Металлургические процессы - Страница 22

Способы дуговой сварки - Металлургические процессы

Подробности

Металлургические процессы при сварке плавлением Плавление металла. Электродный металл при дуговой сварке плавится за счет теплоты, выделяемой на конце электрода в приэлектродной области дуги; теплоты, по падающей из столба дуги; нагрева вылета электрода при прохождении сварочного тока от токопровода и до дуги. Чем больше вылет электрода, тем больше его сопротивление и тем больше выделяется теплоты. Конец электрода нагревается до температур 2300— 2500°С, что и обеспечивает его плавление. На конце элект рода образуются капли расплавленного металла, которые переносятся через дуговое пространство в сварочную ванну. Капли формируются на конце электрода и переносятся под воздействием сил поверхностного натяжения, веса, давления газов, образующихся внутри расплавленного металла, давления газового потока, электростатических и электродинамических сил, реактивного давления паров металла. В зависимости от соотношения сил, действующих на каплю, характер переноса электродного металла может быть различным: крупнокапельным (характерен для ручной дуговой сварки покрытым электродом) или мелкокапельным (наблюдается при сварке под флюсом и в защитных газах — аргоне, углекислом газе и др., рис. 25, а); струйным (имеет место при сварке в аргоне при токах, больших некоторых критических значений, рис. 25, в)\ за счет коротких замыканий (характерен для сварки в углекислом газе, рис. 25, б). Главными силами, формирующими и удерживающими каплю на конце электрода, являются силы поверхностного натяжения, возникающие на поверхности капли и направленные внутрь нее. Отрыв капли и ее перенос обеспечивается электродинамическими силами и давлением газовых потоков. Эти силы увеличиваются с ростом сварочного тока, увеличение тока приводит к измельчению капель. Сила тяжести капли имеет существенное значение при малых плотностях тока и способствует отрыву и переносу капель металла только при сварке в нижнем положении. Перенос электродного металла в дуге сопровождается выбросом части металла за пределы сварочной ванны разбрызгиванием. Разбрызгивание связано главным образом с электрическим взрывом перемычки между отделяющейся каплей и торцом электрода под действием электромагнитных сил. Основной металл плавится в результате выделения теплоты в активном пятне (в приэлектродной области) на поверхности изделия и теплоты столба дуги. Форма проплавления (глубина и ширина) определяется концентрацией теплового и силового воздействия дуги. Основные компоненты силового воздействия дуги: поверхностные силы — давление, вызываемое торможением струи плазмы дуги о поверхность металла, реактивное давление струи пара с поверхности сварочной ванны; объемная электродинамическая сила в жидком металле. Давление осевого плазменного потока вызывается электромагнитными силами, его величина пропорциональна квадрату тока. Дуга с плавящимся электродом оказывает большее силовое воздействие на сварочную ванну, чем дуга с неплавящимся электродом. Сила давления от газового потока невелика и составляет около 1 % силы давления потока, вызываемого электромагнитными силами. Процесс проплавления металла определяется тепловым и силовым воздействием дуги. Формирование и кристаллизация сварочной ванны. Формирование сварочной ванны происходит под действием силы тяжести расплавленного металла Рм, давления источника теплоты (например, давление дуги) Рд и сил поверхностного натяжения Рп, действующих на поверхности металла (рис. 26). Характер действия этих сил зависит от положения сварки. При сварке в нижнем положении при сквозном проплавлении жидкая ванна удерживается на весу силами поверхностного натяжения Рп, которые уравновешивают давление, оказываемое на ванну источником теплоты Рд , и силу тяжести Рм (вес жидкого металла). В том случае, если сила тяжести расплавленного металла и сила давления источника теплоты превысят силы поверхностного натяжения, т. е. произойдет разрыв поверхностного слоя в проплаве, и жидкий металл вытечет из ванны, образуя прожог. В условиях движущейся сварочной ванны (во время сварки) возникают дополнительные гидродинамические силы, вызванные перемещением расплавленного металла в хвостовую часть ванны. В случаях, когда силы поверхностного натяжения не могут уравновесить разрушающие силы, необходимо применять специальные меры — ограничивать объем сварочной ванны, применять сварку на подкладках, использовать удерживающие приспособления. Удержание ванны от стекания имеет особенно важное значение при сварке в вертикальном и потолочном положениях. При сварке в вертикальном положении процесс можно вести сверху вниз (на спуск) и снизу вверх (на подъем). В обоих случаях сила тяжести ванны направлена вниз по продольной оси шва. При сварке на спуск удержанию ванны от стекания способствует давление дуги и силы поверхностного натяжения. При сварке на подъем ванна удерживается только силами поверхностного натяжения. При сварке в вертикальном положении для удержания ванны необходимо ограничивать тепловую мощность и размеры ванны. Выполнение швов в потолочном положении осложняется не только опасностью стекания ванны. Возникает необходимость переноса присадочного металла в ванну в направлении, противоположном действию силы тяжести. При сварке в потолочном положении ванна удерживается силами поверхностного натяжения и давлением дуги. Для удержания ванны в потолочном положении также необходимо ограничивать ее объем. Очень неблагоприятные условия формирования шва при выполнении горизонтальных швов на вертикальной плоско сти. Расплавленный металл ванны натекает на нижнюю свариваемую кромку, что приводит к формированию несимметричного усиления шва, а также подрезов. При сварке горизонтальных швов предъявляются жесткие требования к сокращению размеров сварочной ванны. Кристаллизация металла сварочной ванны. При сварке плавлением сварочную ванну можно условно разделить на два участка: головной, где происходит плавление основного и дополнительного металлов, и хвостовой, где происходит затвердевание расплавленного металла. Переход металла сварочной ванны из жидкого состояния в твердое называют кристаллизацией.

Отличительные особенности кристаллизации сварочной ванны:

1. Источник теплоты при сварке перемещается вдоль соединяемых кромок, а вместе с ним движутся плавильное пространство и сварочная ванна. При дуговой сварке столб дуги, расположенный в головной части ванны, оказывает механическое воздействие (давление) на поверхность расплавленного металла за счет удара заряженных частиц, давления газов и дутья дуги. Давление приводит к вытеснению жидкого металла из-под основания дуги и погружению столба дуги в толщу основного металла. Жидкий металл, вытесненный из-под основания дуги, по мере передвижения дуги отбрасывается в хвостовую часть сварочной ванны. При удалении дуги отвод теплоты начинает преобладать над притоком и начинается затвердевание — кристаллизация сварочной ванны. В процессе затвердевания по границе расплавления образуются общие кристаллиты, что и обеспечивает монолитность соединения.

2. Малый объем сварочной ванны, который зависит от вида и режима сварки и изменяется от 0,1 до 10 см3. Поэтому теплоотвод в прилегающий холодный металл очень велик, велика и скорость кристаллизации.

3. Значительный перегрев расплавленного металла и его интенсивное перемешивание.

4. Кристаллизация металла сварочной ванны при сварке плавлением начинается в основном от готовых центров кристаллизации — частично оплавленных зерен основного металла. Металл шва, выполненного сваркой плавлением, имеет столбчатое строение, так как состоит из вытянутых (столбчатых) кристаллитов, растущих при кристаллизации в направлении, обратном теплоотводу.

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

   
© ALLROUNDER