Заказать
Промышленный портал
Аренда, конвейер, инвестиции, производство, оборудование, технологии
Главная / Технология металлов / Сварочное производство / Сварка углеродистых сталей / Особенности

Особенности сварки углеродистых сталей

Металлургический вариант сварки углеродистых сталей назначают в зависимости от свойств свариваемой стали и условий выполнения соединений. Поскольку углеродистые стали могут поставляться с различной степенью раскисленности, то для предотвращения развития реакции «кипения»

[С] + [О] = |СО (6.1)

в процессе кристаллизации металла шва и, как следствие, образования пор из-за оксида углерода (СО) в сварочную ванну необходимо вводить раскислители (например, кремний), тормозящие развитие указанной реакции.

Однако необходимо помнить, что повышение степени раскисленности металла создает предпосылки для растворения водорода па стадии формирования сварочной ванны и образования пор из-за выделения водорода на стадии охлаждения при температурах, близких к кристаллизации. Это обусловлено тем, что концентрации водорода [Н] и кислорода [О] в металле сварочной ванны взаимосвязаны из-за развития реакции

2 [Н] + [О] = Н2О. (6.2)

Константа равновесия реакции

К2 =ρН2О/[Н] Р [O],

где рН2О — парциальное давление паров воды или

[Н]2 = ρH2О/K2 [O].

Из анализа полученного уравнения следует, что с повышением степени раскисленности, т. е. с уменьшением концентрации кислорода [О] в металле, равновесная концентрация водорода [Н] возрастает.

На переход водорода в сварочную ванну оказывает влияние способ введения элементов-раскислителей в сварочную ванну. В случае введения элементов-раскислителей через электродную (присадочную) проволоку элементы-раскислители попадают в сварочную ванну в начальный момент ее формирования. Это создает благоприятные предпосылки и для перехода водорода в сварочную ванну с момента ее формирования. При введении элементов- раскислителей через покрытие или флюс в зависимости от их свойств возможны две схемы легирования: или в результате непосредственного перехода элементов-раскислителей в сварочную ванну, если в покрытии или флюсе имеются металлические добавки, содержащие раскислители (например, ферросилиций); или за счет развития окислительно-восстановительных реакций (кремне- и марганцевосстановительных процессов):

(SiО2) + 2[Fe] = 2 (FeO) + [Si];    (6.3)
(MnO) + [Fe] = (FeO) + [Мn].    (6.4)

Константы равновесия реакций

К3 = (FeO)2·[Si ]/(SiO2)- [Fe]2;    (6.3.1)
K4= (FeO) - [Mn]/(MnO)- [Fe].    (6.4.1)

С этой целью во флюс (покрытие) специально вводят (SiO2) и (МnО) в таком количестве, чтобы реакции (6.3) и (6.4) развивались в направлении образования [Si] и [Мn]. Последнее достигается, если при подстановке исходных концентраций (активностей) в константы равновесия будут обеспечиваться неравенства

К3 (SiO2)и • [Fe]2и >(FeO)2и • [Si]и
и
К4 (MnO)и • [Fe]и > (FeO)и• [Мn]и.

Следует отметить, что при развитии реакций (6.3) и (6.4) помимо [Si ] и [Мn] в сварочную ванну частично будет переходить монооксид железа в соответствии с законом распределения (FeO)↔[FeO] и β= (FeO)/[FeO], где β — константа распределения.

Введение элементов-раскислителей за счет развития окислительно-восстановительных реакций снижает вероятность образования пористости из-за водорода. Это, во-первых, обусловлено постепенным переходом элементов-раскислителей, и, во-вторых, окислением поверхности металла сварочной ванны в результате частичного перехода монооксида железа. Однако необходимо иметь в виду, что подобный способ легирования приводит и к дополнительному загрязнению металла шва оксидными включениями.

Следует отметить, что и при введении элементов-раскислителей через электродную проволоку вероятность перехода водорода в сварочную ванну можно снизить, используя окислительную защитную среду. В этом случае формирующийся на поверхности металла слой с повышенным содержанием кислорода будет снижи п, вероятность перехода водорода в сварочную ванну.

Использование окислительных защитных сред с целью снижения вероятности образования пористости из-за водорода приводит к некоторому загрязнению металла шва оксидными включениями, что ухудшает его пластические свойства. Поэтому для предупреждения образования пористости из-за водорода используют как технологические приемы: зачистку свариваемых кромок от ржавчины, просушку (прокалку) флюсов и электродов, а также подготовку электродной (присадочной) проволоки, обеспечивающую удаление консервирующей смазки и ржавчины, так и металлургические приемы, позволяющие снизить в зоне сварки концентрацию свободного водорода. С этой целью в зону сварки вводят фториды, например, фтористый кальций. При наличии во флюсе (покрытии) Оксидов кремния будет развиваться реакция

2CaF2 + 3SiО2 = 2 (CaO·SiО2) + SiF4. (6.5)

С образованием газообразного четырехфтористого кремния, который, взаимодействуя с водородом и парами воды в газовой фазе по реакциям

SiF4 + ЗН = 3HF + SiF;    (6.6)
2SiF4 + ЗН2 = 6HF + 2SiF;    (6.7)
SiF4 + 2Н2О = 4HF + SiО2,    (6.8)

будет связывать водород в относительно прочное соединение.

При сварке углеродистых сталей некоторые затруднения вызывает образование горячих трещин в металле шва. Формирование горячих трещин при сварке углеродистых сталей в значительной мере определяется содержанием углерода и серы. С увеличением их концентрации возрастает склонность металла шва к образованию горячих трещин. Отрицательное влияние серы проявляется тем заметнее, чем выше концентрация углерода. Это, по видимому, связано с расширением температурного интервала хрупкости ТИХ, так как в системе Fe—С—S температура плавления эвтектики Feγ + FeS + Fe3 С несколько ниже (975 °С), чем температура  плавления  эвтектики (Feγ + FeS) в системе Fe—S (985 °С).

Кроме того, углерод повышает поверхностную активность серы. Последнее облегчает образование горячих трещин, поскольку снижается работа образования новых поверхностей. По этой причине при содержании углерода в низкоуглеродистой стали на верхнем пределе (0,21—0,25 %) иногда наблюдается повышение склонности металла шва к образованию горячих трещин.

Для предотвращения образования горячих трещин наряду с ограничением содержания серы понижают также и концентрацию углерода, а необходимые механические свойства получают за счет легирования металла шва, главным образом кремнием и марганцем. Содержание углерода снижают путем использовани сварочной проволоки с малым содержанием углерода. При этом используют такие виды сварных соединений и формы подготовка кромок, а также режимы сварки, при которых обеспечиваете малая доля участия основного металла в образовании шва пр достаточной производительности процесса.

Увеличение содержания марганца позволяет уменьшить склонность металла шва к образованию кристаллизационных трещин (рис. 6.1). Марганец, связывая серу в тугоплавкое соединение MnS, уменьшает протяженность температурного интервала хрупкости.

 

Рис. 6.1. Влияние серы, марганца и углерода в металле углового шва на образование трещин. Поле диаграммы выше данной кривой соответствует наличию, ниже — отсутствию трещин (ψ = 1,5, см. рис. 6.3)

Снижение вероятности образования горячих трещин из-за серы достигается за счет не только связывания ее в соединение MnS, но и развития процесса десульфурации (перевода серы из металла в шлак) при использовании высокоосновных флюсов. В этом случае на границе металл—шлак развивается реакция

[FeS ] + (СаО) = (CaS) + (FeO) (6.9)

с образованием сульфида кальция, практически не растворимого в жидком металле. Как следует из константы равновесия этой реакции

К = (CaS) (FeO)/[FeS] (СаО); [FeS] = (CaS) (FeO)/К(СаО),

для более полного удаления серы из сварочной ванны необходимо использовать флюсы с малой исходной концентрацией оксидов железа.

Некоторая десульфурация, а также снижение вредного влияния серы наблюдается при сварке под высокомарганцовистыми флюсами благодаря развитию на границе шлак—металл реакции

[FeS ] + (MnO) = (MnS) + (FeO)

с образованием сульфида марганца, обладающего малой по сравнению с сульфидом железа растворимостью в жидком металле.

При сварке в атмосфере защитных газов, обладающих окислительными свойствами, например, при дуговой сварке в атмосфере углекислого газа, возможно понижение содержания серы в шве из-за ее окисления. Окисление серы, несмотря на небольшое сродство ее к кислороду, по сравнению с железом возможно, с одной стороны, из-за высокой поверхностной активности серы, что приводит к повышению содержания серы в поверхностном слое, с другой — из-за необратимости реакции окисления серы, поскольку в результате окисления образуется газообразный продукт:

[S] + {2} = ↑{SО2}.

Поскольку образование горячих трещин определяется также характером развития деформаций при кристаллизации, применение подогрева позволяет уменьшить вероятность их образования (рис. 6.2). Уменьшение склонности к образованию горячих трещин возможно также путем изменения формы проплавления (рис. 6.3) и конфигурации фронта кристаллизации (рис. 6.4). Переход от стреловидной формы фронта кристаллизации к эллипсовидной, что достигают за счет снижения скорости сварки, позволяет уменьшить вероятность образования горячих трещин, так как при стреловидной форме фронта кристаллизации повышается вероятность образования продольной горячей трещины в центре шва по линии стыка кристаллитов.

Образование пор при сварке углеродистых сталей в зависимости от условий сварки и состава металла сварочной ванны может быть связано с развитием реакций (6.1), (6.2), протекающих в сварочной ванне с образованием газообразных продуктов (СО, Н2O), а также с выделением водорода или азота.

В зависимости от состава стали и технологии сварки преимущественное развитие могут получить некоторые из указанных реакций. Поэтому и способы борьбы с пористостью назначают в связи со свойствами стали и технологией сварки.


Рис. 6.2. Влияние содержания углерода в наплавленном металле и температуры подогрева на образование трещин (ψ = 4, см. рис. 6.3)

Рис. 6.3. Влияние содержания углерода и коэффициента формы проплавления ψ на образование трещин. Содержание в металле шва до 0,4 % Si, 0,04 % S


Рис. 6.4. Формы фронтов кристаллизации и макроструктура металла шва (схемы): а — стреловидная — заостренная; б- эллипсовидная — округлая

Промышленное оборудование

Хит Новинка
  • Назначение: выпуск 47 видов изделий методом гиперпрессования. При выпуске изделий другого типа необходима смена оснастки.
  • Уникальность: в автоматическом режиме производство изделий по технологии «мраморного окрашивания».
598 000 руб.
Хит Новинка
  • Назначение: выпуск 35 видов изделий методом гиперпрессования. При выпуске изделий другого типа необходима смена оснастки.
  • Уникальность: компактное этажное размещение, при высокой производительности
Под заказ
Хит
  • Двустороннее прессование
  • Твердость матриц 52-60 ед. по Бринеллю (для справки - твердость сверла 70 ед.)
  • Система управления на базе контроллеров Сименс или Овен. Высокая надежность
  • Автоотключение при аварии: перегрев, падения уровня масла, нерабочий концевой датчик
  • Система радужного (двухцветного) окрашивания изделий
  • Двухконтурная гидравлика - быстрый холостой ход цилиндров и медленное задавливание
  • Мелочей не бывает: пресса в базе комплектуются продувочными пистолетами «Камоци»
  • Пневматика «Камоци» (Италия)
1 099 000 руб.
Хит Новинка
профессиональная производственная линия, обладающая всем основным оборудованием, необходимым для выпуска качественных изделий, таких как: кирпич, брусчатка, лего-кирпич, плитка. Начинающий предприниматель может купить пресс для кирпича Аметист и с успехом начать свой бизнес.
598 000 руб.
Хит Новинка
  • Назначение: выпуск 47 видов изделий методом гиперпрессования. При выпуске изделий другого типа необходима смена оснастки.
  • Уникальность: в автоматическом режиме производство изделий по технологии «мраморного окрашивания».
598 000 руб.
Хит Новинка
  • Назначение: выпуск 35 видов изделий методом гиперпрессования. При выпуске изделий другого типа необходима смена оснастки.
  • Уникальность: компактное этажное размещение, при высокой производительности
Под заказ
Хит Новинка
профессиональная производственная линия, обладающая всем основным оборудованием, необходимым для выпуска качественных изделий, таких как: кирпич, брусчатка, лего-кирпич, плитка. Начинающий предприниматель может купить пресс для кирпича Аметист и с успехом начать свой бизнес.
598 000 руб.
Новинка

Конвейер скребковый трубный (КСТ) - это герметичный трубопровод из стандартной трубы, внутри которой движется цепь с закрепленными на ней скребками.

Скребковый конвейер обладает целым рядом преимуществ по сравнению с традиционными видами транспорта.

В зависимости от требуемой производительности КСТ может быть как круглого, так и прямоугольного сечения.

Под заказ
Новинка
Ленточный конвейер герметичный предназначен для транспортировки сыпучих, пылящих материалов.
Под заказ
Так все больше распространение получают ленточные конвейеры или системы конвейеров на базе пластиковой модульной ленты.
Под заказ

Создание и SEO продвижение промышленных сайтов

Адаптивный дизайн. Интернет магазин с 1С интеграцией.
SEO продвижение. ТОП 10 без ограничения ключевых слов.

Заказать Подробнее
Заказать

Промышленное оборудование

Технология металлов

Товары и услуги

Вся информация, представленная на сайте промпортал.su включая информацию о ценах, наличии товаров и их характеристиках, носит ознакомительный характер и не является публичной офертой, определяемой положениями ст.437 ГК РФ. Подробности о характеристиках, комплектации оборудования уточняйте у консультантов отдела продаж.