Металлургические процессы при сварке в углекислом газе

Обновлено: 20.09.2024

В 1952 г. ЦНИИТМАШ была разработана технология дуговой сварки стали плавящимся электродом в защитной среде углекисло­го газа, что явилось крупным достижением советской сварочной техники, направленным на дальнейшее усовершенствование мето­дов сварки. Дуга образуется между концом голой проволоки, яв­ляющейся плавящимся электродом, и свариваемым изделием; го­рение дуги происходит в атмосфере углекислого газа, который подается в зону сварки по наружному мундштуку и защищает расплавленный металл от кислорода и азота окружающего возду­ха.

Преимущество сварки в среде углекислого газа перед сваркой под флюсом состоит в том, что сварщик может наблюдать за ходом сварки и горением дуги, так как ока не закрыта флюсом; отсутст­вие флюса делает ненужными приспособления для его подачи и от­соса, усложняющие сварочное оборудование; отпадает необходи­мость в последующей очистке швов от шлака и остатков флюса, особенно при многослойной сварке.

Коэффициент наплавки при сварке в среде углекислого газа выше, чем при сварке под флюсом. При сварке током прямой поляр­ности этот коэффициент в 1,5—1,8 раза выше, чем при сварке током обратной полярности. Процесс сварки отличается высокой произ­водительностью, достигающей 18 кг/час наплавленного металла. Скорость сварки достигает 60 м/час. Производительность сварки в среде углекислого газа в 2,5—4 раза выше, чем производитель­ность ручной сварки покрытыми электродами, и в 1,5 раза выше, чем при сварке под флюсом.

Стоимость наплавки 1 кг металла при сварке в среде углекис­лого газа в 2—2,5 раза меньше, чем при ручной сварке, и на 10—20% меньше, чем при автоматической сварке под флюсом.

Сварка в защитной среде углекислого газа сейчас широко при­меняется в промышленности и во многих случаях успешно вытес­няет не только ручную, но даже полуавтоматическую и автоматиче­скую дуговую сварку под флюсом.

Наибольшее применение сварка в среде углекислого газа нашла в судостроении, машиностроении, при сварке трубопроводов, в том числе магистральных, при выполнении монтажных работ, изготов­лении котлов и аппаратуры из теплоустойчивых и легированных сталей, заварке дефектов стального литья и прочих областях про­изводства и строительства.

Главным достоинством процесса сварки в защитной среде угле­кислого газа являются:

1. Высокая степень использования тепла сварочной дуги, вслед­ствие чего обеспечивается и высокая производительность сварку.

2. Высокое качество сварных швов.

3. Возможность сварки в различных пространственных положе­ниях и на монтаже с применением аппаратуры для полуавтомати­ческой и автоматической сварки.

4. Низкая стоимость защитного газа.

5. Возможность сварки металла малых толщин и сварки электро­заклепками.

6. Возможность сварки на весу без подкладок.

Металлургические процессы при сварке в среде углекислого

газа имеют свои особенности, состоящие в следующем.

При высокой температуре дуги молекулы углекислого газа рас­щепляются (диссоциируют) на СО и О по уравнению СО г^СО + - j-О. Образующаяся СО в свою очередь диссоциирует на С и О по уравнению СО~*тС + О. Атомарный кислород О обладает вы­сокой химической активностью и способен окислять все элементы, входящие в состав проволоки и основного металла.

Исследования показали, что температура капель жидкого металла в зоне дуги составляет 2150—2350е, а температура газа 2900°. Температуры же в сварочной ванне ниже и составляют: металла 1700° и газа 2300°. Как известно, чем выше температура, тем реакции окисления идут интенсивнее. Поэтому при сварке в среде углекислого газа в большей степени происходит выгорание (окисление) элементов, содержащихся в электродной проволоке и в меньшей степени — элементов основного' металла. При указан­ном распределении температур большая часть углекислого газа (60%) расщепляется на окись углерода и кислород в зоне дуги и меньшая (15%) — в месте контакта с ванной.

В зоне сварки при указанных условиях протекают следующие реакции окисления элементов и восстановления их из окислов:

2 FeO - f Si ^±12 Fe - f Si02(jK)

FeO - j - Mn Fe - f - МпО (ж)

Выделение газообразной окиси углерода (СО) из жидкого ме­талла вызывает «кипение» сварочной ванны и приводит к образова­нию пор. При сварке в среде углекислого газа пористость шва мо­жет возникнуть в результате: 1) недостаточного содержания эле­ментов — раскислителей (кремния, марганца и др.) в проволоке; 2) присутствия ржавчины и окалины, попадающих с кромок метал­ла и с проволоки в ванну; 3) повышенного содержания влаги в углекислом газе; 4) попадания в зону сварки азота из воздуха при недостаточной защите дуги углекислым газом.

С целью восполнения марганца и кремния в металле шва, умень­шающихся в результате угара, и для подавления реакции окисления углерода при сварке в среде углекислого газа применяют электрод­ную проволоку с повышенным содержанием марганца и кремния. При сварке мало - и среднеуглеродистых сталей присутствие в метал­ле шва кремния более 0,2% и марганца более 0,4% предупреждает образование пор.

На степень окисления углерода, кремния и марганца при свар­ке в среде углекислого газа сильно влияют напряжение и величина сварочного тока, а также диаметр электродной проволоки. С повы­шением напряжения окисление увеличивается, а при возрастании сварочного тока и уменьшении диаметра проволоки (повышении плотности тока)—уменьшается. Сварка на постоянном токе обратной полярности дает меньшее окисление, чем на токе прямой полярно­сти. При сварке проволокой диаметром 0,5—1,2 мм происходит значительно меньшее окисление элементов, чем при сварке проволо­кой диаметром 1,6—2 мм. Поэтому более тонкая проволока, имею­щая низкое содержание кремния и марганца, обеспечивает получе­ние плотных беспористых швов. Плотность тока при сварке в среде углекислого газа должна быть не ниже 80 а/мм2. При этом потери металла на разбрызгивание не превышают 10—15%.

В качестве электрода применяется проволока различных марок по ГОСТ 2246—60 в соответствии с маркой основного металла. Диаметр проволоки может колебаться в пределах 0,5—2,5 мм в зависимости от толщины свариваемого металла и типа сварочного полуавтомата. Поверхность проволоки должна быть чистой, не за­грязненной смазкой, органическими антикоррозийными веществами, ржавчиной, окалиной и пр., повышающими разбрызгивание и по­ристость швов. Иногда проволоку подвергают травлению в 20%-ном растворе серной кислоты с последующей прокалкой в печи при 250—280° в течение 2—2,5 час. Это обеспечивает получение плотного наплавленного металла с минимальным содержанием водорода. Хорошие результаты дает сварка омедненной (покрытой слоем меди) проволокой.

Особенности сварки в углекислом газе и материалы

Преимущества сварки в углекислом газе. Преимущество этого вида сварки перед сваркой под флюсом состоит в том, что сварщик может наблюдать за ходом процесса и горением дуги, которая не закрыта флюсом; не нужны приспособления для подачи и отсоса флюса, усложняющие сварочное оборудование; отпадает необходимость в последующей очистке швов от шлака и остатков флюса, что особенно важно при многослойной сварке.

Основными достоинствами способа сварки в углекислом газе являются:

1. Хорошее использование тепла сварочной дуги, вследствие чего обеспечивается высокая производительность сварки.

3. Возможность сварки в различных пространственных положениях с применением аппаратуры для полуавтоматической и автоматической сварки.

5. Возможность сварки металла малых толщин и сварки электрозаклепками.

6. Возможность сварки на весу без подкладки.

Коэффициент наплавки при сварке в углекислом газе выше, чем при сварке под флюсом. При сварке постоянным током прямой полярности этот коэффициент в 1,5-1,8 раза выше, чем при обратной полярности. Процесс сварки отличается высокой производительностью, достигающей 18 кг/ч наплавленного металла. Скорость сварки достигает 60 м/ч. Производительность сварки в углекислом газе в 1,5-4 раза выше, чем производительность ручной сварки покрытыми электродами, и в 1,5 раза выше, чем при сварке под флюсом.

Стоимость наплавки 1 кг металла при сварке в углекислом газе в 2-2,5 раза меньше, чем при ручной сварке, и на 10-20% меньше, чем при автоматической сварке под флюсом.

Наибольшее применение сварка в углекислом газе нашла в судостроении, в машиностроении, при сварке трубопроводов, в том числе магистральных, при выполнении монтажных работ, изготовлении котлов и аппаратуры из теплоустойчивых и легированных сталей, заварке дефектов стального литья, наплавке и др.

Металлургические процессы при сварке в углекислом газе. При высокой температуре дуги молекулы углекислого газа расщепляются (диссоциируют) на СО и О по реакции СО₂-СО+О. Образующаяся СО в свою очередь диссоциирует на С и О по реакции С0-С + 0. Атомарный кислород (О) обладает высокой химической активностью и способен окислять все элементы, входящие в состав проволоки и основного металла.

Исследования показали, что температура капель жидкого металла в зоне дуги составляет 2150-2350° С, а температура газа - 2900° С. Температуры же в сварочной ванне ниже и составляют: металла 1700° С и газа 2300° С. Как известно, чем выше температура, тем реакции окисления идут интенсивнее. Поэтому при сварке в углекислом газе в большей степени происходит выгорание (окисление) элементов, содержащихся в электродной проволоке, и в меньшей степени - элементов основного металла. При таком распределении температур большая часть углекислого газа (60%) расщепляется на окись углерода и кислород в зоне дуги и меньшая (15%) - в месте контакта с ванной.

При указанных условиях в зоне сварки протекают следующие реакции окисления элементов и восстановления их из окислов:

Выделение газообразной окиси углерода (СО) из жидкого металла вызывает «кипение» сварочной ванны и приводит к образованию пор. При сварке в углекислом газе пористость шва может возникнуть в результате: 1) недостатка элементов — раскислителей (кремния, марганца и др.) в проволоке; 2) присутствия ржавчины и окалины, попадающих с кромок металла и проволоки в ванну; 3) повышенного содержания влаги в углекислом газе; 4) попадания в зону сварки азота из воздуха при недостаточной защите дуги углекислым газом.

Для повышения количества марганца и кремния в металле шва, уменьшающихся в результате угара, и подавления реакции окисления углерода при сварке в углекислом газе применяют электродную проволоку с повышенным содержанием марганца и кремния. При сварке низко- и среднеуглеродистых сталей содержание в металле шва кремния более 0,2% и марганца более 0,4% предупреждает образование пор.

На степень окисления углерода, кремния и марганца при сварке в углекислом газе влияют: напряжение, величина и полярность сварочного тока, а также диаметр электродной проволоки. С повышением напряжения окисление увеличивается, а при возрастании сварочного тока и уменьшении диаметра проволоки (повышении плотности тока) — уменьшается. Сварка на постоянном токе обратной полярности дает меньшее окисление, чем на токе прямой полярности. При сварке проволокой диаметром 0,5—1,2 мм происходит значительно меньшее окисление элементов, чем при сварке проволокой диаметром 1,6—2 мм. Поэтому более тонкая проволока, имеющая низкое содержание кремния и марганца, обеспечивает получение плотных беспористых швов. Плотность тока при сварке в углекислом газе должна быть не ниже 80 а/мм 2 . При этом потери металла на разбрызгивание не превышают 10—15%.

Применяемые материалы

Сварочная проволока. В качестве электрода применяют проволоку марок Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-12ГС и др. по ГОСТ 2246—60 в соответствии с маркой основного металла, имеющую повышенное содержание марганца и кремния. Диаметр проволоки берут в пределах 0,5—2,5 мм в зависимости от толщины свариваемого металла и типа сварочного полуавтомата. Поверхность проволоки должна быть чистой, не загрязненной смазкой, органическими антикоррозионными веществами, ржавчиной, окалиной и др., повышающими разбрызгивание металла и вызывающими пористость шва. Иногда проволоку подвергают травлению в 20%-ном растворе серной кислоты с последующей прокалкой в печи при 250-280° С в течение 2-2,5 ч. Это обеспечивает получение плотного наплавленного металла с минимальным содержанием водорода. Хорошие результаты дает сварка омедненной проволокой.

На Харьковском тракторосборочном заводе успешно применяют способ подготовки проволоки, предложенный Ю. И. Нихинсоном и Л. Ф. Тесленко - травление 5-10 мин в 10—20%-ном водном растворе соляной кислоты, промывка в холодной воде и пассивирование в смеси водных растворов 5—15% нитрита натрия (NaN0₂) и 1% кальцинированной соды (Na₂C0₃) в течение 10-15 мин. После пассивирования проволока долго сохраняется. Кроме того, повышается стабильность горения дуги, уменьшается порообразование и расход углекислого газа.

Углекислый газ. Углекислый газ бесцветен, неядовит. При давлении 760 мм рт. ст. плотность углекислого газа 1,98 кг/м 3 . При температуре 31° С и давлении 75,3 кгс/см 2 углекислый газ сжижается. Давление сжижения уменьшается при понижении температуры. При минус 78,5° С углекислый газ переходит в жидкость при атмосферном давлении (760 мм рт. ст.). Испарение 1 кг жидкой углекислоты дает 505 дм 3 углекислого газа (при 0° и 760 мм рт. ст.). Хранят и транспортируют углекислый газ в стальных баллонах под давлением 60-70 кгс/см 2 . Баллоны окрашены в черный цвет и имеют надпись желтого цвета «Углекислота». В стандартный баллон емкостью 40 дм 3 вмещается 25 кг жидкой углекислоты, которые при испарении дают 12 625 дм 3 газа. Жидкая кислота занимает 60-80% объема баллона, остальной объем заполнен газом.

Углекислый газ, применяемый для сварки, должен быть сухим и иметь концентрацию не ниже 98% С0₂, а для сварки ответственных конструкций — не менее 99% СО₂. Пищевой углекислый газ, выпускаемый по ГОСТ 8050-64, содержит: не менее 98,5% С0₂ и не более 0,1% свободной влаги. В нем может содержаться также вода, растворенная в сжиженном С0₂, поэтому при сварке пищевой углекислый газ предварительно пропускают через патрон, заполненный обезвоженным медным купоросом или через силика-гелевый осушитель.

Если углекислый газ содержит влагу, то шов получается пористым, а наплавленный металл менее пластичным.

При использовании неосушенного углекислого газа баллон перед началом сварки нужно поставить на 15—20 мин в вертикальное положение, чтобы влага осела на дно. Первые порции углекислого газа, содержащие наибольшее количество примесей (преимущественно азота), выпускают наружу и затем начинают сварку. Отбор газа заканчивают при остаточном давлении его в баллоне около 4 кгс/см 2 , так как последние порции неосушенного газа будут содержать много влаги.

При расходе газа свыше 20 дм 3 /мин возможно вымерзание влаги в каналах редуктора вследствие охлаждения газа, происходящего при понижении его давления в момент прохождения через клапан редуктора, и закупорка последнего льдом. Для предупреждения этого явления газ отбирают из нескольких баллонов, включенных параллельно, или предварительно подогревают газ перед редуктором. Для подогрева газа используют электрические подогреватели, питаемые током напряжением 36 в. Для сварки выпускается сварочный углекислый газ по ГОСТ 8050-64, отвечающий следующим техническим требованиям:

Характеристики	I сорт	II сорт
Содержание двуокиси углерода, % по объему, не менее	99,5	99,0
Содержание водяных паров в углекислом газе: при нормальных условиях (давлении 760 мм рт. ст., температуре °C), г/м 3 , не более точка россы, °С, не выше	0,178 -34	0,515 -24

В отличие от пищевого и технического углекислого газа сварочный углекислый газ испытывается на содержание СО₂ и влаги путем отбора проб из вертикально стоящего баллона (из газовой фазы); при этом влажность определяется конденсационным гигрометром НИИГС.

Сварочным углекислым газом не разрешается наполнять баллоны из-под пищевого и технического газа. Баллоны должны иметь надпись «С0₂ сварочный».

При количестве сварочных постов более 20 целесообразно осуществлять централизованное питание их углекислым газом, подаваемым по трубопроводу от рампы баллонов или от газификационной установки. При полуавтоматической сварке проволокой диаметром 1 -1,4 мм и диаметре выходного отверстия сопла 15 мм для надежной защиты зоны горения дуги требуется 400-600 дм 3 /ч углекислого газа, если проволока диаметром 2 мм, а сопло диаметром 25 мм- 1200-1500 дм 3 /ч. Увеличение расхода газа выше этих пределов не улучшает защиту ванны и дуги, но приводит к перерасходу газа, ухудшению процесса сварки и формирования металла шва. Практически при сварке проволокой 1 -1,4 мм током 120-250 а расход газа можно принимать равным 1,2 кг/ч или 0,8 кг на 1 кг наплавленного металла. При сварке проволокой 2 мм расход газа составит 0,6 кг/ч наплавленного металла. Для снижения расхода углекислого газа необходимо давление в магистрали поддерживать минимальным, порядка 0,4-0,6 кгс/см 2 , соответственно количеству работающих постов, регулируя его так, чтобы расход газов на один пост не превышал указанных выше пределов. Сварочные посты следует оборудовать электромагнитными клапанами, позволяющими отключать подачу газа через 2-3 сек после гашения дуги и вновь включать ее за 0,5-1 сек перед возбуждением дуги. Такие же клапаны целесообразно ставить и при питании газом из баллонов. Применение расходомеров для газа обязательно. Все эти мероприятия обеспечивают экономию углекислого газа при сварке.

Автор: Администрация

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

Особенности процесса сварки в среде углекислого газа

Условия существования сварочной дуги при сварке в среде углекислого газа в значительной степени зависят от характера переноса металла через нее. Характер переноса металла оказывает влияние на технологические и металлургические показатели сварочного процесса. Различают несколько основных форм переноса металла: крупно- или мелкокапельный с короткими замыканиями дугового промежутка, капельный без коротких замыканий, струйный мелкокапельный, парами металла. Последняя форма сопутствует всем основным формам. Ток и его плотность оказывают влияние на размер капель. При увеличении плотности тока уменьшаются размеры капель. При крупнокапельном переносе наблюдаются резкие колебания длины дуги и частые ее замыкания. С увеличением плотности тока (более 150-220 А/мм 2 ) наблюдается струйное стекание металла в зону дуги и перенос осуществляется мелкими каплями. С ростом напряжения дуги увеличивается размер капель и уменьшается их число. Крупные капли находятся более длительное время в контакте с газами плазмы дуги, что приводит к окислению металла и выгоранию содержащихся в нем примесей, поэтому на практике стремятся применять сварочные режимы, обеспечивающие мелкокапельный перенос металла.

При сварке в среде углекислого газа все наблюдаемые явления можно проследить в ряде сходных циклов. Для каждого цикла Т характерны изменения тока и напряжения на дуге (рис. 78), которые соответствуют отдельным фазам перехода капли электродного металла в ванну.

После зажигания дуги тепло интенсивно расплавляет проволоку и вызывает образование капли на конце электрода. Электрод, оплавляясь, образует дуговой промежуток, длина которого зависит от установленного напряжения. Объем капли увеличивается без существенного изменения длины дугового промежутка. Этот процесс длится на протяжении горения дуги t₁. Так как скорость подачи электродной проволоки сохраняется постоянной, то электрод с каплей металла приближается к ванне и замыкает дуговой промежуток. После замыкания дугового промежутка капля переходит в ванну. При этом дуга гаснет, ток короткого замыкания возрастает до величины I_mаx, напряжение падает. Время горения дуги t₁ существенно влияет на химический состав металла шва, а величины t₂, t₃ и I_min характеризуют в основном свойство источника питания и его способность обеспечить устойчивость процесса сварки. Ток короткого замыкания оказывает сжимающее действие на каплю металла, ускоряя переход ее в ванну за счет аксиального усилия. Разрыв перемычки происходит со взрывом, напряжение мгновенно возрастает до значения, превосходящего установленное напряжение сварки, и дуга зажигается. В дальнейшем весь сварочный цикл повторяется.

Углекислый газ, обеспечивающий защиту сварочной ванны от воздействия воздуха, является вместе с тем окислительной средой, диссоциирующей в зоне высоких температур по следующей реакции: СО₂↔СО + 1/2О₂ - Q. Расход энергии на диссоциацию газа Q составляет 20-25 % от общих затрат энергии в дуге.

При высоких температурах, развивающихся в столбе дуги, углекислый газ полностью диссоциирует (рис. 79). В зонах более низкой температуры идет процесс рекомбинации молекул СО и СОг, сопровождающийся выделением тепла. В результате особенностей физико-химических процессов, протекающих при сварке в среде углекислого газа, достигается меньшая сосредоточенность теплового потока по сравнению с дугой, горящей в аргоне.

Газовая защита дуги, горящей в С0₂, имеет более окислительный характер (33% 0₂), чем на воздухе (21 % О₂). Поэтому, несмотря на надежную защиту сварочной зоны от азота воздуха, возникает необходимость предотвращения окисления сварочной ванны и выгорания углерода, кремния, марганца и других легирующих элементов, которые наблюдаются при сварке проволокой типа Св-08.

Окисление железа в области высоких температур может происходить двумя путями: непосредственно углекислым газом и кислородом, образующимся в результате диссоциации, а также случайно попавшим в зону сварки:

Образовавшаяся закись железа, находящаяся в жидком металле в растворенном состоянии, реагирует с элементами и образует с ними шлаки и газы

При сварке в среде углекислого газа в швах могут появляться поры в следующих случаях: при наличии ржавчины или большого количества окалины на свариваемых поверхностях, от чрезмерной влажности углекислого газа и свариваемых поверхностей, при недостаточной защите зоны сварки от воздуха (малый расход углекислого газа, большие зазоры между свариваемыми кромками), при повышенном содержании азота в углекислом газе, при недостаточном содержании элементов-раскислителей в свариваемом и присадочном металлах. Содержание азота и водорода в наплавленном металле находится в прямой зависимости от содержания этих газов в дуговом пространстве.

Одной из главных причин, вызывающих образование пор в металле шва, является выгорание углерода и выделение его окиси из металла в процессе кристаллизации: [С] + [FeO]↔CO+ +[Fe]. Для подавления порообразования при сварке в среде С0₂ в сварочную ванну вводят раскислители либо через сварочную проволоку, либо через специальный защитно-легирующий флюс.

Для сварки малоуглеродистых и низколегированных сталей применяют электродные проволоки, содержащие марганец и кремний Св-08ГСА и Св-08Г2СА. При сварке кремнемарганцовистой проволокой малоуглеродистых и низколегированных сталей в некоторых случаях возможно образование шлака (МnО; SiO₂), что может вызвать увеличенное количество дисперсных неметаллических включений размером 5-15 мкм, снижающих пластические свойства металла шва. Для снижения силикатных включений в шве требуется выдерживать определенное соотношение между количеством марганца и кремния, при котором обеспечивается образование жидких шлаков (T_пл = 1600°С) и всплытие их на поверхность шва.

На рис. 80 приведена диаграмма распределения твердых и жидких продуктов раскисления, легированных марганцем и кремнием (Т=1600°С), а швах при сварке малоуглеродистой стали проволоками Св-08ГСА и Св-08Г2СА. Для швов I, III, IV при соотношении Mn/Si>3 достигается получение жидких шлаков, всплывающих на поверхность шва, и отсутствие силикатных включений в металле шва. Механические свойства сварных соединений, выполненных в среде углекислого газа, не уступают свойствам соединений, выполненных под флюсом.

Металлургические процессы при сварке сталей в струе СО2

Углекислый газ СО2 обладает молекулярной массой 44 и плот­ностью 1,96 кг/м3, поэтому он хорошо вытесняет воздух, плот­ность которого ниже (1,29 кг/м3). Поставляют углекислый газ в баллонах или контейнерах, где он находится в жидком состоянии, так как переход из жидкого в газообразное состояние происходит

при следующих критических параметрах газа: Гкр = 304 К, /?кр = = 7,887 МПа.

Для сварки применяют углекислый газ с пониженным содер­жанием вредных примесей - кислорода, азота, оксида углерода, влаги - в соответствии с ГОСТ 8050-74, т. е. отличающийся от пищевого СО2.

Углекислый газ в области высоких температур диссоциирует на СО и О2. На этот процесс расходуется часть тепловой энергии Q дугового разряда:

Рост константы равновесия процесса диссоциации при повы­шении температуры следует из рис. 9.3.

В условиях высоких и быстроменяющихся температур при

сварке состав продуктов диссоциации СО2 в разных точках дуго­вого разряда будет изменяться.

На рис. 10.12 приведена схема­тическая диаграмма распреде­ления температуры и концен­траций газов вдоль оси сварного шва при движении сварочной головки с постоянной скоро­стью VCB.

В точке О на оси столба дуги происходят резкое повышение температуры и диссоциация СО2. С каплями электродного металла, проходящими через

дуговой промежуток, будет со - Рис 1012 Изменение

прикасаться атмосфера, состоя - рЫ и концентрации СО, СО2 и Ог щая из 66,6 % СО и 33,3 % О2. при сварке в углекислом газе

Поэтому СО2 называют активным защитным газом. Он защищает зону дуги от компонентов воздуха и прежде всего от азота и водо­рода. Но в то же время большая концентрация СО будет тормозить

этот процесс и, кроме того, задерживать окисление углерода стали

(находящегося в соединении РезС), сдвигая реакцию влево:

[Fe3C] + [FeO]4Fe + CC>T. (10.17)

Однако чтобы предотвратить окисление металла значительным количеством кислорода, образующегося в атмосфере дуги, необхо­дим дополнительный ввод в сварочную проволоку раскислителей. Обычно применяют кремний (около 1 %) и марганец (около 2 %). Поэтому для сварки низкоуглеродистых сталей применяют специ­альные сварочные проволоки (Св-08ГС, Св-08Г2С). При сварке легированных сталей необходимо использовать специальные сва­рочные проволоки Св-08ХЗГ2СМ, Св-10ХГ2СМА, Св-08Г2СДЮ, также содержащие раскислители (марганец и кремний), которые предохраняют от окисления легирующие элементы, входящие в со­став стали и сварочной проволоки. Раскисляющие добавки, содер­жащиеся в каплях электродного металла, растворяются в жидком

металле сварочной ванны и задерживают окисление железа и рас­

творенных в нем элементов. Диссоциация содержащихся в СО2 паров воды

тоже будет тормозиться вследствие высокого парциального давле­ния кислорода, полученного при диссоциации СО2.

На участках, удаленных от оси столба дуги, будет происходить догорание окиси углерода, т. е. рекомбинация молекул СО с боль­шим выделением тепловой энергии, которая раньше расходовалась на диссоциацию газа (около 30 % электрической мощности дуги):

2СО + 02 2С02 + Q. (10.19)

Выделение теплоты при обратном процессе на периферийных участках дугового разряда увеличивает глубину проплавления и

ширину шва. По сравнению с дугой, горящей в аргоне, при дуго­вой сварке в СО2 проплавление увеличивается, а ширина шва уменьшается, и это приходится учитывать технологам.

Газовая атмосфера на участках, удаленных от оси столба дуги,

будет обогащаться СО2 и водородом, образовавшимся при диссо­циации паров воды. Взаимодействуя с СО2, Н2 будет связываться в молекулы Н2О:

Н2 + С02 Н20 + СО. (10.20)

Таким образом, при сварке в струе углекислого газа металл по­глощает водород в меньших количествах, чем при других видах сварки. В среднем при сварке низкоуглеродистых, низколегиро­ванных сталей в струе СО2 содержание водорода в наплавленном

металле колеблется от 0,5 до 2 • 10 5 м3/кг.

При вводе Si и Мп в сварочную проволоку атмосфера будет по-прежнему окислительной, но эти элементы, попадая в свароч­ную ванну, будут связывать кислород, растворенный в металле, т. е. раскислять металл шва:

[FeO] + [Мп] +±Fe + (MnO)t; (10.21)

2[FeO] + [Si] 2Fe + (Si02)t. (10.22)

В хвостовой части сварочной ванны шлак всплывает на по­верхность металла, но обычно его недостаточно, чтобы создать сплошной защитный слой на поверхности шва. Металл, наплав­ленный при сварке в струе СО2, чище (содержит меньше шлако­вых включений), и поэтому его пластические свойства несколько выше, чем при сварке под слоем флюса. Главный недостаток свар­ки в струе СО2 - разбрызгивание металла электрода (до 12 %). Его

сводят к минимуму, добавляя 3 % кислорода к СО2. Это позволяет перейти к струйному переносу металла электрода. В качестве ак­тивного защитного газа в отдельных случаях можно применять также перегретый водяной пар, который вытесняет из зоны столба дуги азот и кислород атмосферы (JI. C. Сапиро). Однако при взаи­модействии пара с жидким металлом будет выделяться большое количество водорода:

Н20 + Fe -> [FeO] + H2;

Это приводит к образованию пор, а в легированных сталях - и к образованию холодных трещин.

Читайте также:

  
• Какая полярность при сварке алюминия
  
• Сварка алюминия мма инвертором
  
• Переделка сварочного полуавтомата на еврорукав
  
• Работа мастер сварочных работ мастер
  
• Для чего нужна сварка в производстве