Idea Transcript
Металлургические процессы при сварке, сварочные материалы Разработчики: Маслакова Л.П. Сергеева А.С.
1. Металлургические процессы при сварке плавлением
Сварочные материалы подбираются с учетом химических реакций, протекающих как в сварочной ванне, так и в окружающей среде (зона горения дуги)
Сварочная ванна
Особенности протекания металлургических процессов
- высокая температура - малый объём металла - кратковременность протекания процесса - высокая скорость охлаждения
Распределение температуры по длине дуги - Катодная зона – tк ≈ 3500 °C - Анодная зона – tа ≈ 4500 °C - Столб дуги – tст ≈ 7200 °C - Сварочная ванна – t ≈ 1600 – 1800 °C (Хренов К.К. – сов. ученый, ч.-к. АНСССР, акад. АН УССР)
Химические реакции, протекающие в зоне горения дуги и сварочной ванне - диссоциация - окисление - раскисление - шлакование - осаждающее раскисление - рафинирование
Диссоциация --
O2 2O H2 2H+ CO2 CO + O CaCO3 CaO + CO2 CaF2 Ca + F (HF )
Зависимость степени диссоциации газов (Н2, О2) от температуры 1,0 H2
2H
0,8 0,6
O2
2O
0,4 0,2
0
2000
4000
6000
Т, К
Окисление
Fe + O
FeO
C+O
CO
Раскисление
FeO + Si
Fe + SiO
FeO + Mn
Fe + MnO
Шлакование (осаждающее раскисление)
mCaO + nSiO2 mFeO + nSiO2
(CaO)m *(SiO2)n Шлак
(FeO)m *(SiO2)n
Шлак
Рафинирование (удаление серы и фосфора)
FeS(MnS) + CaO
FeO(MnO) + CaS Шлак
(P2O5)m + (CaO)n
(CaO)n * (P2O5)m Шлак
Насыщение металла сварочного шва H, O, N Влияние на механические свойства
Зависимость растворимости H2 в железе от температуры 50 40 30 20 10
600
1000
1400
1500
2200
2600 t, °C
Зависимость растворимости N2 в Fe от температуры % 0,06 0,05 0,04 0,03 γ
0,02 0,01
α
0 500 1000
1500
Т, К
Влияние содержания N2 на механические свойства металла шва 30
60
в
σв, σт, кгс/мм2
т
40
20
30
15
20
10 н
10
0,05
0,10 0,15
5
0,20
N2
δ , % ; ан , кгсм/см2
25
50
60
12
30
50
10
25
40
8
30
6
20
4
10 0
2 0,05
0,10
0,15
0,20
O2
δ , % ; ан , кгс/см2
σв, σт, кгс/мм2
Влияние содержания О2 на механические свойства металлов шва
20 15 10 5
2. Сварочные материалы - сварочная проволока (не окисленная) - сварочные электроды - флюсы для сварки
Стальная сварочная проволока
- низкоуглеродистая - низколегированная - высоколегированная
Требования к стальной сварочной проволоке
С ≈ 0,1% S ≈ 0,025 – 0,03% P=0,01 – 0,03%
Примеры маркировки стальной сварочной проволоки
ГОСТ 22 46 - 90
3Св08А 3Св08Г2СА 3Св08Х19Н12М3 d= 0,3 –12 мм 77 марок
Сварочная проволока для сварки сплавов на основе Cu
ГОСТ 16130–90 3СвМ1 3СвМ2 3СвЛ60 – 1 60% Cu, ост. Zn, 1% добавки 17 марок
Сварочная проволока для сварки сплавов на основе Al
ГОСТ 7871-75 2СвА97 2СвАМц 2СвАМГ5 14 марок
Материалы для сварки чугуна
- Чугунные прутки - Обмеднённая сварочная проволока
Чугунные прутки ГОСТ 2671-90
ОМЧ-1
3,0 - 3,5% С 3,0 - 4,0% Si 0,4 – 0,8% Mn
Сварочные электроды
- тип электроды - марка электрода Тип электрода – прочность сварного шва Марка электрода – характеризует покрытие
Компоненты электродных покрытий - ионизирующие - раскислители - легирующие - шлакообразующие -----------------связующие
Маркировка электродных покрытий - Основное – Б - Кислое – А - Рутиловое – Р - Целлюлозное – Ц
Основное - Б
- УОНИ – 13/15 - УП – 1/45
Кислое - А
- АНО – 2 - СМ - 5 (Высокий коэффициент наплавки)
Рутиловое – Р (Для сварки материалов на основе титана)
- ОЗС – 3 - ОЗС – 4 - МР – 3 - АНО – 3 - АНО – 4
TiO2 - рутил
Целлюлозное – Ц
- ВСЦ – 1 - ВСЦ – 2 (Газовая защита)
Соотношение диаметра электрода с покрытием и диаметра электродной проволоки
D/d