = 100б л/ч. В качестве присадочного металла применяется проволока марок Св-18ХМА, Св-12ХМ, Св-12МХ по ГОСТу 2246-60. Диаметр проволоки подбирается по формулам (51) и (52).

Для обеспечения полного провара стыка при толщинах более 3 мм применяется разделка кромок снятием фасок под углом 45°. Первый слой (корень шва) проваривается расплавлением кромок основного металла без присадки или с очень небольшой добавкой присадки (обычно называется «облуживание»). Следующие слои выполняются с присадкой. Сварку выполняют как левым, так и правым способом.

Ванна при сварке должна быть небольших размеров, причем следует избегать перегрева жидкого металла. Поэтому сварку нужно выполнять тонкими слоями (при толщине металла в 6 мм заполнение производится в два слоя, при толщине 12 мм - в пять слоев).

Сборку стыков труб под сварку производят с зазором около 0,5 мм в специальном центрирующем приспособлении. При этом в трех точках ставятся прихватки. Если температура окружающего воздуха ниже нуля, применяется предварительный местный подогрев стыка пламенем горелки до температуры 250-300° С.

Не рекомендуется прерывать процесса сварки до окончания половины окружности стыка. Заделывая конечную ванну, пламя следует отводить постепенно, подогревая ее факелом. При начале сварки с другой стороны стык предварительно нужно прогреть до 250-300° С. Для улучшения структуры и свойств сварного соединения после сварки применяется местная термическая обработка (разъемной электропечью или газовой горелкой), причем ширина обрабатываемой зоны должна не менее чем в пять раз превышать ширину шва (~15δ). Термообработка осуществляется нагревом до 900-930° С. При относительно пониженном содержании углерода достаточен высокий отпуск при температуре 680- 700° С.

Такая технология позволяет получать сварные стыковые соединения, близкие по своим свойствам к основному металлу труб.

Аналогичная технология сварки применяется и для сварки стыков труб из молибденовых сталей 15М и 20М, содержащих 0,4-0,55% Мо и около 0,3% Cr.

Сварка аустенитных хромоникелевых сталей широко используется при изготовлении изделий химической промышленности и др. Высоколегированные хромоникелевые стали аустенитного класса, например Х18Н9Т, Х18Н11Б, Х18Н12М2Т, обладают высокими механическими свойствами, коррозионной стойкостью, жароупорностью и жаропрочностью.

Однако при нагреве нестабилизированных сталей этого типа (т. е. не имеющих в своем составе достаточного количества титана или ниобия) до температуры 500-850° С по границам зерен выпадают карбиды хрома. Такой металл получает склонность к межкристаллитной коррозии. Это свойство усиливается при увеличении в составе стали углерода, хотя даже при содержании углерода 0,024% полностью исключить межкристаллитную коррозию не удается. С этой целью в состав сталей вводят титан (примерно в шесть раз больше, чем углерода) или ниобий (несколько больше, чем титана). Однако титан при газовой сварке почти полностью выгорает, а ниобий увеличивает склонность швов к образованию горячих трещин.

Так как газовая сварка сопровождается более длительным пребыванием металла в области опасных температур, коррозионная стойкость сварных соединений является более низкой по сравнению с выполненными дуговой (особенно аргоно-дуговой) сваркой. Поэтому газовая сварка для хромоникелевых аустенитных сталей имеет ограниченное применение (главным образом для сложных сварных узлов из тонкого листового, штампованного металла и из труб).

Газовая сварка пламенем нормальной регулировки без применения флюсов в связи с большим содержанием хрома в этих сталях приводит к образованию тугоплавких окислов хрома (Сr₂O₃), мешающих процессу сварки. Применение пламени с избытком ацетилена в большинстве случаев недопустимо из-за резкого снижения стойкости швов против межкристаллитной коррозии. Поэтому применяются флюсы, которые наносятся при сварке тонкого металла обычно с обратной стороны шва.

Широкое применение получили флюсы следующего состава:

1) 30% фарфора, 28% мрамора, 20% двуокиси титана, 6% ферросилиция, 10% ферромарганца, 6% ферротитана (флюс наносится в виде пасты, приготовленной на жидком стекле с у = 1,32 г/см 3 );

2) 80% плавикового шпата, 20% ферротитана.

При сварке с флюсами применяется пламя нормальной регулировки. В связи с малой теплопроводностью этих сталей мощность горелки (в л/ч) определяется по формуле (48)

В качестве присадочного металла следует применять проволоку с минимальным содержанием углерода (Св-02Х19Н9 по ГОСТу 2246-70). Проволока при сварке малых толщин берется диаметром примерно равным толщине основного металла.

В связи с большими короблениями при сварке (коэффициент теплового расширения этих сталей в 1,5 раза больше, чем у обычных сталей) при длинных швах рекомендуется применять закрепления и производить сварку обратноступенчатым швом. Сложные узлы следует варить в жестких кондукторах.

С целью улучшения механических свойств и стойкости против межкристаллитной коррозии сварных швов после сварки рекомендуется термообработка (нагрев до 1050-1100° С и быстрое охлаждение при δ = 1-2 мм - на воздухе, при δ > 2 мм - в воде).

Сварочное пламя

Внешний вид, температура и влияние сварочного пламени на расплавленный металл зависят от состава горючей смеси, т. е. соотношения в ней кислорода и ацетилена.

При сгорании ацетилена в воздухе без добавления кислорода образуется пламя желтоватого цвета, имеющее форму длинного факела без светлого ядра. Такое пламя имеет низкую температуру и коптит, выделяя много сажи (несгоревшего углерода), поэтому непригодно для сварки.

Если в пламя прибавлять кислород, оно резко меняет свой цвет и форму, а температура его значительно повышается. Изменяя соотношение кислорода и ацетилена, можно получать три основных вида сварочного пламени (рис. 84, а, б, в): нормальное, называемое также восстановительным; окислительное (с избытком кислорода) и науглероживающее (с избытком ацетилена).

Для сварки большинства металлов применяют нормальное (восстановительное) пламя. Теоретически оно образуется, когда в горелку на один объем ацетилена подается один объем кислорода. Ацетилен тогда сгорает за счет кислорода смеси по реакции

Последующее сгорание происходит за счет кислорода окружающего воздуха по реакции

Окись углерода и водород, образующиеся в пламени при I фазе сгорания, раскисляют металл, восстанавливая имеющиеся в сварочной ванне окислы. При этом металл шва получается без пор, газовых пузырей и включений окислов.

Практически в смесь подают несколько больше кислорода, чем это нужно для получения восстановительного пламени по приведенной выше схеме сгорания. Нормальное восстановительное пламя получается при избытке кислорода в смеси до 30% против теоретического, т. е. при отношении ацетилена и кислорода от 1 : 1 до 1 : 1,3.

Схема образования нормального восстановительного ацетилено-кислородного пламени показана на рис. 85, а. Нормальное пламя имеет ядро, восстановительную зону и факел. У ядра четко очерченная форма, близкая к форме цилиндра с закругленным концом, и ярко светящаяся оболочка из раскаленных частиц углерода, сгорание которых происходит в наружном слое оболочки. Размеры ядра зависят от расхода горючей смеси и скорости ее истечения. Если увеличить давление кислорода в горелке, то скорость истечения смеси увеличится и ядро удлинится. С уменьшением скорости истечения смеси ядро укорачивается. На рис. 85, а внизу приведены длины и диаметры (мм) ядер ацетилено-кислородного пламени, получаемые в мундштуках разных номеров.

Восстановительная зона имеет темный цвет, отличающий ее от ядра и остальной части пламени. Длина этой зоны достигает 20 мм от конца ядра, в зависимости от номера мундштука. Она содержит окись углерода и водород. Восстановительная зона имеет наиболее высокую температуру в точке, отстоящей на расстоянии 2—6 мм от конца ядра. Этой частью пламени нагревают и расплавляют металл в процессе сварки.

Остальная часть пламени за восстановительной зоной называется факелом. Факел содержит углекислый газ, пары воды и азот, которые образуются при сгорании окиси углерода и водорода восстановительной зоны за счет кислорода окружающего воздуха, в состав которого входиг азот. Температура факела значительно ниже температуры восстановительной зоны.

Если увеличить подачу кислорода или уменьшить подачу ацетилена в горелку, то получается окислительное пламя. Оно образуется, когда в смеси на один объем ацетилена приходится более 1,3 объема кислорода. Окислительное пламя характеризуется укороченным, заостренным ядром с менее резкими очертаниями. Температура окислительного пламени выше температуры нормального восстановительного, однако такое пламя может окислять свариваемый металл.

При уменьшении подачи кислорода или увеличении подачи ацетилена получается науглероживающее пламя, которое иногда называют ацетиленистым. Оно образуется при подаче в горелку 0,95 и менее объема кислорода на один объем ацетилена. В ацетиленистом пламени размеры зоны сгорания увеличиваются, ядро теряет резкие очертания, становится расплывчатым, а на конце ядра появляется зеленый венчик, по которому судят об избытке ацетилена. Восстановительная зона светлее, почти сливается с ядром и пламя принимает желтоватую окраску. При большом избытке ацетилена пламя коптит вследствие недостатка кислорода, необходимого для полного сгорания ацетилена.

Избыточный ацетилен в ацетиленистом пламени разлагается на водород и углерод, переходит в расплавленный металл. Температура такого пламени ниже температуры восстановительного пламени. Уменьшая подачу ацетилена в горелку (до полного исчезновения зеленого венчика на конце ядра), ацетиленистое пламя превращают в нормальное.

При регулировании пламени следует обращать внимание на правильность установки давления кислорода и размер ядра пламени. С повышением давления кислорода скорость истечения смеси из мундштука возрастает и пламя становится «жестким», т. е. раздувает металл сварочной ванны и этим затрудняет сварку. При слишком большой скорости истечения смеси пламя может отрываться от мундштука. Если же слишком низкое давление кислорода, пламя становится короче и при приближении конца мундштука к металлу горелка начинает хлопать.

Сварочное пламя должно обладать достаточной тепловой мощностью, т. е. давать количество тепла, необходимое для расплавления свариваемого и присадочного металла и покрытия потерь тепла в окружающую среду. Тепловая мощность пламени определяется расходом ацетилена (дм 3 /ч) в горелке.

При сварке тепловая мощность пламени выбирается в зависимости от толщины, свариваемого металла и его физических свойств. Металл большой толщины и хорошо проводящий тепло требует более мощного сварочного пламени, чем тонкий, менее теплопроводный и более легкоплавкий металл. Изменяя тепловую мощность пламени, можно в широких пределах регулировать скорость нагрева и расплавления металла, что является одним из положительных качеств процесса газовой сварки. Схема и распределение температур для метан-кислородного и пропан-бутан-кислородного пламени показаны на рис, 85, б.

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ГАЗОВОЙ СВАРКЕ

Металлургические процессы при газовой сварке характеризуются: малым объемом^ ванны расплавленного металла; высокой температурой и концентрацией тепла в месте сварки; большой скоростью расплавления и остывания металла; интенсивным перемешиванием металла ванны газовым потоком пламени и присадочной проволокой; химическим взаимодействием расплавленного металла с газами пламени.

При избытке в пламени кислорода происходят реакции окисления железа, марганца, кремния и углерода по уравнениям:

Образующаяся закись железа (FeO) может окислять марганец, кремний и углерод по реакциям:

[Мn] 4- [FeO] = (MnO) + Fe

[Si] + 2 [FeO] = (Si0₂) + 2Fe

Так как окислы МnО и Si0₂ переходят в шлак, то количество раскислителей (марганца и кремния) в металле шва уменьшается. Это приводит к появлению избытка кислорода в наплавленном металле и ухудшению его механических свойств.

При выходе окиси углерода из сварочной ванны происходит кипение и разбрызгивание металла.

Если пламя имеет восстановительный характер, в сварочной ванне будут протекать реакции восстановления, обратные приведенным выше, а именно:

1. Восстановление железа окисью углерода:

2. Восстановление железа водородом:

Водород способен хорошо растворяться в жидком железе. При быстром остывании сварочной ванны он может остаться в шве в виде мелких газовых пузырей. Однако газовая сварка обеспечивает более медленное охлаждение металла по сравнению с дуговой сваркой. Поэтому при газовой сварке углеродистой стали весь водород успевает выделиться из металла шва и последний получается плотным.

Большую опасность водород представляет для сварки меди и латуни, так как может вызвать «водородную болезнь» (растрескивание) меди и пористость шва при сварке латуни.

3. Восстановление железа из его закиси FeO осуществляется марганцем и кремнием по приведенным выше уравнениям 2 и 3.

Если в пламени имеется избыток углерода, то он может переходить в металл и науглероживать его по реакциям:

Свободный углерод образуется в пламени при разложении ацетилена по реакции С₂Н₂ = 2С + Н₂.

При газовой сварке в металле шва происходят структурные изменения. Вследствие более медленного (по сравнению с дуговой сваркой) нагрева зона влияния при газовой сварке получается больше, чем при дуговой.

Читайте также: