Укажите основные причины появления пор при сварке под флюсом

Обновлено: 18.05.2024

Автоматизация процесса сварки не исключает возможности образования сварочных дефектов. Причем эти дефекты сходны с теми, которые встречаются при ручных способах сварки. Поверхностные дефекты обнаруживаются достаточно легко, а такие, как шлаковые включения, несплавления или внутренние поры, могут быть выявлены только радиографическим или ультразвуковым контролем сварного соединения. Строгое соблюдение отработанных технологических параметров сборки и сварки является основным условием получения бездефектного сварного соединения. К основным сварочным дефектам относятся:

Непровар корня шва
Горячие трещины
Усадочные трещины
Поверхностные поры
Внутренние поры
Шлаковые включения
Подрезы
Несплавления

Непровар корня шва

Непровар корня шва характеризуется неполным проплавлением поперечного сечения сварного стыка. На рентгеновском снимке он выглядит как прямая линия. При автоматической сварке под флюсом глубина проплавления является очень важным фактором, и если она недостаточна, то образуется корневой дефект, называемый непроваром.

Если при двухсторонней сварке корневые проходы не перекрывают друг друга образуя непровар, то причинами этого могут являться либо излишне большое притупление корня шва, либо недостаточный углол раскрытия разделки. Другими причинами возникновения непроваров могут являться низкий сварочный ток, высокая скорость сварки или смещение дуги в сторону от линии стыка.

Изменение величины сварочного тока оказывает наибольшее влияние на глубину проплавления сварного шва.

Горячие и усадочные трещины

Обычно горячие трещины образуются по центру шва и распространяются в прямолинейном направлении вдоль линии движения сварочной головки. Горячие трещины могут образовываться как в стыковых, так и угловых швах.

Горячие трещины образуются при температуре около 1200°С, и являются следствием образования ликваций в процессе кристаллизации сварочной ванны. Ближе к центру шва концентрация углерода и серы повышается, а высокая температура приводит к значительному снижению прочностных свойств металла. В итоге, причиной образования горячих трещин при автоматической сварке является перемещение в результате термической усадки свариваемых кромок со скоростью, превышающей критическую, в сочетании с образованием легкоплавких сульфидов и карбидов. Усадочные трещины также являются следствием образования ликваций. Они могут образовываться при неоптимальной форме шва, когда отношение ширины шва к глубине проплавления меньше 1,0. Особенно опасны швы с «ножевым» проплавлением, внутри которых можно обнаружить усадочные трещины или раковины, выявляемые только рентгеном или УЗ-контролем.

Вероятность образования горячих трещин можно снизить, если заставить сварочную ванну кристаллизоваться от корня шва, чтобы первичные кристаллы начинали расти снизу вверх, другими словами, при сварке на охлаждаемой подкладке.

При сварке толстостенных изделий причиной образования горячих трещин при выполнении корневого прохода может являться слишком высокая скорость охлаждения зоны сварки. Для борьбы с этим явлением можно использовать предварительный подогрев.

Поверхностные поры

Причиной образования поверхностных пор могут являться посторонние включения во флюсе, ржавчина на электродной проволоке, следы смазки, краски или жира на свариваемых кромках и водород из влаги, которая была поглощена флюсом. Пористость образуют газы, которые не успевают покинуть сварочную ванну и остаются в шве в момент затвердевания расплавленного металла. Поры, покидающие сварочную ванну, но попавшие под уже затвердевший шлак, образуют так называемые поверхностные поры. Они скапливаются у центра наплавленного валика и образуют цепочку точечных дефектов на поверхности шва. С данными дефектами можно бороться за счет уменьшения скорости сварки, однако свариваемые кромки все равно должны быть чистыми, а толстостенные свариваемые заготовки предварительно подогреты.

К другим поверхностным дефектам шва, вызываемым газами не успевшими покинуть кристаллизующийся металл до затвердевания шлаковой корки, относятся оспины (pockmark), вмятины и свищи.

Внутренние поры

Внутренние поры выявить визуальными методами контроля поверхности шва невозможно. Данные дефекты представляют собой газовые полости оставшиеся в закристаллизовавшемся металле шва. Существуют два основных механизма образования внутренних пор. При одном из них, причиной образования данных дефектов является недостаточное перекрытие между собой по линии стыка корневых проходов при двухсторонней сварке. При этом воздуху, находящемуся в линии стыка, не хватает времени, чтобы всплыть, и они образует цепочку пор в зоне корня шва. Вторым источником газов могут являться остатки шлака от предыдущего прохода, которые недостаточно тщательно были удалены перед наплавкой очередного валика.

Шлаковые включения

Шлаковые включения являются достаточно типичными дефектами для дуговой сварки под флюсом, однако, при однопроходной сварке вероятность их образования крайне мала. В основном данные дефекты характерны для многопроходной сварки, когда остатки шлака от предыдущего прохода остаются в сварном шве. Поэтому контроль качества удаления шлака является весьма важной составляющей получения качественного шва.

Подрезы

Образование подрезов обусловлено излишне высоким напряжением на дуге по отношению к выбранной скорости подачи проволоки. Подрез представляет собой небольшую канавку, располагающуюся по линии сплавления сварочного валика. Данный дефект устраняется уменьшением напряжения на дуге до оптимального значения, либо за счет снижения скорости сварки.

Прочие дефекты

Если величина сварочного тока превышает значения, рекомендуемые для данного диаметра проволоки, дуга начинает прорываться сквозь шлаковую корку, и как результат, поверхность наплавленного валика формируется неровной, с грубой чешуйчатостью. Сварочный ток является функцией скорости подачи проволоки. Высокий ток означает, что скорость подачи проволоки является высокой. Исходя из выбранного диаметра проволоки, также устанавливается и требуемое напряжение на дуге. Если для выбранного сварочного тока напряжение на дуге окажется недостаточным, то результатом такого соотношения будет нестабильная дуга.

Дефекты сварки. Дуговая сварка под флюсом

Поры при сварке под флюсом

При сварке под флюсом поры обычно вызывает водород и СО. Влияние азота значительно ниже, чем при других способах сварки. Это связано с надежной защитой расплавленного металла и малой вероятностью попадания азота из атмосферы в зону сварки.

Поры от азота могут образовываться лишь при сварке микроле- гированных сталей, использующих нитридное упрочнение (14Г2АФ, 18Г2АФ и др.), а также сталей, подвергающихся при заготовительных операциях плазменной резке.

Поры от СО образуются обычно при недостаточном количестве раскислителсй в металле сварочной ванны. Образующийся избыток кислорода, соединяясь с углеродом, может вызвать появление пор. Для подавления реакции окисления углерода в жидкой ванне должно быть не менее 0,2 % кремния. Следует отметить, что окисление углерода интенсивно идет при высоких температурах. К моменту кристаллизации углерод выгорает, в связи с чем вероятность образования пор от СО относительно невелика. Известно, что при пониженной температуре ванны в зоне кристаллизации протекает реакция раскисления:

При недостатке раскислителей остается свободный кислород, который вступает в реакцию с углеродом

Основным газом, приводящим к образованию пор, является водород. Он попадает в расплавленный металл через влажный флюс или загрязнения и ржавчину на свариваемых кромках.

Влага во флюсе может находиться в нескольких видах:

? свободная;
? адсорбционная, обладающая определенной энергией связи с поверхностью частиц флюса;
? кристаллизационная, входящая в структуру кристаллов;
? конституционная, входящая в состав химических соединений — гидроксидов металла Ме(ОН)2;
? циолитная, содержащаяся в ионных кристаллах.

Для удаления каждого вида влаги необходимо затратить различную энергию в зависимости от силы ее связей с твердым веществом.

Растворение воды в плавленых флюсах начинается еще в процессе их плавки. Кроме того, они находятся в тесном контакте с водой при мокрой грануляции расплава, в процессе дальнейшей сушки и прокалки, а также при хранении в разгерметизированной таре, когда влага из воздуха конденсируется на поверхности частиц флюса.

Температура расплава флюса перед сливом в бассейн при мокрой грануляции находится в пределах 1200. 1600 °С, поэтому вокруг частиц образуется паровая рубашка с высоким давлением пара. В дополнение к этому сварочные флюсы обычно содержат фтористый кальций, который при температуре более 1000 °С активно взаимодействует с парами воды. В результате образуются летучие фторосодержащие соединения, а выделяющийся при этом кальций может реагировать с водой, образуя гидроксил.

Таким образом, в процессе изготовления зерна сварочных флюсов обогащаются влагой. Для уменьшения содержания влаги в процессе изготовления плавленых флюсов необходимо соблюдать следующие условия:

? сокращать время хранения флюса в мокром состоянии после мокрой грануляции;

371
? производить просушку флюсов во вращающихся сушилках;
? процессу прокалки должна предшествовать сушка при температуре 100. 400 °С;
? температура прокалки флюсов должна быть тем выше, чем больше основность флюса.

В первом приближении для практических целей температуру прокалки флюсов можно определить по номограмме, приведенной на рис. 6.23. Основность флюса В вычисляется по формуле

Металлургические способы уменьшения содержания водорода в шве соответствуют принципам, изложенным в п. 5.2.2.

По этому пути идет борьба с пористостью в широко известном флюсе ОСЦ-45, имеющем наиболее высокое содержание CaF2 среди флюсов, рекомендованных для сварки низкоуглеродистых сталей. Однако вследствие вредности газа SiF₄ флюс ОСЦ-45 не рекомендуется применять при сварке в замкнутых емкостях (например,

Рис. 6.23. Зависимость температуры прокалки флюсов от индекса основности В (рекомендованная область заштрихована)

внутри цистерн). В дополнение к этому из-за фтора снижается устойчивость горения дуги.

Возможно связывание водорода в гидроксил. Фтороводород и гидроксил — достаточно прочные соединения, диссоциирующие с образованием водорода в значительно меньшей степени, чем пары воды.

Способствует снижению содержания водорода в жидком металле и повышенный окислительный потенциал сварочной ванны. На рис. 6.24 показано влияние оксида марганца на пористость металла. В качестве критерия пористости принято количество ржавчины на кромках, при котором начинают образовываться поры.

Как отмечалось ранее, вероятность образования пор резко возрастает, если сварке подвергаются механически не обработанные кромки после плазменной резки. При использовании в качестве плазмообразующей среды воздуха (что бывает наиболее часто) разрезаемые кромки интенсивно насыщаются азотом. На рис. 6.25 приведено распределение азота в глубину кромки от поверхности реза при воздушно-плазменной резке стали СтЗ толщиной 9 мм.

Рис. 6.24. Влияние концентрации оксида марганца во флюсах с постоянной основностью на восприимчивость сварочной ванны к ржавчине

Рис. 6.25. Распределение азота в глубину кромки от поверхности реза (плазмообразующая среда — воздух, сталь ВСтЗсп толщиной 9 мм)

Из графика видно, что содержание азота на поверхности кромок может достигать очень высоких значений (до 10 %) и резко падает при удалении от кромок.

Неравномерно распределение азота и по высоте кромок (рис. 6.26). В наибольшей степени азотом насыщается нижняя часть кромок. Особенно заметно это для малых толщин разрезаемого металла, что необходимо учитывать при выборе технологии плазменной резки при заготовительных операциях под сварку.

Насыщенность кромок азотом при сварке приводит к его попаданию в сварочную ванну и увеличению вероятности образования пор в сварных швах. Причем сварка под флюсом к ним наиболее чувствительна. На рис. 6.27 показана зависимость пористости от скорости сварки под флюсом (исследования проведены для различных плазмообразующих сред). Из графиков видно, что максимальная пористость наблюдается при использовании в качестве плазмообразующих газов азота и воздуха. Добавка к азоту водорода снижает пористость. Минимальная пористость обеспечивается при кислородосодержащих плазмообразующих средах.

Рис. 6.26. Распределение азота на поверхности реза в направлении от нижней кромки к верхней в зависимости от состава сталей (плазмообразующий газ — воздух):

1 — ВСтЗсп, 9 мм; 2 — ВСтЗсп, 16 мм; 3 — 09Г2, 12 мм; 4 — 10ХСНД, 8 мм

Рис. 6.27. Зависимость порообразования в сварных швах, выполненных под флюсом по кромкам плазменного реза, от скорости сварки (сталь ВСтЗсп толщиной 8 мм); плазмообразующая среда:

1 — воздух; 2 — кислород; 3 — азот; 4 — азот (80 %) + водород (20 %)

Влияние скорости сварки па порообразование неоднозначно. При увеличении скорости сварки до 50. 70 м/ч пористость растет, что связано с уменьшением времени существования расплавленной ванны и ухудшением условий ее дегазации. Затем при очень больших скоростях сварки пористость снижается, что объясняется уменьшением глубины проплавления и ширины шва.

При пакетной плазменной резке и последующей сварке минимальное количество пор наблюдается при сварке верхнего листа пакета, максимальное — нижнего.

Существенно уменьшить количество пор позволяет механическая обработка разрезанных плазмой кромок даже при небольшой глубине обработки. Уменьшает порообразование и предварительный подогрев кромок, однако для полной дегазации температура подогрева должна быть очень высокой — 800. 1000 °С. Такой подогрев может обеспечиваться при выполнении многослойных швов. Иногда для выполнения подогрева накладывают «беглый» сварной шов в среде С0₂.

Рис. 6.28. Стойкость флюсов к образованию пор от азота

Уменьшить вероятность образования пор позволяет добавка водорода или воды к плазмообразующему газу. Вода в столбе дуги диссоциирует па водород и кислород, частично испаряется, создавая избыточное давление в зоне реза. За счет пара и водяной завесы уменьшается возможность проникновения дополнительных порций азота из атмосферы в полость реза.

Для подавления пористости, вызванной азотом, большое значение имеет марка применяемого при сварке флюса. Наибольшую стойкость обеспечивает флюс АН-60, несколько меньшую — АН-65, остальные изученные флюсы по этому показателю примерно одинаковы (рис. 6.28). Объясняется это пензовидным строением флюса АН-60 и образованием при сварке летучих фто- ридных соединений.

Поры при сварке в защитных газах

При сварке в защитных газах, как и при сварке покрытыми электродами, основными газами, вызывающими появление пор, являются водород, азот и СО. Однако в данном случае существует ряд особенностей:

? отсутствие шлаковой защиты увеличивает вероятность попадания азота из атмосферы в зону сварки;
? в связи с отсутствием покрытия возможности введения в дугу элементов, реализующих металлургические меры борьбы с пористостью, весьма ограничены;
? при сварке в защитных газах, как правило, более вязкая сварочная ванна и большие скорости кристаллизации металла.

Эти факторы увеличивают вероятность образования пор. Однако, с другой стороны, путей попадания газов в зону дуги здесь меньше, так как отсутствует покрытие электрода — основной поставщик в дугу водорода. Поэтому в общем случае можно с определенными оговорками считать, что при сварке неплавящимся электродом в среде аргона вероятность образования пор выше, чем при сварке покрытыми электродами, а при сварке в С0₂ — несколько ниже.

На образование повлияют: нарушение газовой защиты, повышенная влажность защитного газа, его состав, наличие ржавчины и загрязнений па основном и присадочном металле, повышенное содержание газов в свариваемых кромках. Рассмотрим основные факторы подробнее.

Нарушение газовой защиты может вызываться различными причинами. Основная проблема заключается в том, что визуально контролировать качество защиты практически невозможно из-за прозрачности защитных газов. На рис. 6.17 показан характер распределения струи защитного газа (специальные добавки позволили его визуализировать). Из рисунка видно, что плотность струи на различных участках неодинакова; существуют зоны, которые защищены недостаточно надежно. При этом качество защиты сильно зависит от расхода защитного газа (рис. 6.18).

Количественное влияние расхода газа па пористость можно проследить по содержанию азота в металле шва при сварке в С0₂ (рис. 6.19). При постоянном расстоянии от сопла горелки до изделия

Рис. 6.17. Распределение струи защитного газа по изделию

содержание азота стабилизируется при расходах газа 8. 10 л/мин. При увеличении расстояния от горелки до изделия содержание азота в шве растет, что требует повышенных расходов газа. Рекомендуемые расходы СС>2 в зависимости от диаметра проволоки и вылета электрода (а следовательно, от расстояния горелки до изделия) приведены в табл. 3.9.

Рис. 6.18. Профили струи защитного газа (С0₂) при различных расходах: а — 3 л/мин; 6—8 л/мин

Рис. 6.19. Влияние расхода С0₂ (1) и расстояния от сопла горелки до изделия (2) на содержание азота в металле шва

Качество газовой защиты зависит также от типа сварного соединения, скорости сварки, условий ведения сварочных работ и т.д.

Состав защитного газа оказывает существенное влияние на пористость сварных соединений. Как отмечалось ранее, наиболее высокая вероятность образования пор наблюдается при сварке нс- плавящимся электродом в среде аргона. Это объясняется несколькими факторами:

? защита аргоном пассивна, так как основана только на вытеснении воздуха из зоны дуги; она не защищает металл от газов (например, водорода), образовавшихся в процессе сварки вследствие загрязнений или ржавчины на поверхности основного или присадочного металла;
? слабое перемешивание сварочной ванны, что ухудшает ее дегазацию;
? недостаточно интенсивное выделение паров из металла электродных капель, что нс дает снизить парциальное давление азота в зоне дуги.

Одним из основных способов повышения активности защитной атмосферы является добавка к аргону кислорода или углекислого газа. Окислительный защитный газ эффективно тормозит

образование пор путем уменьшения растворимости водорода в металле и интенсификации выделения из него водорода и азота вследствие протекания реакции окисления углерода при высоких температурах. Предупреждение образования пор вследствие окисления углерода при низких температурах тормозится применением проволок с повышенным содержанием элемептов-раскислителей. Добавка кислорода к аргону для снижения пористости металла целесообразна при сварке как плавящимся, так и пеплавящимся электродом (97 % Аг + 3 % 0₂).

Повышение окислительной способности защитного газа может быть полезно и при сварке в С0₂. Об этом свидетельствуют более высокая стойкость к образованию пор от водорода при сварке в смеси С0₂ + 0₂ по сравнению с чистым С0₂ при наличии ржавчины на кромках (табл. 6.2) и повышенной влажности защитного газа (табл. 6.3).

Наличие в швах пор, вызванных ржавчиной, при сварке под флюсом и в защитных газах

Поры при ручной дуговой сварке покрытыми электродами

Основными газами, приводящими к образованию пор при ручной дуговой сварке, являются водород и азот. Азот попадает в зону дуги в основном из воздуха. Поэтому главное направление предотвращения образования пор от азота — обеспечение надежной газовой и шлаковой защиты от окружающей атмосферы. Основными же поставщиками водорода в дугу являются покрытие электрода и свариваемый металл. Водород — неотъемлемая составляющая органических газообразующих компонентов электродных покрытий, присутствует во влаге, которую адсорбирует покрытие, в ржавчине или масляных загрязнениях свариваемых кромок и т.д. Поэтому для борьбы водородом широко используются химические способы, в частности, его связывание в нерастворимые в металле соединения.

Особенности образования пор и направления борьбы с ними при ручной сварке существенно зависят от типа электродного покрытия. Как известно, существует четыре классических электродных покрытия: кислые, рутиловые, основные и целлюлозные.

Кислые электродные покрытия строятся на основе материалов рудного происхождения и содержат в своем составе большое количество оксидов. Например, гематита (Fe₂0₃) до 30 %, МпО и различных силикатов с высоким содержанием Si0₂. В покрытии может присутствовать также ильменит или титановый концентрат. Раскислителем обычно является ферромарганец. Газовая защита осуществляется введением специально обработанной электродной целлюлозы в количестве до 5 %.

В результате диссоциации оксидов железа или марганца, а также гигроскопической воды атмосфера дуги является окислительной.

Шлак, образующийся при плавлении электрода, содержит большое количество оксидов железа. Поэтому плавящийся металл при высокой температуре окисляется как за счет атмосферы дуги, так и за счет кислорода, переходящего из шлака. В жидкий металл марганец переходит в весьма умеренном количестве.

При высокой температуре обычно происходит восстановление из Si0₂ небольшого количества Si (0,07. 0,12 %) по реакции

При этих же температурах протекает и реакция между Си 0₂ с образованием СО.

В хвостовой части ванны, имеющей сравнительно низкую температуру, восстановленные Si и Мп, перешедшие из покрытия, вступают в реакцию с 0₂, растворенным в жидком металле. В результате образуются включения Si0₂ и МпО, которые частично могут образовать между собой химическое соединение Si0₂ • МпО с температурой плавления 1270 °С. Такие соединения способны укрупняться за счет слияния нескольких молекул. В результате наплавленный металл оказывается сильно загрязнен как крупными, так и мелкодисперсными включениями, что существенно снижает характеристики сварных швов и в первую очередь ударную вязкость при низких температурах.

Кислый тип покрытия обеспечивает достаточно высокую стойкость к образованию пор, что объясняется следующими причинами.

Во-первых, они содержат большое количество органических газообразующих компонентов, которые обеспечивают надежную газовую защиту зоны горения дуги. Большое количество оксидов обеспечивает хорошую шлаковую защиту. Надежная защита практически предотвращает попадание в зону дуги азота и образование пор даже при существенном увеличении длины дуги, что позволяет получать плотные швы при относительно невысокой квалификации сварщика.

Во-вторых, большое количество кислорода обеспечивает интенсивное протекание реакций (6.21) и (6.22), связывающих водород в гидроксил, который нерастворим в жидком металле. Поэтому электроды этого типа маловосприимчивы к ржавчине на кромках.

В-третьих, кислород снижает силы поверхностного натяжения и вязкость сварочной ванны, что улучшает условия роста и всплытия пузырьков до захвата их фронтом кристаллизации.

Высокая стойкость к образованию пор некоторое время назад обеспечивала достаточно широкое распространение электродов с кислым покрытием (наиболее известным был электрод ЦМ-7). В настоящее время объем их применения резко упал вследствие неудовлетворительных санитарно-гигиенических характеристик (выделяется большое количество летучих соединений кремния, вдыхание которых вызывает развитие болезней легких) и низких пластических свойств наплавленного металла.

Окислительный потенциал рутиловых покрытий ниже, чем у кислых. Атмосфера дуги содержит достаточно большое количество водорода и паров воды. Это является одной из причин более высокой склонности к порообразованию у рутиловых покрытий по сравнению с кислыми. Они более чувствительны к загрязнениям и ржавчине на свариваемых кромках, требуют более точного соблюдения режимов сварки и температурных условий прокалки электрода.

Одним из основных путей снижения пористости при сварке покрытыми электродами является снижение влажности покрытия. График зависимости содержания водорода в наплавленном металле от влажности покрытия для электродов АНО-4 приведен на рис. 6.12. Для других марок количественные характеристики могут быть другими, но, как правило, увеличение влажности по-

Рис. 6.12. Влияние влажности покрытия на содержание водорода в металле шва, электрод АНО-4:

1 — суммарное содержание; 2 — содержание диффузионного водорода крытия увеличивает содержание водорода в шве и склонность к порообразованию.

Основным способом снижения влажности покрытия до приемлемых значений является прокалка электродов. Однако температурные условия прокалки должны строго соблюдаться, так как перегрев может повысить склонность к порообразованию за счет удаления из покрытия кислорода и снижения окислительного потенциала атмосферы дуги. Этот процесс способствует переходу кремния в сварочную ванну и связыванию кислорода в ее низкотемпературной области. Сварочная ванна делается более вязкой, что облегчает захват пузырьков газа. Одновременно повышается вязкость шлаков на поверхности шва, что ухудшает дегазацию сварочной ванны и часто приводит к образованию наружных пор. В связи с этим существуют рекомендации о проведении прокалки электродов с рутиловым покрытием за 2-3 дня до сварки с последующей стабилизацией влажности в условиях цеха.

Наибольшую стойкость к порообразованию имеют следующие электроды с рутиловым покрытием: ОЗС-23, АНО-19, АНО-20, АНО-4, ОЗС-12, ОЗС-4, ОЗС-6. Они допускают сварку удлиненной дугой и по окисленной поверхности.

Целлюлозные покрытия обладают более низкой стойкостью против образования пор, чем рутиловые. Это связано с несколькими причинами. Во-первых, газообразующими компонентами являются органические соединения, содержащие большое количество водорода. Во-вторых, малое количество шлакообразующих компа- нентов и слабоокислительная атмосфера делают сварочную ванну достаточно вязкой, что затрудняет всплытие газовых пузырьков. В-третьих, целлюлозные покрытия достаточно гигроскопичны и хорошо впитывают влагу. На рис. 6.13 показана зависимость содержания диффузионного водорода в металле шва от влажности покрытия при различных сроках хранения электрода. Из графика видно, что хранение электрода в течение месяца после сушки увеличивает влажность приблизительно в 6 раз и содержание водорода в шве в 3 раза. Поэтому перед сваркой должна проводиться сушка электрода (обычно при температурах около 100 °С в течении 1 ч). Невысокая температура сушки объясняется тем, что, во-первых, при высоких температурах разлагаются органические составляющие покрытия, а во-вторых, это частично сохраняет

Рис. 6.13. Влияние остаточной влаги покрытия электродов на содержание водорода в шве для электродов с целлюлозным покрытием:

Л — сразу после сушки; о — 3 ч; » — 6 ч; А — 2 сут.; • — 15 сут.; о — 30 сут.

влагу в покрытии и тем самым повышает его окислительный потенциал. Если прокаливать электроды в течение длительного времени при температуре > 170 °С, то покрытие теряет чрезмерно большое количество связанной влаги, в результате чего его окислительный потенциал снижается и процесс восстановления кремния происходит в большей степени. Одновременно с этим происходит науглероживание наплавленного металла за счет восстановления углерода марганцем или железом из его оксида СО.

Основными марками электродов с целлюлозными покрытиями являются ВСЦ-4, ВСЦ-4М, ВСЦ-60. Они предназначены для сварки вертикальных швов сверху вниз без колебания электрода и обеспечивают высокую производительность. Эти электроды имеют небольшую толщину покрытия и используются обычно для выполнения корневого шва неповоротных стыков трубопроводов.

Здесь следует отмстить, что электроды с целлюлозным покрытием, как и все другие, при сварке в положении, отличном от нижнего, имеют более высокую склонность к образованию пор. Это связано с трудностями дегазации сварочной ванны. На рис. 6.14 показана схема всплытия пузырьков газа при сварке на вертикальной плоскости.

Рис. 6.14. Схема всплытия газовых пузырьков при сварке горизонтальных швов на вертикальной поверхности

При увеличении угла поворота изделия из нижнего положения ((3 = 0) в потолочное ((3 = 180 °С) пористость линейно растет (рис. 6.15, а). То же происходит при увеличении угла наклона изделия от 0° до 90° (рис. 6.15, б). При угле наклона 90° шов может выполняться на вертикальной плоскости снизу вверх или сверху вниз. Во втором случае пористость выше.

Электроды с основным покрытием отличаются высокой склонностью к образованию пор. Причины пористости в этом случае отличаются от таковых для рутилового и целлюлозного покрытий: наиболее часто поры образуются от азота, который попадает в зону сварки из атмосферы при увеличении длины дуги.

Рис. 6.15. Зависимость пористости от угла поворота (3 (а) и угла наклона а (б) сварного шва (1 — сварка снизу вверх; 2 — сварка сверху вниз)

Исследования И.К. Походни показали, что интенсивное насыщение азотом сварочной ванны при увеличении длины дуги объясняется тем, что качество шлаковой защиты у электродов с основным покрытием хуже, чем у рутиловых. В свою очередь это связано с плохой смачиваемостью капли и сварочной ванны шлаками на основе кальция. Поэтому сварка электродами с основным покрытием должна производиться возможно более короткой дугой, при которой обеспечивается надежная газовая защита.

Наиболее интенсивное образование пор при удлинении дуги наблюдается у электродов, имеющих крупнокапельный перенос электродного металла. По этой причине среди электродов с основным покрытием более стойкими к порообразованию будут электроды АНО-9, АНО-Д, позволяющие удлинять дугу на 40 %, наименее стойкими — АНО-7, СМ-11. Электроды УОНИ-13/45 занимают промежуточное положение.

По описанным причинам электроды с основным покрытием имеют низкую стойкость к образованию пор и в момент зажигания дуги, когда электрод только начинает плавиться и газовая атмосфера еще не установилась. Причем у электродов с крупнокапельным переносом это особенно заметно, так как они более склонны к обрывам дуги и «примерзанию» электрода, что увеличивает количество «стартов» и способствует росту пористости. Для уменьшения пористости при начале сварки можно применять так называемый горячий старт, когда электрод разогревается путем зажигания дуги на образце, а затем процесс сварки быстро возобновляется на свариваемом изделии.

Кроме азотной пористости, электроды с основным покрытием весьма чувствительны к порам от водорода. Это объясняется тем, что свободного кислорода в атмосфере дуги меньше, чем у электродов с рутиловым и кислым покрытием, поэтому связывание водорода в гидроксил затруднено. Основную роль по удалению водорода из сварочной ванны играет фтор (реакция (6.18)). Увеличение его содержания в покрытии уменьшает пористость. Однако одновременно уменьшается устойчивость горения дуги из-за снижения в покрытии ограничивается.

Для уменьшения пористости от водорода электроды должны содержать минимальное количество влаги в покрытии. Для основного покрытия поры могут наблюдаться уже при влажности покры-

Рис. 6.16. Влияние остаточной влаги покрытия электродов на содержание водорода в шве для электродов с основным покрытием: х — сразу после прокалки; о — через 3 ч после; о — через 6 ч;

А — через 2 сут.; • — через 15 сут.; о — через 30 сут.

тия около 1 %, что ниже, чем у других типов покрытий. Зависимость содержания в шве диффузионного водорода от влажности покрытия основного типа приведена на рис. 6.16. Учитывая, что при сварке ответственных толстостенных конструкций допускается содержание диффузионного водорода в шве до 5 см 3 /100 г, влажность покрытия должна быть не более 0,5 %. Это обеспечивает высокую стойкость не только к порам, но и к трещинам. Такую влажность покрытие приобретает через 2 сут. после прокалки. Поэтому прокалку электродов целесообразно выполнять перед сваркой. Температура прокалки выше, чем у других типов покрытия и составляет обычно 350. 400 °С. Точные параметры прокалки указываются в паспорте электрода.

Электроды с основным покрытием требуют тщательной зачистки свариваемых кромок от ржавчины, окалины, загрязнений.

Читайте также: