Как влияют окислы в сварном шве на свойства сварного соединения?

19 ответов на вопрос “Как влияют окислы в сварном шве на свойства сварного соединения?”

  1. sergs3 Ответить

    На поверхности основного металла (стали) обычно находятся ржавчина и окалина. При нагреве ржавчины присутствующая в ней влага испаряется, содержащийся в ней кислород повышает окислительную способность газовой среды. Окалина при плавлении металла переходит в закись железа с выделением кислорода:

    Выделяющиеся закись железа FeO и кислород окисляют металл шва.
    Для получения наплавленного металла с механическими свойствами не ниже, чем у основного металла, необходимы меры по снижению содержания кислорода в наплавленном металле. Такими мерами являются — раскисление наплавленного металла и удаление образовавшихся окислов из сварочной ванны.
    Раскисление может быть осуществлено за счет взаимодействия между металлом и шлаком или при помощи раскислителей.
    Раскисление металла шлаками. При наличии в сварочной ванне кислых шлаков раскисление металла происходит по реакциям:
    FeO + Si02 = FeO — Si02;
    2FeO + Si02 = 2Fe0-Si02.
    Полученные силикаты не растворимы в металле, поэтому количество FeO’ в металле уменьшается.
    Раскисление металла раек целителями. Сталь раскисляют введением в сварочную ванну С, Si, Мп и Аl.
    Наиболее распространенный метод введения раскислителей — применение сварочной проволоки, содержащей раскислители. Возможно введение раскислителей через покрытия электродов и флюсы.
    Раскисление углеродом FeO+ С = Fe+ СО.
    Окись углерода практически не растворима в стали. В период ” нахождения жидкого металла при высоких температурах образующиеся пузырьки окиси углерода всплывают и удаляются из сварочной ванны. При применении углерода в качестве раскислителя возможно образование пор в наплавленном металле.
    Раскисление марганцем FeO+ Mn = Fe+ MnO.
    Окись марганца плохо растворима в железе, но способна растворить в себе до 60% FeO, следовательно, она будет уходить в шлак, увлекая за собой значительное количество FeO.
    В качестве раскислителя марганец применяют в сплавах с железом и углеродом (ферромарганец), стоимость марганца невысокая.
    Раскисление кремнием 2 FeO+ Si= 2Fe+ Si02.
    Эта реакция в металле сопровождается реакциями образования силикатов:
    Si02 + FeO= FeO-Si02;
    Si02 + MnO= MnO- Si02.
    Кремний весьма активный раскислитель, Si02 и силикаты практически не растворимы в железе н уходят в шлак.
    Раскисление алюминием 3FeO+ 2А1 = Аl203 + 3Fe.
    Сталь, раскисленная алюминием, склонна к образованию трещин при ударах в горячем состоянии. Поэтому алюминий применяют только в ограниченных количествах.
    Раскисление не обеспечивает равнопрочности и близости по химическому составу наплавленного и основного металлов. Для выполнения этих требований необходимо, чтобы в процессе сварки было осуществлено легирование наплавленного металла, компенсирующее выгорание специальных элементов основного металла, или легирование элементами, не содержащимися в основном металле.
    Легирующие элементы (Сг, Mo, V, W, Тi и др.) могут быть введены в состав электродного металла и в шихту электродного покрытия или флюса. Коэффициент усвоения легирующего элемента, находящегося в электродном металле, несколько выше, чем введенного в покрытие.
    Коэффициент усвоения, или перехода, легирующего элемента представляет собой отношение содержания легирующего элемента в металле шва к суммарному содержанию его в электродном металле, покрытии, а также в той доле основного металла, которая войдет в состав металла шва.
    Так как некоторая часть легирующего элемента все же окисляется, коэффициент усвоения (перехода) его всегда меньше единицы. Численное значение коэффициента усвоения зависит от степени сродства легирующего элемента с кислородом, от условий протекания процесса сварки и др. Чем выше степень сродства легирующего элемента с кислородом, тем меньше, при прочих равных условиях, коэффициент его усвоения наплавленным металлом.
    Наиболее легко осуществить легирование стали медью или никелем. Коэффициент усвоения таких элементов практически близок к единице. Значения коэффициента усвоения при сварке некоторых сталей с применением электродного металла различного состава приведены в табл. 6. Средние значения коэффициентов перехода элементов из покрытия в металл шва при сварке низкоуглеродистым электродом даны в табл. 7. Данные табл. 6 и 7 ориентировочны и справедливы только для условий, в которых они были определены.
    Величина коэффициента усвоения (перехода) увеличивается при увеличении растворимости элемента в металле и уменьшении концентрации данного элемента в электроде (в покрытии и стержне). Коэффициент усвоения тем больше, чем лучше раскислен расплавленный металл. Кроме того, имеется еще ряд факторов, которые также могут изменять величину коэффициента усвоения легирующих элементов. К ним относят: степень помола компонентов покрытия, род сварочного тока и его полярность, силу тока, длину дуги и др.

    Состав шлаковых включений в наплавленном металле зависит в основном от применяемых электродов или флюса. При сварке сталей включения возникают в результате застревания частиц кварца Si02 и корунда А1203, присутствующих в некоторых исходных компонентах покрытий и флюсов. Эти включения, в первую очередь Si02, взаимодействуют с находящимися в металле шва окислами (MnO, FeO и др ), образуя более сложные легкоплавкие включения диаметром от нескольких микрон до десятков микрон. Характер шлаковых включений показан на рис. 2.

    При сварке сталей в металле шва могут возникнуть в сравнительно большом количестве сернистые включения. Сера может переходить в металл шва из покрытий и флюсов, которые иногда загрязнены. В сварочной ванне сера находится в форме сульфида железа FeS, наличие которого повышает склонность металла шва к появлению трещин при высоких температурах.
    Одной из форм.неметаллических включений в металле шва при дуговой сварке являются нитриды — химические соединения азота с различными металлами. Наибольшее влияние на свойства металла шва оказывают нитриды железа, образующиеся при дуговой сварке сталей. Нитриды железа обладают высокой твердостью. Пластические свойства металла шва при повышенном содержании азота резко снижаются.
    Факторы, влияющие на количество и величину шлаковых включений в наплавленном металле. Величина и количество шлаковых включений зависят от скорости всплывания частиц, их способности к коагуляции, их вязкости, плотности и от механического воздействия на жидкий металл.
    Скорость всплывания частиц зависит от их размеров, от плотности жидкого металла и частиц и от вязкости металла. Основное влияние на скорость всплывания имеет радиус частиц, с увеличением которого ускоряется всплывание. Поэтому малые частицы, образующиеся в процессе раскисления, имеют очень малую скорость всплывания.
    Способность к коагуляции ведет к укрупнению частиц, облегчает их всплывание. Коагуляция зависит от поверхностного натяжения частиц и от их вязкости.
    Наличие в металле посторонних включений представляет собой отрицательное явление, так как включения делают металл неоднородным. В большинстве случаев неметаллические включения имеют высокую температуру плавления, не обладают пластичностью, прочность ихмала, а хрупкость значительна. Отличаясь от наплавленного металла по химическому составу, они способствуют коррозии.
    Поэтому при сварке необходимо стремиться к получению более чистого металла шва или наплавки с возможно меньшим количеством посторонних включений.
    Для предупреждения появления шлака в наплавленном металле принимают следующие меры:
    удаляют загрязнения, ржавчину и окалину с поверхности основного металла в местах сварки;
    проводят промежуточную зачистку швов от шлака при многослойной сварке или наплавке;
    замедляют остывание наплавленного металла (применяют толстый слой шлака, соответствующий режим сварки и т. п.);
    вводят в состав покрытий вещества, которые способствуют понижению температуры плавления окислов и могут образовать соединения, легко удаляемые из металла.
    Появление в сварных соединениях пустот и газовой пористости является результатом выделения газов из металла. Газы, выделяющиеся из жидкого наплавленного металла при его охлаждении и затвердевании, способствуя освобождению металла от шлаковых включений, создают пористость в шве или наплавке. Количество выделяющихся газов увеличивается с повышением температуры перегрева металла.

    Поры могут возникнуть как в металле шва, так и в зоне взаимной кристаллизации. Поры располагаются внутри шва или выходят на его поверхность (рис. 3 и 4). По своей форме поры могут быть шарообразными и вытянутыми в виде гусеницы. Иногда наблюдается скопление большого числа разнообразных пор.
    Газы в наплавленном металле могут быть в следующих состояниях: механически включенные (в порах и пузырях); в растворе в виде химических соединений (например, 02в виде FeO, N2в виде Fe4N и т. д.); непосредственно растворенные (Н2, С02 и др.).
    Главными причинами, способствующими образованию газовых пор в металле шва, являются:
    интенсивное выделение газов при кристаллизации металла шва; наличие влаги в присадочных материалах (присадочная проволока, электроды, флюсы) и наличие окислов (окалина, ржавчина) на кромках деталей;
    недостаточная раскисленность и, как следствие, большая насыщенность основного металла газами;
    относительно высокая концентрация FeO в металле шва при газовой и ручной дуговой сварке низкоуглеродистой стали, что при повышенном содержании углерода в присадочной проволоке или в электродах является причиной выгорания углерода по. реакции FeO+ С = Fe+ СО; выделение окиси углерода из металла шва в момент кристаллизации вызывает образование пор;
    наличие в стали в значительном количестве растворенного водорода, который, диффундируя в мельчайшие пузыри, образованные окисью углерода, может увеличить их до заметных размеров;
    повышение давления над поверхностью ванночки по каким-либо причинам вызывает повышение давления газов в пузырях; вследствие этого размеры пузырей уменьшаются и снижается скорость их всплывания, они могут не достигнуть поверхности швов до затвердевания металла, и в швах возникают поры. Основной причиной, увеличивающей давление над поверхностью, является повышенная вязкость шлаков.

    Поры и пузыри, соответственно их величине и расположению в наплавленном металле, понижают его механическую прочность. Наличие пор в шве вызывает концентрацию напряжений и, следовательно, создает условия для разрушения сварного соединения. Мелкие равномерно расположенные поры менее вредны, чем крупные сконцентрированные в местах высокого напряжения, если даже количество мелких пор во много раз превышает количество крупных. Газы, остающиеся в наплавленном металле, повышают его хрупкость, твердость и понижают пластичность.
    Среди химических свойств шлака наиболее важное значение для развития сталеплавильных процессов имеют основность и окислительная способность шлака. Основность шлака, определяющая избыток основных окислов над кислотными и имеющая смысл лишь для основных шлаков, характеризует способность шлака поглощать из металла серу и фосфор. Предложено несколько выражений основности шлака. Простейшим из них является отношение массовых концентраций окиси кальция и кремнезема (% CaO)/(% SiO2). Выраженная таким образом основность при всей простоте этого выражения довольно определенно характеризует химические свойства шлака, так как окись кальция наиболее сильный основной окисел, а кремнезем, обладая в шлаке отчетливо выраженными кислотными свойствами, среди кислых окислов существенно преобладает количественно. Выражение основности шлака через отношение (% CaO)/(% SiO2) нашло широкое применение в практике сталеплавильного производства. Оно оказывается часто достаточным и при выполнении исследовательских работ. Предложены также выражения основности шлака с учетом содержания пятиокиси фосфора, обладающей резко выраженными кислотными свойствами шлака. Эти выражения, однако, условны, так как основаны на предположении об образовании прочных и совсем недиссоциированных молекул силикатов и фосфатов. Для процессов металлургии стали они не имеют особого значения, так как шлаки электроплавки содержат мало P2O5 даже в окислительный период. Влияние основности шлака на коэффициент распределения вольфрама между металлом и шлаком С позиций современных представлений об ионной структуре жидких шлаков такое химическое свойство шлака как основность, следует выражать через концентрацию ионов кислорода. Однако приведенное выше уравнение для определения концентрации кислорода условно, так как оно применимо лишь в случае, когда в шлаке не образуется значительное число сложных комплексных анионов, т.е. для «совершенных ионных растворов». Химические свойства шлака – окислительная способность . Окислительная способность шлака характеризует скорость передачи кислорода металлу и соответственно скорость и возможную степень окисления примесей металлической ванны печи. В равновесии с основным шлаком содержание кислорода в жидком железе зависит от состава шлака, причем кривые постоянного содержания кислорода повторяют кривые изоактивности (постоянной активности) закиси железа. Линии изоактивностей закиси железа, не параллельны стороне (CaO + MgO)—(SiО2), т. е. эти изоактивности не постоянны при постоянном содержании (FeO). Для принятого содержания закиси железа в шлаке ее активность изменяется, достигая максимума при составах шлака, отвечающих образованию ортосиликата (Ca, Mg)2SiО4. Это соответствует основности, равной 2, при выражении ее в виде (CaO + MgО)/(SiО2). При увеличении или уменьшении основности активность закиси железа понижается вследствие повышения энергии связи ее с расплавом. При высокой основности шлака это является, по-видимому, результатом образования группировок типа феррита кальция (2CaO • Fe2О3), а при низкой основности — группировок типа силикатов. Лишь для кислых шлаков, содержащих около 40% и более SiO2 и до 10% FeO, линии изоактивности закиси железа почти параллельны. Следовательно, при расчете распределения кислорода между металлом и кислым шлаком можно пользоваться концентрациями закиси железа в шлаке, а не активностями.
    Список литературы:
    1. Хакимов А.Н.
    Электрошлаковая сварка с регулированием термических циклов. – М.:
    Машиностроение, 1984.
    2. Электрошлаковая сварка. – М.: Государственное научно – техническое
    издательство машиностроительной литературы, 1959.
    Под редакцией Патона Б.Е.
    3. Сизов В.С.
    Электрошлаковая сварка сталей больших толщин. – Л.: ЛДНТП, 1972.
    Просмотров – 2464.

  2. bigaair Ответить

    Химический механизм коррозии и окисления металловХимический механизм коррозионного разрушения металлов имеет место при их соприкосновении с сухими газами при высоких температурах или с неэлектролитами. Особенностью коррозии этого вида, отличающей ее от электрохимической, является протекание в одном химическом акте, в то время как электрохимическая…
    (Коррозия и защита материалов)
    ТЕРМОДИНАМИКА ОКИСЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ И ДИССОЦИАЦИИ ОКСИДОВ, КАРБОНАТОВ И ДРУГИХ СОЕДИНЕНИЙОбщий анализ на примере диссоциации оксидов и окисления металлов В общем виде обе эти реакции в расчете на 1 моль 09 можно записать одним уравнением где Me — металл, bv b2 — стехиометрические коэффициенты, а{, …, а4 — числа атомов элементов в соединении. Стандартное изменение…
    (Физико-химические основы технологических процессов и обработки конструкционных материалов)
    Общий анализ на примере диссоциации оксидов и окисления металловВ общем виде обе эти реакции в расчете на 1 моль 09 можно записать одним уравнением где Me — металл, bv b2 — стехиометрические коэффициенты, а{, …, а4 — числа атомов элементов в соединении. Стандартное изменение энергии Гиббса ДС° = -RTlnKnpn диссоциации низшего оксида,…
    (Физико-химические основы технологических процессов и обработки конструкционных материалов)
    Раскисление металла при сваркеРаскисление металла – удаление кислорода из жидкого металла. Применительно к сварке раскислением называют переход растворенного оксида железа FeO в нерастворимые соединения с последующим удалением в шлак. Реакции раскисления выражаются в основном теми же уравнениями, что и реакции окисления, но…
    (Ручная дуговая сварка)
    Подготовка металла под сваркуПодготовка металла под сварку заключается в правке, разметке, резке, обработке кромок, гибке и очистке металла, а также сборке деталей. Правка производится для устранения деформаций прокатных материалов. Листовой и сортовой металл правят в холодном состоянии на листоправильных вальцах и прессах….
    (Ручная дуговая сварка)
    СВАРКА, РЕЗКА, ПАЙКА И НАПЛАВКА МЕТАЛЛОВОбщие сведения о сварке Сварка Сваркой называют технологический процесс получения неразъемных соединений путем установления межатомных сил сцепления свариваемых деталей на границе их стыка при нагревании или пластическом деформировании. Сварка применяется для изготовления стальных конструкций…
    (Материаловедение)
    Сварка металлов трениемСварка трением происходит в твердом состоянии при воздействии теплоты, возникающей при трении поверхностей свариваемого изделия. Трение поверхностей осуществляется вращением свариваемых деталей, которые сжимаются усилием Р. Один из вариантов данного процесса: одна из свариваемых деталей неподвижно…
    (Материаловедение)
    Сварка и резка металловСварка — процесс получения неразъемного соединения с местным нагревом или без него при использовании сил молекулярного сцепления. Применение сварки дает экономию металла (она намного экономичнее клепки, литья). Сварка широко используется в промышленности и строительстве. С ее помощью изготавливают…
    (Дорожно-строительные материалы и изделия)
    ГАЗОВАЯ СВАРКА МЕТАЛЛОВГазовая сварка представляет собой процесс, в котором расплавление металла изделия и присадочного металла осуществляется за счет теплоты, получаемой при сгорании горючего газа в кислороде. При этом способе сварки горючий газ является не только источником теплоты, но и средством защиты от проникновения…
    (Материаловедение и технология материалов)

  3. whooddqd Ответить

    В состав электродного покрытия входят также шлакообразующие вещества, чаще всего оксиды и галлоидные соли. Эти вещества, расплавляясь образуют шлаки, которые обволакивают капли расплавленного металла электрода, покрывают сплошным слоем ванночку, изолируя, таким образом, расплавленный металл от окружающего воздуха.
    Шлаки выполняют также рафинирующие и легирующие функции, т.е. они “промывают” металл ванночки, очищая его от вредных примесей, а также легируют для улучшения свойств наплавленного металла.
    Принципиально такая же схема применяется при создании флюсов для дуговой сварки под флюсом, электрошлаковой сварки, пайки. Разница только в относительном содержании газообразующих и шлакообразующих компонентов. Например, флюс для ЭШС вообще не содержит газообразующих компонентов, так как плавление и перенос металла электродов происходит внутри шлаковой ванны. В этих условиях контакта расплавленного металла с окружающим воздухом практически нет.
    При газоэлектрической сварке (аргонодуговая, сварка в СО2) зону вокруг сварочной дуги закрывают потоком защитного газа, вытекающего из горелки через специальное сопло. При этом используют либо слабо активные газы (например СО2), либо полностью защитные (Ar, He).
    Углекислый газ (СО2), содержащий кислород, несколько окисляет металл в сварочной ванне, поэтому для “компенсации” в присадочную проволоку добавляют несколько большее количество элементов – раскислителей (Mn, Si).
    Таким образом, практически при всех способах сварки плавлением, приходится учитывать взаимодействие металла, его примесей или легирующих добавок с окружающей средой (газами), шлаковой или газошлаковой средой.
    Известно, что протекание реакций взаимодействия между простыми или сложными веществами, определяется температурой, давлением, характером поверхностей раздела, скоростью поступления веществ в зону реакции, временем взаимодействия и др.
    Рассмотрим кратко эти условия применительно к сварочным процессам.
    1. Температурная обстановка в реакционном пространстве. Температура расплавленного металла в любой сварочной ванне неодинакова и изменяется по ее длине, ширине и глубине, рис. 1.1. При этом температура жидкого металла у кромок нерасплавленного или затвердевшего металла (по контуру ванны – вблизи изотермической поверхности Тпл) примерно равна его температуре плавления. Поверхность ванны непосредственно под источником (под наиболее нагретой частью пламени или пятном сварочной дуги и прилегающих к ним частей) имеет более высокую температуру (перегрета выше Тпл).
    Рис. 1.1.
    В промежуточных зонах ванны температура жидкого металла выше Тпл, но ниже максимальной. Контур сварочной ванны (Т=Тпл) в плане и такие изотермические поверхности в различных сечениях (1-1V) по ее длине показаны на рис.1,а. Температурный градиент в ванне, кроме вида и режима сварки, зависит также от интенсивности потоков жидкого металла, общий характер которых изображен на рис 1,б. Распределение температуры поверхности металла сварочной ванны при газовой сварке и дуговой сварке неплавящимся электродом схематически показано на рис 1,в.
    Отметим, что при газовой сварке температура поверхности сварочной ванны – 1600 – 1630оС, т.е. примерно на 100 – 150оС выше Тпл. При сварке неплавящимся электродом максимальная температура поверхности ванны, несколько выше и может достигать 1800 – 1850оС. Характер распределения температур в сварочной зоне при дуговой сварке плавящимся электродом с покрытием показан на рис. 1.2.

    Рис. 1.2.
    Видно, что в металлической части плавящегося электрода температура повышается по мере приближения к торцу, на котором горит дуга (сплошная линия на рис. 2,а). На некотором расстоянии от торца температура достигает температуры плавления, стержень плавится, образуя каплю металла.
    Торцевая поверхность капли приближается к температуре кипения металла.
    Покрытие, являясь непроводящим или слабопроводящим ток, имеет температуру меньшую, чем стержень. Состав и толщину покрытия подбирают с учетом того, чтобы его плавление осуществлялось совместно с электродным стержнем. Газы из покрытия начинают выделяться выше зоны плавления, а шлаки частично покрывают (окутывают) металлическую каплю на торце электрода и иногда в виде мелких частичек находятся внутри металлической капли.
    С некоторым интервалом времени (обычно от 0,05 до 1,0 с, наиболее часто 0,1 – 0,5 с) капля отделяется от электрода и переносится на другой полюс дуги – в сварочную ванну. Этот перенос может осуществляться в момент короткого замыкания дугового промежутка каплей расплавленного электродного металла, а при большой силе (плотности) тока капли отрываются от электрода и падают в ванну пересекают дуговой промежуток. В процессе переноса (его продолжительность 0,01…0,05 с) капля продолжает нагреваться газами сварочной дуги (их температура 4500 – 8000оС) и ее средняя температура может повышаться. Согласно различным данным температура капель в дуговом промежутке при ручной сварке стальными электродами составляет 2100…2350 оС, повышаясь с увеличением силы и плотности тока в электроде.
    При сварке под флюсом процесс качественно осуществляется так же, только вместо покрытия конец электрода обволочен (окутан) шлаком, образовавшемся при расплавлении флюса. Температура капель при автоматической сварки под флюсом в момент перехода через дугу при сварке стали может быть около 2500 оС.
    Температура капель при сварке в углекислом газе (СО2) при диаметре электродных проволок 1,2-2,0 мм составляет от 2350 до ~ 2600 оС.
    Продолжительность переноса капли 0,01-0,05 с. Капли при этом подогреваются, т.к. проходят через горячую зону столба дуги. Аналогичная ситуация имеет место при дуговой сварке под флюсом и в СО2, Ar и He. Капли, падая в ванну повышают ее температуру в месте падения.
    Таким образом при дуговой сварке плавящимся электродом перегрев металла выше Т оС плавления довольно значителен.
    При газовой сварке перегрев наименьший. При ЭШС температурный режим – промежуточный (Тванны ≈ 1900 оС, Ткипения ≈ 2000 оС).
    Так как капли падают в ванночку вместе со шлаком, то в ней образуется смесь жидкого металла, шлаковых частиц и газовых пузырей.
    2. Внешнее давление, при котором происходят реакции в условиях сварки ≈ 1атм (кроме некоторых частных случаев – сварка под водой на значительной глубине, сварка в вакууме).
    3. Поверхность раздела (т.е. поверхность контакта) между жидкими каплями и окружающей средой при сварке обычно достаточно велика, т.к. капли мелки по своему размеру. Иначе говоря, площадь поверхности взаимодействия по отношению к объему металла очень велика. Наличие внутри капель газовых и шлаковых частиц еще больше увеличивает поверхность взаимодействия “металл-газ” и “металл-шлак”.
    4. Время взаимодействия, то есть время пребывания металла в сварочной ванне в жидком состоянии составляет от несколько секунд до 30-40 с.
    Таким образом, условия взаимодействия расплавленного металла при сварке отличается довольно большой неравновесностью. С одной стороны, температура в зоне сварочной ванны очень высока и непрерывно меняется, имеются большие градиенты температуры по длине, ширине и глубине сварочной ванны. С другой стороны – в зону реакции непрерывно поступают новые порции непрореагировавших компонентов (присадочный металл, газы, компоненты флюса, обмазки и др.).
    Окисление металлов при сварке и пайке
    При сварке плавлением и пайке практически всегда наблюдается окисление металла шва. Однако одновременно происходит раскисление, а также удаление продуктов этой реакции в шлак. Поэтому трудно установить интенсивность окисления как на отдельных этапах процесса, так и общую. Особенно трудно это сделать в тех случаях, когда при окислении возникают нерастворимые в металле окислы, в подавляющем количестве переходящие в шлак.
    Даже при автоматической дуговой сварке под флюсом конечная концентрация кислорода в металле шва повышается в несколько раз по сравнении с исходным его содержанием в присадочной проволоке и основном металле (табл. 2.1).
    Таблица 2.1
    Содержание кислорода при сварке
    Материал и вид сварки
    Марка
    Содержание О2, %
    Содержание Mn, %
    Содержание
    Si, %
    Листовая сталь
    Сталь 20
    0,0033
    0,5
    0,2
    Проволока
    Сталь 20
    0,0173
    0,54
    0,02
    Металл шва:
    дуговая сварка
    Голый электрод
    0,3043
    0,09
    0,014
    Металл шва:
    дуговая сварка
    Электрод с меловым покрытием
    0,233
    0,16
    Металл шва:
    Дуговая сварка
    Покрытый электрод ОММ5
    0,0521
    1,12
    0,09
    -“-
    Покрытый электрод
    УОНИ13/55
    0,02
    0,74
    0,23
    Дуговая автоматическая сварка под флюсом
    Покрытый электрод ОСЦ-45
    0,0335
    0,77
    0,18
    Общее окисление металла значительно больше, т.к. одновременно происходит раскисление, что подтверждает высокое содержание Si и Mn в металле шва. Окисляют при сварке и пайке окружающие металл газы, шлаки и ранее образовавшиеся поверхностные оксидные пленки.
    Окисление газами
    Газовая среда, которая окружает расплавленный металл при сварке либо создается специально (Ar, He, CО2 и др.), либо образуется в процессе сварки за счет диссоциации или сгорания компонентов покрытий электродов и флюсов, либо при сгорании горючих газов в кислороде.
    В покрытиях электродов и во флюсах, а также в газах может присутствовать гигроскопическая и связанная влага. Присутствует гигроскопическая влага также и на поверхности присадочной проволоки. Иногда порошки флюсов замешивают на воде и применяют в виде кашицы. При сварке влага испаряется, повышая содержание водяных паров в зоне, окружающей расплавленный металл.
    С точки зрения окислительной способности газовые среды можно подразделить на 3 группы:
    1. Первая группа: Н2, Не, Аr, N2. В этих газах свободный или связанный (пары воды) кислород является примесью, количество которой стремятся понизить до технически возможных пределов (например осушением). Однако по экономическим соображениям допускается некоторое наличие кислорода (табл. 2.2).
    Таблица 2.2
    Содержание кислорода в Ar по ГОСТ 10157-79
    Сорт
    Содержание О2, %
    Содержание Н2О, %
    Высший
    0,0007
    0,007
    Первый
    0,002
    0,01
    В Не по ТУ51-689-75
    Марка
    Содержание О2, %
    Содержание Н2О, %
    А
    0,0001
    0,0005
    Б
    0,001
    0,002
    В
    0.001
    0.002
    В СО2 по ГОСТ 9010-85
    Сорт
    Содержание Н2О, %
    Высший
    0,037
    Первый
    0,184
    2. К второй группе относятся газы, которые образуются в самом процессе сварки в результате диссоциации компонентов покрытия электродов, флюсов или горения газов. В зависимости от типа исходных сварочных материалов (тип электродов, марка флюса) состав газовой среды может изменяться в широких пределах. При сварке электродами, покрытие которых содержит компоненты органического происхождения (крахмал, целлюлоза), в состав газов входит много водорода. Если же в покрытии органических компонентов нет, то обычно велико содержание углекислых солей. Поэтому в газах много окиси и двуокиси углерода (табл. 2.3).
    Таблица 2.3
    Состав газов второй группы, %
    Вид сварки
    CO
    CO2
    H2
    H2O
    CnHm
    N2
    Ацетилено-кислородная сварка
    54,4
    2,93
    23,11
    5,67
    –
    13,89
    Электродуговая сварка электродом ЦМ-7 (до 7,0 % целлюлозы)
    49,8
    3,39
    39,0
    5,44
    3,82
    –
    Электродуговая сварка электродом с целлюлозовым покрытием (чистая целлюлоза)
    42,1
    1,1
    51,1
    5,6
    –
    –
    Электродуговая сварка электродом, содержащим углекислые соли (органические компоненты отсутствуют)
    77,1
    18,7
    2,1
    2,1
    –
    –
    3. Газы третьей группы имеют окислительный характер. Прежде всего это СО2. Иногда используют Ar с добавкой нескольких процентов О2.
    Количественные оценки окисления металла газами выполнить трудно, т.к. между шлаком и металлом одновременно идут процессы окисления, а также процессы раскисления. Поэтому оценка может быть только качественной. В частности можно только ответить на вопрос о том, какие газы по отношению к данному конкретному материалу являются окислительными, а какие восстановительными. Это можно сделать путем сопоставления упругости диссоциации оксида изучаемого металла (РО2 (МеО)) и парциального давления свободного кислорода в газовой фазе {РО2}. В случае, если {РО2} >РО2, то может происходить окисление. При {РО2} < РО2 - восстановление. Газы первой группы
    Аргон может содержать до 0,003% О2, что в пересчете на парциальное давление составляет 0,00003 ати (то есть 3·10-5 атм). В реальных условиях может быть также подсос воздуха.
    Газы второй группы
    Они имеют сложный состав. Поскольку в них отсутствуют газообразующие окислы, точное содержание кислорода можно определить только расчетным путем. При сопоставлении состава газов видно, что наименее окисляющей является газовая среда у электродов с целлюлозным покрытием, т.к. в ее составе сумма СО2 + Н2О наименьшая. Отметим, что в этом случае также может быть подсос воздуха.
    По данным расчетов состав газовой среды у этих электродов при 3000 оК: 42,8% СО; 0,4 % Со2; 50,2 % Н2; 6,5 % Н2О и 2,77·10-3 % О2, что в пересчете на парциальное давление составляет 2,77·10-3 атм.
    Газы третьей группы
    При Т = 3000 оК СО2 сильно диссоциирует. При этом парциальное давление О2 близко к 0,21 атм, т.е. равно парциальному давлению О2 в воздухе.
    Таким образом, сопоставление газовой среды всех групп показывает, что в 1-ой группе парциальное давление кислорода {РО2} = 0,00003 атм
    (3·10-5 атм), во 2-ой группе – 0,0000277 атм (2,77·10-5 атм), в третьей группе – 0,21 атм.
    Если сопоставить значения парциального давления кислорода {РО2} с упругостью диссоциации (РО2) окислов таких металлов, как Mg, Al, Zr, Ti и др., можно сказать, что для всех этих металлов газовая среда имеет окислительный характер.
    Возможность окисления или восстановления какого-либо элемента, в результате его взаимодействия с газовой средой, содержащей свободный О2 в условиях сварки, определяется сопоставлением упругости диссоциации оксида (РО2 (МеО) = РО2) и парциального давления свободного кислорода {О2} в газовой фазе. В случае, если парциальное {РО2} >РО2, то может происходить окисление. При {РО2} < РО2 - восстановление. Случай, когда {РО2} = РО2, отвечает равновесным условиям, т.е. не происходит ни окисления, ни восстановления. Применительно к конечному состоянию этот случай для сварки не характерен. Упругость диссоциации оксидов, находящихся в растворе, Р´О2 отличается от упругости диссоциации свободных оксидов (РО2). Если оксиды растворять в жидком металле, то упругость его диссоциации обычно изменяется (уменьшается), т.к. Р´О2 = РО2 · ,
    где – активность окисла, связанная со степенью насыщения им металла расплава
    = .
    Отметим, что предельное насыщение [(% оксида в Ме)мах] увеличивается с увеличением температуры.
    В качестве примера сказанному выше отметим, что упругость диссоциации закиси железа (РО2(FeO) при различной концентрации кислорода (О2) по расчетным данным, приведенным в справочниках, составляет:
    О2
    0,01
    0,05
    0,1
    РО2, атм
    1,84·10-8
    4,6·10-7
    1,84·10-6
    Сопоставление данных этой таблицы с данными о парциальном давлении кислорода {РО2} в газовой среде для газов 2-ой группы показывает, что газы в области сварочной дуги окисляют металл даже при его содержании £ 0,1 %. Только в редких случаях газы при сварке не окисляют металл. Например, при сварке в вакууме. Тем не менее в большинстве случаев газы играют защитную роль, т.к. их окислительное действие существенно меньше, чем у воздуха (в воздухе содержится » 20 % О2, то есть его парциальное давление {РО2} в воздухе составляет 2·10-1 атм. Поэтому воздух является сильным окислителем для железа в условиях сварки ({РО2}>> РО2). Кроме того, важно отметить, что газы во всех случаях оттесняют азот. Нужно иметь в виду, что окисленный металл можно раскислить. Удалить же азот трудно, т.к. он связывается в нитриды.
    При пайке газовая среда может состоять из воздуха, продуктов сгорания горючих газов, водорода, водородно-азотной смеси, газообразных фтористых и хлористых соединений, Ag и т.д. В ряде случаев пайку выполняют в вакууме. Воздух и газовое пламя обычно вызывают окисление как паяемого металла, так и припоя.
    Водородная и водородно-азотная среда имеют восстановительный характер (особенно для сталей). Такие элементы, как Cr, Si, Al имеют слишком высокое сродство к O2 и обычно такими средами окисляются.

  4. lexess Ответить

    Химический состав металла шва оказывает первостепенное влияние на его стойкость против кристаллизационных трещин. Все элементы, входящие в состав металла шва, условно могут быть отнесены к трем основным группам.
    Первая группа – элементы, присутствие которых снижает стойкость металла шва против кристаллизационных трещин. Такие элементы принято называть вредными.
    Вторая группа – элементы, которые в зависимости от их сочетания и концентрации оказывают положительное (полезные примеси) или отрицательное (вредные примеси) влияние на стойкость металла шва против кристаллизационных трещин.
    Третья группа – элементы, присутствие которых не оказывает влияния на стойкость металла шва против кристаллизационных трещин.
    Сера – вредная примесь. Повышение содержания серы в металле шва резко снижает его стойкость против кристаллизационных трещин. Сера практически нерастворима в твердом железе, а поэтому находится в швах на стали в виде неметаллических сульфидных включений. Содержание серы в конструкционных сталях не должно превышать 0,05 %, а обычно составляет 0,03–0,04%.
    Фосфор часто оказывает вредное влияние на стойкость металла шва против кристаллизационных трещин и приводит к резкому снижению ударной вязкости металла, особенно при пониженных температурах. Фосфор попадает в металл шва из основного и электродного металлов и из материалов, входящих в состав покрытий и флюсов. В конструкционных углеродистых сталях содержание фосфора допускается не более 0,055%, а в легированных сталях – не более 0,03%. Согласно ГОСТ 2246–70 содержание фосфора в сварочной проволоке не должно превышать 0,04%. В электродное покрытие и флюс фосфор попадает в основном с марганцевой рудой.
    Углерод является важнейшим элементом, определяющим структуру и свойства металла шва, его прочность и поведение при эксплуатации. Вместе с тем углерод оказывает резко отрицательное влияние на стойкость металла шва против кристаллизационных трещин.
    Кремнийспособствует образованию кристаллизационных трещин в швах на углеродистых сталях. Оптимальное содержание кремния зависит от способа сварки, типа шва и состава основного металла и при сварке углеродистых и низколегированных конструкционных сталей колеблется в пределах 0,15–0,6%.
    Никельпри небольших концентрациях в металле шва не оказывает влияния на стойкость его против возникновения кристаллизационных трещин. Никель является ценным легирующим элементом. Растворяясь в феррите, он повышает прочность и ударную вязкость металла шва при обычных и пониженных температурах при сохранении высокой пластичности.
    Марганецуменьшает вредное влияние серы, повышая стойкость шва на углеродистых, низколегированных и хромоникелевых аустенитных сталях против образования кристаллизационных трещин. Марганец является постоянной составляющей стали, и, растворяясь в феррите, он повышает его прочность. Марганец поступает в металл шва из основного и дополнительного металлов, а также из материалов, входящих в состав покрытия или флюса.
    Хром, подобно марганцу, уменьшает вредное влияние серы, повышая стойкость швов против образования кристаллизационных трещин.
    Кислородповышает стойкость швов против образования кристаллизационных трещин, вызываемых серой. Вместе с тем повышение содержания кислорода снижает ударную вязкость металла шва на углеродистых и низколегированных конструкционных сталях и уменьшает пластичность аустенитных швов.

  5. Vaverkka Ответить

    1. Общая характеристика и виды сварных соединений
    Сварным соединением называется неразъемное соединение, выполненное сваркой. При сварке плавлением в сварном соединении (рис. 1) формируются различные участки, нагретые до различных температур, и отличающихся по этой причине физическими, химическими и механическими свойствами.
    Расплавившийся и закристаллизовавшийся металл образует сварной шов 1 с литой структурой; частично оплавившийся металл образует зону сплавления 2. Примыкающие к ней участки металла, нагретые до температуры выше ~ 1000°С, в которых протекают структурные превращения и возникают остаточные напряжения, образуют зону термического влияния 3. Далее следует основной металл 4, структура и свойства которого в процессе сварки не изменяются.
    Взаимное расположение соединяемых элементов определяет тип сварного соединения. При ручной дуговой сварке наиболее часто применяют следующие сварные соединения (рис. 2): встык (а); внахлестку (б); тавровые (в); угловые (г); боковые (д). Соединение встык предпочтительнее других в силу своей экономичности и лучшей работоспособности. При стыковом соединении свариваемые кромки предварительно обрабатывают. При сварке тонких изделий кромки загибают для усиления шва (рис. 2, е, г). При толщине металла до 8 мм сварку производят без разделки кромок при зазоре до 2 мм (рис. 2, ж). Металл толщиной 8-15 мм сваривают с односторонней V-образной разделкой кромок (рис 2, з); толщиной 15-20 мм – с двусторонней Х-образной разделкой кромок (рис. 2, и); толще 20 мм – с U-образной односторонней или двусторонней разделкой кромок.
    На процесс сварки и качество сварного шва сильно влияют загрязнения поверхности металлов оксидами, жировыми пленками и пр. Поэтому перед сваркой производят подготовку свариваемых поверхностей. Помимо устранения загрязнений поверхности металла принимаются меры для уменьшения загрязнений в процессе сварки, в первую очередь окислами. Для этой цели используют флюсы, шлаки, вакуум, защитные газы. Сварное соединение должно быть таким же прочным, как и основной металл, и не уступать ему при всех видах нагрузок (статических, ударных, циклических). Равнопрочность сварного соединения определяется отсутствием внутренних и внешних дефектов, а так же структурой и свойствами металла шва и зоны термического влияния.
    2. Дефекты сварных соединений
    В процессе сварки в металле шва и в зоне термического влияния могут возникать различные дефекты, которые снижают прочность соединения, приводят к негерметичности швов и снижению эксплуатационной надежности изделия. По расположению в сварном соединении дефекты делятся на наружные и внутренние. К наружным относятся надрезы, наплывы, наружные трещины и газовые поры. Эти дефекты, как правило, могут быть выявлены при наружном осмотре. Классификация основных дефектов сварных соединений:
    Подрез представляет собой углубление (канавку) на основном металле вдоль линии сплавления сварного шва с основным металлом (рис. 3, а). Обычно образование подреза связано с формированием большой сварочной ванны за счет большого сварочного тока.
    Наплыв – это натекание металла шва на поверхность основного металла или ранее выполненного валика без сплавления с ним (рис. 3, б).
    Непровар – местное несплавление вследствие неполного расплавления кромок свариваемых деталей (рис. 3, в, г). Место непровара в большинстве случаев заполнено шлаком, который, благодаря легкоплавкости и жидкотекучести, заполняет образующееся при непроваре полости. При дуговой сварке образование непровара связано с недостаточным сварочным током. Непровар является одним из наиболее опасных дефектов. Это связано с тем, что при нагружении непровар является концентратором напряжений. Напряжения, возникающие в этом месте, могут в несколько раз превышать средние напряжения в изделии. Это приводит к разрушению изделия при нагрузках, значительно меньших, чем расчетные. Кроме того, непровар часто сопровождается появлением трудно-выявляемых трещин в металле шва. Непровары обязательно устраняют подваркой дефектных участков.
    Трещины – частичное местное разрушение (разрыв) в сварном шве и/или в околошовной зоне. При сварке трещины могут образовываться в процессе кристаллизации (горячие трещины) и в процессе фазовых и структурных превращений в твердом состоянии (холодные и другие виды трещин). Механизм образования горячих трещин заключается в следующем. Расплавленный металл шва после удаления источника нагрева начинает охлаждаться. При температуре ниже ликвидуса в расплаве начинают появляться кристаллы. По мере дальнейшего охлаждения объем, занимаемый кристаллитами, увеличивается, а сами кристаллиты объединяются в каркас, разделенный жидкими прослойками. В таком состоянии циркуляция жидкости между кристаллитами затруднена. Это приводит к снижению деформационной способности системы и опасности ее хрупкого разрушения за счет усадочных кристаллизационных напряжений. Разрушению способствует образование на границах кристаллитов выделений (сегрегаций) легкоплавких фаз (сульфидов, фосфидов, оксидов), ослабляющих связи между растущими зернами. Склонность к образованию горячих трещин тем выше, чем шире температурный интервал кристаллизации и чем ниже металлургическое качество стали. Углерод расширяет интервал кристаллизации и усиливает склонность стали к образованию горячих трещин. Холодные трещины образуются при охлаждении сварного шва ниже 200-300°С преимущественно в зоне термического влияния. Процесс их образования имеет, как правило, замедленный характер, что делает их особо опасными. Причиной образования холодных трещин являются внутренние напряжения, возникающие при структурных превращениях (особенно мартенситном) в результате местной закалки стали. В низкоуглеродистых сталях, где объемный эффект мартенситного превращения мал, холодные трещины встречаются редко. С ростом содержания углерода фазовые напряжения увеличиваются, что способствует появлению холодных трещин. В углеродистых сталях холодные трещины являются наиболее распространенным дефектом. Склонность к образованию горячих и холодных трещин определяет свариваемость металла – способность получения сварного соединения, равнопрочного с основным металлом. Углерод и все основные легирующие элементы отрицательно влияют на свариваемость. Низкой склонностью к образованию холодных трещин (высокой свариваемостью) обладают стали, у которых Сэкв < 0,45%, т.е. содержащие до ~ 0,25% С. В эту группу входят углеродистые стали Ст1 - Ст4, 05, 08, 10, 15, 20, 25, а так же низколегированные стали 09Г2(Д), 14Г2, 17ГС и др., применяемые для изготовления различных металлоконструкций.
    Поры – округлые или вытянутые полости, заполненные газом. Они могут быть микроскопическими и крупными (до 4-6 мм). Поры образуются в швах или на границе сплавления с основным металлом. Склонность к образованию пор зависит от концентрации газа в сварочной ванне, растворимости его в твердом или жидком металле при температуре кристаллизации, скорости кристаллизации металла, коэффициента диффузии газа в жидком и твердом металлах. Газовыделение связано с химическими реакциями в расплавленном металле. Из-за нерастворимости в железе СО в процессе реакции выделяется в виде пузырьков. Снижение растворимости газов по мере охлаждения сварочной ванны также является причиной образования пористости. При сварке строительных сталей основная причина образования пор – плохое раскисление сварочной ванны.
    Неметаллические включения – это дефекты в виде инородных частиц в металле шва. Различают шлаковые, флюсовые, окисные и другие неметаллические включения. Шлаковые включения образуются в результате плохой очистки кромок свариваемых деталей, а так же недостаточно полного удаления шлака при многослойной сварке. При сварке плавлением основной металл и электрод плавятся, образуя жидкую ванну. В результате жидкофазного перемешивания компонентов и последующей кристаллизации формируется литая структура шва, химический состав которой отличается от состава основного металла. Рассмотрим возможные виды химической неоднородности металла шва (ликвации). Как и при кристаллизации слитка в литейной форме, можно выделить три вида ликвации: зональную, дендритную и гравитационную (по плотности). Зональная ликвация может наблюдаться в объеме шва. По мере кристаллизации шва по направлению от границы сплавления к центру металл будет обогащаться различными примесями, поэтому химический состав литой структуры по сечению будет неодинаков. Например, при сварке стали в центральной части шва может увеличиваться концентрация углерода и вредных примесей – серы и фосфора. Помимо зональной ликвации в структуре шва может наблюдаться дендритная ликвация – неоднородность химического состава по сечению зерна (дендрита). Центр зерна будет обогащен более тугоплавкими элементами, а междендритное пространство, затвердевающее в последнюю очередь, будет содержать наибольшее количество легкоплавких примесей. При сварке плавлением металлов, сильно отличающихся по плотности, возможна гравитационная ликвация. Верхняя часть шва будет обогащена более легкими компонентами, а нижняя более тяжелыми.
    3. Изучение дефектов сварных соединений методами макроскопического анализа (макроанализа)
    3.1 Общая характеристика макроанализа
    Макроанализ состоит в определении макроструктуры металлов и сплавов невооруженным глазом или с помощью лупы при небольшом (20-30 раз) увеличении. В отличие от микроанализа макроанализ не позволяет исследовать микроструктуру металла. Макроанализ используется для контроля качества металлических деталей, изготовленных методами литья, обработки давлением, сварки, резания, термообработки. Макроанализ позволяет определить вид излома (вязкий, хрупкий и др.); нарушения сплошности металла (усадочную рыхлость, газовые пузыри, трещины и др.); дендритное и волокнистое строение; химические неоднородности литого металла (ликвацию серы, фосфора и других элементов).
    Для выполнения макроанализа из изучаемой части детали изготавливают образец, который подвергают шлифовке и травлению специальными реактивами. Такой образец называют макрошлифом. На шлифованной поверхности не должно быть загрязнений, следов масла и т.п.
    Для макротравления используют более сильные реактивы по сравнению с микротравлением. Результаты макроанализа можно зафиксировать, сделав фотоснимок макроструктуры при увеличении от 0,5 до 20 раз.
    3.2 Макроанализ сварных соединений
    Макроанализ позволяет определить форму, размеры и дендритное строение сварного шва, наличие в шве и основном металле различных дефектов: непроваров, трещин, шлаковых включений, газовых пор, ликваций углерода и вредных примесей (Р и S), усадочных рыхлостей.
    Для выявления макростроения сварных соединений из низко- и среднеуглеродистых сталей чаще все используют методы поверхностного травления (реактив Гейна и метод Баумана).
    Реактив Гейна имеет следующий состав: 85 гр. хлорной меди CuCl2, 53 гр. хлорида аммония NH4CI на 1000 мл воды. Макрошлиф протирают спиртом и погружают шлифованной поверхностью на 30-60 секунд в реактив; при этом происходит обменная реакция, по которой железо вытесняет медь из водного раствора. Медь оседает на поверхности шлифа. На участках, в которых обменная реакция не развивается полностью, и поэтому недостаточно защищенных медью (поры, трещины, непровары, неметаллические включения), происходит травление. После травления макрошлиф вынимают из раствора, снимают ватой под струей воды слой меди и просушивают, обдувая грушей, чтобы предохранить шлиф от быстрого окисления на воздухе.
    Данный метод выявляет поры в месте стыка в наплавленном металле, а также участки, обогащенные углеродом, серой и фосфором. Участки стали с различным содержанием этих элементов травятся неодинаково. В участках, обогащенных углеродом и фосфором, медь выделяется менее интенсивно и меньше защищает поверхность металла от травящего действия хлористых солей реактива. В результате эти участки окрашиваются в более темный цвет. Лучшие результаты дает макроанализ стали, содержащей до 0,6% С. В стали с большим содержанием углерода осадок меди плохо смывается с макрошлифа. Реактив Гейна выявляет одновременно и ликвацию серы, поскольку характер распределения серы, фосфора и углерода в стали практически одинаков.
    Для определения ликвации серы в сварном шве используют метод фотоотпечатков (метод Баумана). Бромсеребряную фотобумагу на свету смачивают или выдерживают 5-10 минут в 5% водном растворе серной кислоты и слегка просушивают между листами фильтровальной бумаги для удаления излишнего раствора. После этого на приготовленный макрошлиф укладывают фотобумагу и осторожно, не допуская ее смещения, проглаживают резиновым валиком или рукой (в резиновой перчатке) для удаления оставшихся между бумагой и макрошлифом пузырьков воздуха (пузырьки оставляют белые пятна и маскируют результаты анализа). Фотобумагу выдерживают на макрошлифе 3-15 мин.
    Сернистые включения (FeS, MnS), имеющиеся в наплавленном металле на его поверхности, реагируют с серной кислотой, оставшейся на фотобумаге (пропитавшей ее). Образующийся сероводород непосредственно в очагах своего выделения воздействует на кристаллики бромистого серебра фотоэмульсии.
    Темные участки сернистого серебра, образующиеся на фотобумаге, показывают форму и характер распределения сульфидов в сварном шве и зоне термического влияния. Снятую с макрошлифа фотобумагу промывают под струей воды, фиксируют 20-30 минут в растворе гипосульфита, затем промывают – 10 минут в воде и просушивают. Если в сварном шве содержится повышенное количество фосфора, то в участках со значительной его ликвацией фосфор участвует в реакции с бромистым серебром и образует фосфиды серебра темного цвета.

  6. Whatkni Ответить

    БИЛЕТ 7
    ВОПРОС 1. С какой целью один из концов электрода выполняют без покрытия
    1. С целью экономии покрытия.
    2. Для определения марки электрода.
    3. Для токоподвода.
    ВОПРОС 2. Какие стали относятся к группе кремнемаргацовистых сталей?
    1. 15Х2НМФА, 16ГНМА, 20ХМА.
    2. 10ХСНД, 10ХН1М, 12МХ.
    3. 15ГС, 20ГСЛ, 09Г2С.
    ВОПРОС 3. Укажите буквенные обозначения вида электродного покрытия.
    1. А — кислое, Б – основное, Ц – целлюлозное, Р – рутиловое, П – прочих видов.
    2. К – кислое, О — основное, ОР –органическое, РТ – рутиловое, П – прочих видов.
    3. К – кислое, О — основное, Ц – целлюлозное, Р – рутиловое, П – прочих видов.
    ВОПРОС 4. Исходя из каких условий выбираются провода для электрических цепей?
    1. Исходя из допустимой плотности тока.
    2. Исходя из удельного сопротивления проводника.
    3. Исходя из требуемой длины проводника.
    ВОПРОС 5. Какие требования предъявляются к помещению для хранения сварочных материалов?
    1. Сварочные материалы хранят в специально оборудованном помещении без ограничения температуры и влажности воздуха.
    2. Сварочные материалы хранят в специально оборудованном помещении при положительной температуре воздуха.
    3. Сварочные материалы хранят в специально оборудованном помещении при температуре не ниже 15 0С и относительной влажности воздуха не более 50%.
    ВОПРОС 6. Для сварки какой группы сталей применяют электроды типов Э-09М и Э-09МХ?
    1. Для сварки теплоустойчивых низколегированных сталей.
    2. Для сварки конструкционных сталей повышенной и высокой прочности.
    3. Для сварки высоколегированных сталей.
    ВОПРОС 7. Какую основную роль играют газообразующие вещества в электродном покрытии?
    1. Нейтрализуют вредное влияние серы и фосфора в металле шва.
    2. Повышают пластичность наплавленного металла.
    3. Защищают расплавленный металл сварного шва от взаимодействия с воздухом.
    ВОПРОС 8. Как влияет сварочный ток на размеры сварного шва?
    1. Увеличение сварочного тока уменьшает размеры шва и зоны термического влияния.
    2. Увеличение сварочного тока уменьшает размеры шва и увеличивает зону термического влияния.
    3. Увеличение сварочного тока увеличивает глубину проплавления и ширину зоны термического влияния.
    ВОПРОС 9. Нужен ли предварительный подогрев при сварке хорошо свариваемых углеродистых сталей с толщиной элементов более 40 мм?
    1. По разрешению Госгортехнадзора.
    2. Не нужен.
    3. Нужен.
    ВОПРОС 10. Что такое дуговая сварка покрытым электродом?
    1.Способ сварки, в котором дуга горит под слоем расплавленного шлака.
    2. Способ сварки, в котором защита дуги, покрытого электрода и сварного шва осуществляется защитными газами.
    3. Способ сварки, в котором расплавление металлического стержня, электродного покрытия и металла свариваемых элементов производится сварочной дугой.
    ВОПРОС 11. Какую вольтамперную характеристику должны иметь источники тока для ручной дуговой сварки?
    1. Возрастающая.
    2. Жесткую или пологопадующую.
    3. Крутопадающую.
    ВОПРОС 12. Укажите, как влияет увеличение напряжения дуги на геометрические размеры сварного шва
    1. Увеличивается ширина шва.
    2. Влияния не оказывает.
    3. Глубина проплава увеличивается.
    ВОПРОС 13. Что контролируется при визуальном контроле?
    1. Поры, неметаллические включения.
    2. Внутренние трещины, несплавления.
    3. Форма и размер шва, поверхностные трещины и поры, подрезы.
    ВОПРОС 14. Влияют ли род и полярность тока на величину провара при РДС?
    1. Не влияет.
    2. Влияет существенно.
    3. Влияет незначительно.
    ВОПРОС 15. Как влияет величина объема металла, наплавленного в разделку за один проход, на величину деформации сварных соединений?
    1. Увеличивает деформацию с увеличением объема.
    2. Уменьшает деформацию с увеличением объема.
    3. Не влияет
    ВОПРОС 16. Как исправить швы с непроваром корня шва?
    1. Выборка металла со стороны корня шва с механической зачисткой и последующей заваркой.
    2. Дефектный участок не удаляется, а исправляется сваркой.
    3. Выборка дефектного участка со стороны корня шва механическим способом без последующей заварки.
    ВОПРОС 17. К каким дефектам может привести сварка на монтаже без защиты места сварки от ветра?
    1. К появлению шлаковых включений.
    2. К появлению пористости.
    3. К появлению непроваров.
    ВОПРОС 18. Какое напряжение считается безопасным в сырых помещениях?
    1. Ниже 48 В.
    2. Ниже 36 В.
    3. Ниже 12 В.
    ВОПРОС 19. На что указывает и следующая за треугольником цифра в условном обозначении сварных швов на чертежах?
    1. На размер катета углового шва.
    2. На толщину свариваемых деталей.
    3. На способ сварки.
    ВОПРОС 20. С какой целью в сварочной маске устанавливают светофильтр?
    1. С целью защиты глаз сварщика от вредного ультрафиолетового излучения при наблюдении за сваркой.
    2. С целью защиты лица сварщика от брызг расплавленного металла.
    3. С целью обеспечения лучшего наблюдения за плавлением металла.
    Для перехода на следующую страницу, воспользуйтесь постраничной навигацией ниже

  7. anvldko Ответить

    Присутствие кислорода в металле шва резко снижает его механические характеристики: прочность, пластичность, ударную вязкость. Кроме того, кислород способствует образованию пор, увеличивает хладноломкость и красноломкость, снижает стойкость металла шва против коррозии.
    В зону сварки кислород попадает из окружающей атмосферы, электродных покрытий, поверхностных окислов основного металла (ржавчина, окалина). Кислород вступает в соединения с элементами, входящими в состав металла шва, образуя окислы. При сварке стали окисляется железо, являющееся основным ее элементом. Другие элементы окисляются тем быстрее, чем больше химическое родство данного элемента с кислородом. На степень окисления существенно влияет длина дуги в процессе сварки. При большой длине дуги окисление металла происходит интенсивней вследствие более длительного контакта с окружающей атмосферой расплавленного электродного металла.
    Наличие водорода в сварном шве приводит к образованию дефектов: пористости и трещин, газовых пузырей и флокенов, т. е. небольших светлых пятен с очень малой полостью в центре, встречающихся на поверхности излома.
    Водород попадает в зону сварки из влаги, содержащейся в окружающей атмосфере, электродном покрытии, на свариваемых кромках, а также из органических компонентов некоторых электродных покрытий. Водород не вступает в соединения с расплавленным металлом, но в атомарном состоянии хорошо растворяется в жидком металле.
    Присутствие в металле шва азота способствует образованию пор, резко снижает пластичность и ударную вязкость, повышая при этом прочность и твердость (явление старения стали).
    Азот в зону сварки попадает из окружающей атмосферы. Атомарный азот растворяется в сварочной ванне. Вступая в химическое соединение с железом, азот образует нитриды.
    На степень насыщения металла шва азотом оказывает влияние режим сварки, причем с увеличением сварочного тока и уменьшением длины дуги содержание азота в сварном шве уменьшается.
    Мероприятия, предотвращающие насыщение шва газами

  8. memu Ответить

    Строение сварного шва после затвердевания и распределения температуры малоуглеродистой стали на рис. 1. Наплавленный металл 2 получается в результате перевода присадочного и частично основного металлов в жидком состоянии, образования жидкой ванночки и последующего затвердевания, в процессе которого расплавленный металл соединяется с основным 1. В узкой зоне сплавления 3 кристаллизуются зерна, принадлежащие основному и наплавленному металлу. Во всяком сварном шве образуется зона термического влияния 4, которая располагается в толще основного металла. В этой зоне под влиянием быстрого нагрева и охлаждения в процессе сварки изменяется лишь структура металла, а его химический состав остается неизменным.

    Рис. 1. Строение шва
    Свойства металла в зоне шва определяются условиями плавления, металлургическо обработки основного и присадочного металлов и кристаллизации металла шва при охлаждении. Свойства сварного соединения в целом определяются характером теплового воздействия на металл в околошовных зонах.
    Во время плавления основной и присадочный металлы сильно перегреваются иногда до температур, близких к температуре кипения. Это приводит к испарению металла и изменению химического состава. Наличие газовой атмосферы вокруг плавящегося металла приводит в ряде случаев к окислению, взаимодействию металла с азотом и растворению в металле газов. Все это изменяет химический состав наплавленного металла, создает в нем окислы и другие неметаллические включения, поры и трещины. Чем чище наплавленный металл, тем выше механические свойства сварного шва.
    С целью повышения качества наплавленного металл вокруг жидкого металл создают специальную газовую атмосферу, защищающую его от воздействия воздуха, раскисляют и прикрывают жидкую ванночку специальными шлаками.
    Строение сварного шва после затвердевания и распределения температуры в малоуглеродистой стали на рис. 2. Зона 1 примыкает непосредственно к металлу шва. Основной металл на этом участке в процессе сварки частично расплавляется и представляет собой смесь твердой и жидкой фаз.

  9. kamerton Ответить

    Сера и фосфор являются очень вредными примесями в металле шва, резко снижающими качество сварного соединения. Сера и фосфор в металл шва могут попадать из основного и электродного металла, из электродных покрытий. Чем меньше содержание серы и фосфора в основном металле и электродах, тем выше их качество.
    В сварочной ванне сера вступает в соединение с железом, образуя сернистое железо. Температура плавления и кристаллизации сернистого железа ниже, чем у стали, поэтому оно при кристаллизации сварочной ванны остается еще жидким в виде прослоек между кристаллами стали и является одной из причин образования горячих трещин по границам зерен — явление красноломкости стали.
    Чтобы уменьшить содержание серы в металле шва, в состав электродных покрытий вводят марганец (в виде ферросплавов) и кальций (в виде извести). Эти элементы имеют большое сродство с серой и связывают ее в прочные соединения, переходящие в шлак.
    Присутствие фосфора в металле повышает его хрупкость в холодном состоянии. Фосфор способствует росту зерен в процессе кристаллизации сварочной ванны. В результате снижаются пластичность и ударная вязкость, появляется неоднородность структуры металла шва. Это явление носит название хладноломкости стали.
    Удаление фосфора из сварочной ванны осуществляется путем связывания его в прочные химические соединения, переходящие в шлак, при помощи окислов железа и кальция, содержащихся в электродных покрытиях.
    Защита зоны сварки
    Для получения высококачественного сварного соединения необходимо обеспечить защиту зоны сварки от окружающей атмосферы (газов). Электродные покрытия обеспечивают газошлаковую защиту зоны сварки. Расплавляясь в процессе сварки, они образуют газ, окружающий зону сварки, и шлак, обволакивающий капли расплавленного электродного металла и покрывающий сварочную ванну. Газ и шлак преграждают доступ окружающего воздуха в зону сварки. В состав покрытий вводятся компоненты, которые обеспечивают в процессе сварки необходимую металлургическую обработку сварочной ванны.

  10. Corhal Ответить

    Сера — всегда вредная примесь при сварке металлов, так как она образует относительно легкоплавкие эвтектики Me — — MeS, что создаст возможность образования «горячих» или кристаллизационных трещин в металле шва. Ее содержание в металле и в сварочных материалах всегда следует жестко лими­тировать.
    Снижение вредного влияния серы достигается ее переводом из сульфидов железа в сульфиды с более высокой температурой плавления (MnS; Гпл=1883 К; CaS; Г„л= 2273 К), с тем чтобы она не могла участвовать в процессе кристаллизации, образуя неметаллические включения, еще в жидком металле сварочной ванны (Гпл=1800 К).
    Это достигается при введении в сварочную ванну достаточно­го количества марганца. Кальций вводят в металл ванны в виде силикокальция через электродные покрытия или порошковую проволоку.
    Общее снижение содержания серы в металле при сварке возможно при сильно основных шлаках. Бескислородные фто – ридные флюсы также способствуют удалению серы из металла в результате образования летучих фторидов металла (FeF2, FeF3) и твердых сульфидов:
    CaFs + FeS-^CaS + FeFst.
    Сера удаляется при электрошлаковой сварке и переплаве металлов.
    Фосфор — почти всегда вредная примесь в металлах, снижа­ющая их пластичность. Так, при кристаллизации стали фосфор образует ряд соединений с железом (БезР, Fe2P, FeP и FeP2), отличающихся своей хрупкостью, кристаллы которых могут стать зародышами холодных трещин. Содержание фосфора в металле шва при дуговой сварке понизить практически не удает­ся, так как он удаляется в окислительных шлаках, а сварочные шлаки — восстановительные. Концентрация фосфора в шве снижается только при электрошлаковой сварке.
    При сварке медных сплавов фосфор не представляет собой вредную примесь, так как он способен раскислять металл, обра­зуя летучий оксид Р2О5:
    5Cu20 + 2Cu3P-> 16Cu + P205f.
    Кислород — вредная примесь в металле при сварке, снижаю­щая пластические свойства металла, поэтому при всех видах сварки предусматривается процесс раскисления металла шва до допустимой нормы. При сварке металлов высокой активности (Al, Ti, Zr) следует создавать бескислородную атмосферу — аргон, гелий, вакуум, галидные флюсы, так как раскислителей для таких металлов подобрать нельзя.

Добавить ответ

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *