Книги, научные публикации Pages:     | 1 | 2 | 3 |

МНСТЕРСТВО ОСВТИ НАУКИ УКРАпНИ Нацональний унверситет кораблебудування мен адмрала Макаровa О.М. КОСТН ЗВАРЮВАЛЬН МАТЕРАЛИ Рекомендовано Мнстерством освти науки Украни як ...

-- [ Страница 2 ] --

Важливою характеристикою порошкових дротв, вд яко залежить можливий ступнь легування наплавленого металу, коефцнт запов нення - вдношення маси шихти наповнювача до маси дроту. Максималь не значення коефцнта заповнення (КЗ) порошкових дротв не переви щу 45 %. Досягти його можливо тльки при використанн в шихт порош кових дротв чистих металв або феросплавв, що мстять карбди, як ма ють велику щльнсть. Мнеральн компоненти з вдносно невисокою щльнстю не дозволяють одержати велик показники коефцнта запов нення. У бльшост порошкових дротв, як на сьогодн виробляються, ко ефцнт заповнення склада 25Е35 %. Якщо за умовами легування необ хдний великий коефцнт заповнення, то для виготовлення порошкового дроту використовують бльш тонку стрчку та збльшують даметр дроту.

Технологчн особливост зварювання порошковим дротом повТязан з його будовою, яка вплива на характер перенесення електродного металу (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Зона проплав лення при зварюванн су цльним дротом (а) та по рошковим (б) а б Конструкця порошкового дроту увбрала до себе кращ характери стики способв ручного дугового зварювання покритими електродами та механзованого зварювання дротами суцльного перерзу. Зварювальна дуга порошкових дротв у перерз ширша, нж у суцльних дротв. Крапл розплавленого металу переносяться через дуговий промжок менш концен тровано хня енергя розподляться бльш рвномрно. Це дозволя про водити зварювання на великих питомих щльностях струму, що стаблзу процес горння дуги, забезпечу стабльне, рвномрне перенесення роз плавленого металу крзь дуговий промжок. Теплота дуги поширються на велику поверхню. Це забезпечу в перерз шва сприятливу округлу форму зони проплавлення. Формування поверхн зварного шва вдбува ться без турбулентност, що характерно для зварювання дротами суцль ного перерзу. Практично вдсутня небезпека непровару кореня шва при зварюванн кутових таврових зТднань. Забезпечуться гарантована пла стичнсть та ударна вТязксть зварного зТднання за рахунок доброго роз киснення металу шва. Досягаться пдвищення продуктивност зварюван ня.

Зазначен переваги виводять порошковий дрт у дери серед зварю вальних матералв, у звТязку з чим, обсяг його продажу неперервно зро ста. Наприклад, на японських суднобудвних пдпримствах бльше 90 % обсягу механзованого та роботизованого зварювання в захисних газах виконуться порошковими дротами даметром 1,2...1,6 мм [16].

Основним недолком порошкових дротв великого даметра (2,0Е3,0 мм) необхднсть застосування для стабльного горння дуги пдвищених зварювальних струмв, що дозволя використовувати х тль ки для зварювання в нижньому положенн й нколи у вертикальному. Це пояснються тим, що утворена зварювальна ванна пдвищеного обТму, яка покрита рдким шлаком, не утримуться у вертикальному та стельо вому положеннях силою свого поверхневого натягу й тиском газв дуги.

У звТязку з цим на втчизняних суднобудвних пдпримствах переважно застосовуться мпортний порошковий дрт малого даметра.

Продуктивнсть процесу зварювання порошковим дротом значно ви ща, нж суцльним за рахунок бльш високо питомо швидкост плавлен ня. Це вочевидь видно з рис. 3.5 [10]. Крм того, швидксть плавлення по рошкового дроту визначеного типу залежить вд коефцнта його запов нення. Чим бльший коефцнт заповнення, тим менша площа попереч ного перерзу металево оболонки дроту, бльша питома щльнсть струму та швидксть його плавлення [10].

Рис. 3.5. Вплив коефцнта заповнення на швидксть плавлення для рутилових порошкових дротв даметром 1,6 мм:

1, 2 - порошковий дрт з 30%-ми 20% кое фцнтами заповнення вдповдно;

3 - суцльний дрт При зварюванн порошковим дротом в нижньому положенн забезпе чуться пдвищення продуктивност на 30Е40 %, а при зварюванн у вер тикальному або стельовому положеннях продуктивнсть збльшуться в два та бльше рази порвняно з механзованим ручним дуговим зварю ванням [1, 10, 21].

Однак зростання продуктивност процесу зварювання - не головна причина використання порошкового дроту. Дуже важливим те, що по пшуться яксть зварювання. Покращуються умови формування шва, зменшуться ризик виникнення трщин в конструкцях, як працюють тривалий час при динамчному навантаженн, особливо при низьких тем пературах [16]. Це досягаться за рахунок того, що порошковий зварю вальний дрт забезпечу досить низький рвень водню в наплавленому ме тал. Забезпечення вмсту водню не бльше 5 см3/100 г не проблемою для бльшост металонаповнених та основних порошкових дротв у всьо му дапазон режимв зварювання [10].

Найбльший вмст водню мають рутилов порошков дроти, що виго товляються методом волочння. Для цих дротв необхдно ретельно до тримуватися рекомендованих умов збергання та режимв зварювання. В противному випадку не забезпечуться вмст водню в наплавленому ме тал менше 5 см3/100 г. У звТязку з цим в останн роки надають перевагу дроту, що виготовляться комбнованим способом прокатуванняЦ волочння. На поверхн такого дроту залишаться дуже тонкий шар воло чильного мастила, що забезпечу досить низький вмст водню в наплав леному метал та добр умови подавання дроту в зону зварювання по гнуч ким шлангам [16].

Середнй термн збергання порошкових дротв у рекомендованих умовах без погршення х металургйних технологчних характеристик обмежуться двома роками [1]. Однак дослдження показують, що цей показник на практиц значно вищий [10].

До особливостей практичного використання порошкових дротв треба вднести той факт, що у звТязку з недостатньою твердстю трубчасто конструкц для забезпечення надйного х застосування необхдно, як правило, використовувати чотирироликов подавальн пристро [21].

На сьогодн промисловстю випускаються десятки марок порошкових дротв для зварювання та наплавлення низьковуглецевих, низьколегова них, теплотривких, високомцних, жаромцних, спецальних сталей, чаву ну, кольорових металв сплавв, напилювання мцних, зносостйких за хисних шарв, рзання чорних кольорових металв т. п. Склади цих дро тв не регламентован ГОСТ визначаються технчними умовами пдпри мств-виробникв. У табл. 21ДЦ23Д наведено найбльш розповсюджен порошков дроти провдних втчизняних виробникв для зварювання, на плавлення та рзання. Бльш докладну нформацю можна знайти в ката логах цих пдпримств.

Частка порошкових дротв у загальному обсяз виробництва зварю вальних матералв постйно збльшуться. В 2000 р. в кранах кС збль шення виробництва складало 9 % [16], в Япон в 2001 р. - 30 % [28]. Ви користання порошкових дротв ма велике майбутн.

Роздл 4. ФЛЮСИ ДЛЯ ЗВАРЮВАННЯ ТА НАПЛАВЛЕННЯ "Зварювальний флюс - матерал, який використовують пд час зварю вання для хмчного очищення зТднуваних поверхонь, захисту розплав леного металу вд навколишнього середовища та полпшення якост шва" (ДСТУ 3761.3Ц98). Крм виконання основних функцй, флюс при зварю ванн сприя стабльному горнню дуги та покращу формування шва [11].

Серед рзних снуючих способв механзованого зварювання з засто суванням флюсу найбльш поширеним електродугове зварювання пд шаром флюсу. Схема цього процесу представлена на рис. 4.1 [12]. Зварю вальна дуга 2 горить мж виробом 1 та кнцем зварювального дроту 3. В мру розплавлення дроту останнй автоматично податься в зону зварю вання. Дуга закрита шаром флюсу 4. Зварювальний дрт перемщуться в напрямку зварювання за допомогою спецального механзму (автоматич не зварювання) або самим зварником (механзоване зварювання). Пд впливом тепла дуги основний метал та флюс плавляться. Рдкий шлак утворю навколо зони зварювання еластичну плвку 5, яка золю цю зону вд доступу повтря. Крапл розплавленого металу зварювального дроту переходять через дуговий промжок у зварювальну ванну 6, де змшують ся з розплавленим основним металом. В мру перемщення дуги вперед метал зварювально ванни охолоджуться та кристалзуться, формуючи шов 8. Шлак залишаться рдким ще деякий час, захища метал. Потм шлак тверд, утворюючи на поверхн шва шлакову крку 7.

Роль флюсу-шлаку при зварюванн та наплавленн дуже велика. Його складом визначаться атмосфера дуги, вд яко залежить стабльнсть горння, стйксть швв проти пороутворення, обТм та спввдношення шкдливих газв. Вд шлаку залежить стабльнсть електрошлакового процесу. Взамодя розплавленого шлаку з металом зварювально ванни стотно вплива на хмчний склад металу шва, його структуру, стйксть проти утворення кристалзацйних (гарячих) трщин та нших дефектв [18].

Рис. 4.1. Схема процесу електродуго вого зварювання пд шаром флюсу До найважливших функцй шлаку, що мають значення при усх ви дах зварювання плавленням, належать так [12]:

забезпечення стабльност процесу зварювання;

яксне формування шва;

захист зони зварювання вд оточуючого повтря;

попередження утворення у швах дефектв;

забезпечення необхдного хмчного складу, механчних властивостей металу шва та зварного зТднання в цлому.

Склад флюсу повинен забезпечувати легке вдокремлення шлаково крки вд поверхн металу та сантарно-ггнчн умови зварювання. У процес зварювання видлення шкдливих речовин повинне бути мнмаль ним. Крм цих загальних функцй специфчн для кожного виду зварю вання.

4.1. Класифкаця зварювальних флюсв Залежно вд способу виготовлення флюси подляють на плавлен, ке рамчн плавлено-керамчн.

"Керамчний зварювальний флюс - флюс, який одержують у результа т змшування порошкових матералв з вТяжучою речовиною, грануляц та подальшого термчного оброблення" (ДСТУ 3761.3Ц98). Деяк марки керамчних флюсв виготовляють без вТяжучо речовини (рдке скло) за рахунок спкання шихти.

Так флюси застосовують переважно при наплавленн, оскльки вони дозволяють легувати наплавлений метал у широких межах концентрацй.

Для цього у флюси вводять металев порошки та феросплави.

"Плавлений зварювальний флюс - флюс, який одержують сплавлен ням його складових частин та подальшою грануляцю псля кристалзац або безпосередньо з розплаву" (ДСТУ 3761.3Ц98). Компоненти шихти флюсв розплавляють в електричних або полуменевих печах з наступною грануляцю розплаву мокрим способом у вод, сухим подрбненням за стиглого шлаку або розпиленням рдкого струменю розплаву повтряним потоком.

Плавлено-керамчн флюси в якост основи порошково шихти мстять плавлен флюси. Виготовлення флюсв де за технологю виробництва керамчних флюсв. Сумсне використання обох методв дозволя пдви щити зварювально-технологчн властивост флюсу [23].

За призначенням розрзняють флюси загального призначення та спе цальн. Флюси загального призначення використовують для механзова ного дугового зварювання та наплавлення вуглецевих низьколегованих сталей аналогчним за хмчним складом дротом;

спецальн флюси - для окремих видв зварювання (наплавлення), наприклад, електрошлакового або зварювання високолегованих сталей.

За традицю у втчизнянй практиц марка флюсу вказу наймену вання розробника його порядковий номер. Так, флюси, розроблен ЕЗ м. к.О. Патона НАН Украни, мають позначення терами "АН" (АН-348А, АН-20;

АН-22 та н.), що означа - "Академя Наук". Флюси, запропонован НВО "ЦНИИТмаш", мають позначення терами "ФЦ" - "флюс ЦНИИТмаш" т. п. Поряд з цим були спроби ввести ндекси, як у певнй мр характеризують склад флюсу, наприклад, ОФ-6 ОФ-10 (ос новний флюс), КФ-16 (кислий флюс), НФ-17 (нейтральний флюс). Однак ця практика дотепер не одержала широкого поширення серед розробникв флюсв.

Класифкаця флюсв за хмчним складом. Залежно вд хмчного складу шлаково основи зварювальн флюси подляють на три групи: ок сидн, сольов та солеоксидн.

Оксидн флюси переважно складаються з оксидв металв можуть мстити до 10 % фтористих зТднань. пх переважно використовують для зварювання вуглецевих та низьколегованих сталей.

Флюси сольово групи утримують фторист та хлорист сол металв, а також нш безкиснев хмчн сполуки. пх застосовують для зварювання активних металв, таких як алюмнй, титан та н., а також в електрошла ковй технолог.

Флюси солеоксидно групи мстять фториди та оксиди металв. Ця група флюсв найбльш вдповда вимогам при зварюванн та наплавлен н середньо- та високолегованих сталей сплавв.

Оксидн флюси побудован переважно на баз шлаково системи MnОЦSiО2, хоча оксидн флюси на баз нших шлакових систем. Най бльш поширений розподл флюсв за вмстом в них оксидв кремню та мангану такий:

за вмстом кремнезему - безкремнвий (кльксть SiО2 у вигляд до мшки до 5 %), низькокремнвий (6Е35 % SiО2) та висококремнвий (бльше 35 % SiО2);

за вмстом мангану - безмангановий (кльксть MnО у вигляд домш ки до 1 %), низькомангановий (до 10 % MnО), середньомангановий (15Е30 % MnО) та високомангановий (бльше 30 % MnО).

За хмчним складом, вдповдно до документа Мжнародного нсти туту зварювання (International Institute of Welding - IIW) [26], зварювальн флюси розподлен на шсть груп, а згдно з класифкацю ISO [2] пропо нуться пТять типв флюсв (табл. 4.1).

Таблиця 4.1. Класифкаця зварювальних флюсв за вмстом основних складових Номер з/п, Умовне у систем позна- Вмст базових складових, % Тип флюсу класиф чення кац Класифкаця IIW СаО + МgO + SiO2 > 50 %;

Кальцво-силкатний CS CaO + MgO > 15 % (Calcium-silicate) МnО + SiO2 > 50 %;

Манганово-силкатний MS CaO < 15 % (Marganese-Silicate) Глиноземно-рутиловий AR 3 Al2O3 + ТiO2 > 45 % (Aluminate-Rutile) Al2O3 + СаО + МgO > 45 %;

Глиноземно-основний АВ SiO2 > 22 %;

CaF2 < 15 % (Aluminate-Basic) СаО + МgО + МnО + СaF2 > 50 %;

Фторидно-основний FB SiO2 < 20 %;

CaF2 > 15 % (Fluoride-Basic) ST 6 Будь-який склад Легуючий Класифкаця ISO ZrO2 + SiO2 + MnO > 45 %;

Цирконво-силкатний ZS ZrO2 < 15 % (Zircоnium-Silicate) TiO2 + SiO2 > 50 %;

Рутилово-силкатний RS TiO2 < 20 % (Rutile-Silicate) A12O3 + SiO2 + ZrO2 > 40 %;

Глиноземно-силкатний AS CaF2 + MgO > 30 %;

ZrО2 > 5 % (Aluminate-Silicate) Глиноземно-фторидний AF 4 AI2O3 + CaF2 > 70 % (Aluminate-Fluoride) Z 5 Будь-який склад - Класифкаця за основнстю. Хмчний вплив розплавленого флюсу шлаку на метал шва у значнй мр визначаться спввдношенням у його склад кислих, основних та амфотерних складових флюсу. До основних оксидв належать, наприклад, СаО, МgО, МnО, FеО та н., до кислих SiО2, TiО2, ZrО2. Оксиди алюмню (Al2O3) залза (Fe2O3) мають амфотерний характер. Якщо у склад флюсу мститься багато кислих оксидв, то Al2O Fe2O3 мають характер основних оксидв;

якщо у флюс велику частку складають основн оксиди - то кислих. Фториди хлориди практично не впливають (за деяким виключенням, наприклад CaF2) на основнсть шла ку [18].

Критерм основност (В) або кислотност (K) флюсу-шлаку, на основ молекулярно теор його будови спввдношення компонентв, що вхо дять до складу даного флюсу.

Флюси вважаються кислими при В < 1, основними - при В > 1 ней тральними - при В = 1. Класифкаця флюсв-шлакв за ступенем основ ност або кислотност певною мрою формальна, оскльки розрахован ко ефцнти (В) дають дуже приблизну оцнку властивостей флюсу. Фзич ний змст поняття основност флюсу-шлаку визначаться активнстю она кисню. Чим вища активнсть она кисню О2Ц, тим вища основнсть флюсу.

сну велика кльксть формул для визначення основност флюсв шлакв, за допомогою яких у тй або ншй мр можна врахувати можли всть утворення рзних комплексних зТднань. За даними Ю. Зеке запро поновано до 34 формул. Серед ц групи найбльш поширена формула, прийнята IIW [18]:

CaO + MgO + BaO + Na2O + K2O + Li2O + CaF2 + 0,5(MnO + FeO) B =, (4.1) SiO2 + 0,5(Al2O3 + TiO2 + ZrO2 ) де CaO, MgO, Al2O3 т. п. - вмст компонентв шлаку, %.

к нший, бльш уточнений запис ц формули:

0,01CaO+ 0,015MgO+ 0,006CaF2 + 0,014(Na2O + K2O) + 0,007(MnO+ FeO) B =. (4.2) 0,017SiO2 + 0,005(Al2O3 + TiO2 + ZrO2 ) Звичайно, чим вища основнсть флюсу, тим бльша його схильнсть до гдратац. Тому температуру прожарювання можна з достатньою для практики точнстю вибирати за номограмою (рис. 4.2) залежно вд крите рю основност В [20]. Прожарювання флюсв при визначенй температур забезпечу вмст водню в наплавленому метал не бльше 3 см3/100 г.

Класифкаця за хмчною активнстю. Методи оцнки хмчно (окисно) активност флюсв-шлакв можна умовно роздлити на дв гру пи. Перша - це унверсальн методи, придатн для оцнки металургйних характеристик захисного середовища при всх способах зварювання плав ленням. Це, як правило, найбльш загальн та найменш точн методи. Дру га група - це спецальн методи оцнки, що враховують специфчн особ ливост процесу зварювання пд флюсом.

Рис. 4.2. Залежнсть температури прожарювання флюсв вд крите рю основност В (рекомендована область заштрихована) Унверсальн методи оцнки хмчно активност зварювальних флю св базуються на оцнц змн хмчного складу наплавленого металу пд впливом захисного середовища (флюсу).

При оцнц хмчно активност флюсв за пдсумковою окисною здат нстю його складових оксидв використовують пдсумкову кльксть кис ню, що бере участь у хмчних реакцях на мжфазнй границ "метаЦ шлак". Вдносну хмчну активнсть флюсу можна визначити вдповдним коефцнтом:

SiO2 + 0,5TiO2 + 0,4(Al2O3 + ZrO2 ) + 0,42B2 (MnO) Aф =, 100B де (SiО2), (MnО) т. п. - вмст компонентв флюсу, %;

B визначаться за формулою (4.1) або (4.2).

Кореляцйну залежнсть вмсту кисню в наплавленому метал вд ко ефцнта вдносно хмчно активност флюсу, встановлену на основ експериментальних даних, представлено на рис. 4.3 [20].

Рис. 4.3. Вмст кисню [O] в на плавленому метал залежно вд коефцнта вдносно хмчно ак тивност флюсу Аф при зварюван н вуглецевих низьколегованих сталей Отриманий коефцнт кореляц (r = 0,96) досить високий, що вказу на наявнсть тсного кореляцйного звТязку розглянутих величин, а експе риментальн точки добре збгаються з теоретичною прямою. Залежно вд режиму зварювання кут нахилу прямо до ос абсцис буде змнюватися.

При використанн обмежених зварювальних струмв пдвищених напру жень на дуз вн буде бльшим, а на форсованих режимах - меншим. Кое фцнт вдносно хмчно активност флюсу Аф досить повно характери зу окисну здатнсть флюсв. Змнюючись вд 0 до 1, вн да можливсть розташувати по спаднй н плавлен флюси, як застосовують в проми словост. Виходячи з хньо хмчно активност, можна легко орнтува тися при вибор флюсу для зварювання т або ншо стал. Вдповдно до цього плавлен флюси, як мстять оксиди кремню та мангану, подляють на наступн чотири групи: високоактивн (Аф > 0,6);

активн (Аф = 0,6Е0,3);

малоактивн (Аф = 0,3Е0,1) та пасивн (Аф < 0,1).

За металургйними властивостями вдповдно до стандарту ISO ус флюси, незалежно вд складу, подляються на девТять класв [2].

Класи № 1Ц4 являють собою групу флюсв, при зварюванн й наплав ленн пд якими вдбуваться вигорання легуючих елементв вд 0,7 (№ 1) до 0,1...0,3 (№ 4) % мас. Флюси класу № 5 вдносяться до нейтральних, що не забезпечують прирст легуючого елемента (0...0,1) % мас., класи № 6Ц9 дають прирст легуючого елемента в наплавленому метал вд 0,1...0,3 (№ 6) до 0,7 (№ 9) % мас.

Окисну або легуючу здатнсть флюсв оцнюють для кожного класу окремо. Для флюсв класу № 1 розглядаться перехд тльки кремню та мангану з флюсу до металу шва (у наведенй послдовност), № 2 - пере хд елементв, вдмнних вд кремню та мангану, наприклад хрому т. п.

Стандарт передбача можливсть альтернативно оцнки металургйних властивостей флюсу, що наводиться в супровдних документах на партю флюсу. Повдомляться порядок виготовлення зразкв для експерименталь ного визначення переходу елементв у метал шва, а також технологя на плавлення дослдних валикв.

За зовншньою характеристикою зерен плавлен флюси класифкують на кристалчн, скло- та пемзоподбн. Склоподбний флюс явля собою сумш прозорих зерен рзних вдтнкв кольорв (коричневого, зеленого, синього, чорного та блого). Пемзоподбний флюс ма зерна схож на п нистий матерал, а кристалчний флюс характеризуться кристалчною будовою зерен. Забарвлення таких флюсв може бути також найрзнома нтншим.

Класифкаця флюсв за технологчними властивостями на тепершнй час вдсутня, однак до найбльш важливих технологчних властивостей зварювальних флюсв вдносять так [22]:

стйксть проти утворення пор та гарячих холодних трщин у шв;

яксть формування валика шва;

вплив на глибину проплавлення;

можливсть зварювання горизонтальних швв на похилй та вертикаль нй поверхнях;

вдокремлення шлаково крки;

механчна стйксть зерен при транспортуванн флюсу;

сантарно-ггнчн показники.

За родом використання зварювального струму флюси подляють на дв групи: категоря DС (постйний струм) та категоря АС (змнний та постйний струми).

4.2. Особливост виготовлення флюсв Процес виготовлення плавлених флюсв явля собою складний ком плекс технологчних операцй в наступнй послдовност [11]:

вхдний контроль якост сировини;

пдготовка сировини (сушння, подрбнення);

завантаження шихти у пч та виплавка флюсу;

випуск флюсу з печ та його грануляця;

сушння флюсу;

просювання флюсу за фракцями, контроль якост;

пакування, маркування, складування та вдвантаження флюсу спожи вачу.

В якост сировини для виготовлення зварювальних флюсв викори стовують рзномантн руди та продукти х збагачення - концентрати.

Яксть сировини ма виршальне значення (див. п. 2.3).

Сировина повинна мати сертифкат якост та вдповдати вимогам вдповдного ГОСТ або ТУ. Незалежно вд наявност сертифката вона пдляга суворому вхдному контролю: перевряться взуально зовншнй вигляд та вдбираться проба на хмчний аналз. При позитивному ре зультат сировину вдправляють на склад. В процес збергання сировина не повинна забруднюватися та насичуватися вологою.

Основними технологчними операцями при виготовленн плавлених флюсв виплавлення флюсу та його грануляця. Найбльш поширен на ступн способи:

виплавлення флюсв у газополуменевих печах. Як пальне викори стовують природний або коксовий газ. Грануляцю завжди здйснюють мокрим способом (виливанням розплаву в басейн з водою), що да мож ливсть одержувати флюс як склоподбно, так пемзоподбно будови;

виплавлення флюсв в електропечах. Грануляцю флюсу виконують мокрим або сухим способом (виливанням розплаву флюсу в металеву м нсть або розпиленням розплаву газовим струменем). При сухому способ грануляц забезпечуться одержання у флюс, а отже в метал шва, знач но меншого вмсту водню, нж при мокрому.

Процес виготовлення флюсв у газополуменевих печах неперервний.

Пч опалються природним або коксовим газом. Схематичне зображення печ наведено на рис. 4.4 [12].

Рис. 4.4. Газополуменева флюсоплавильна пч Газ та повтря подаються каналами 3 та 4 в камеру пальника печ 2, де вони змшуються. Повтря спочатку проходить крзь регенератор, в якому нагрваться теплом насадки, що пдвищу температуру полумТя. Пч ма два пальника. Кожн пвгодини автоматично змнються напрям руху паль ного та димових газв, що пдвищу ефективнсть роботи печ. Пч ма за вантажувальне вкно 1 для завантаження печ та зливний отвр 5 для ви ливання флюсу. Стни та стелю печ звичайно виготовлюють з динасу та хромомагнезиту.

В полуменевому простор печ пдтримуться температура 1450 20 С та вдновлювальна газова атмосфера. ПолумТя повинне сте литися по всй поверхн шихти та флюсомас. Фзико-хмчн процеси при плавлен флюсу умовно подляють на три стад:

силкатоутворення. Випаровуться бльшсть газоподбних складо вих шихти й остання спкаться. Температура до 1100Е1400 С;

флюсоутворення. Починаться з плавлення шихти закнчуться утворенням розчину, в якому вдсутн частки, що не прореагували. Тем пература до 1350Е1400 С;

дегазаця та гомогензаця розплаву. Закнчуться при температур 1400Е1450 С.

Другий спосб плавлення флюсв - в електропечах. Використовують трифазн електричн печ, як живляться вд пчного трансформатора вд повдно потужност. Пчн електроди виготовляють з графту або вуглля (див. п. 2.14). Пч почина роботу в дуговому режим, а основне плавлен ня йде в режим електроопору. Режим плавлення автоматично регулють ся змною глибини занурення електродв. В електричнй печ можлива дефосфораця розплаву за рахунок перерозподлу фосфору мж супутнм металом та шлаком. В газополуменевй печ можна здйснити лише ча сткове вилучення срки за рахунок окиснення.

В цлому, флюс, отриманий в газополуменевих печах, хмчно бльш однордний та значно дешевший. Однак, в технологчному план електрич н печ кращ вд газополуменевих. Вони дозволяють виготовляти флюси практично будь-якого складу.

Грануляцю флюсу здйснюють переважно мокрим способом, нод сухим. При мокрому способ грануляц розплав флюсу виливають в ба сейн з водою, при цьому вн охолоджуться, тверд та розтрскуться на дрбн зерна. Псля сушння в барабанних печах флюс сортують за розм рами зерен вдповдно до ГОСТ або ТУ.

При сухому способ грануляц струмнь розплаву, що витка з елек трично печ диспергуться потоком сухого повтря, яке податься пд ку том 95Е135 до струменя розплаву. При цьому вмст вуглецю та срки у флюс знижуться на 20Е40 %, азоту - на 20Е30 % [11]. Сухий спосб грануляц виключа операцю подрбнення, забезпечу вдсутнсть пилу, покращу умови прац.

Яксть вироблених плавлених флюсв повинна вдповдати ГОСТ 9087Ц81.

При виробництв керамчних флюсв пдготовка компонентв здй снються в такий же спосб, як при виготовленн обмазувально маси зва рювальних покритих електродв (див. п. 2.3).

Псля пдготовки сухо шихти здйснюють грануляцю одним з двох способв: обкатуванням за допомогою дискового гранулятора або агломе рацю в процес мокрого змшування.

Дисковий гранулятор явля собою гладкий диск 2 з бортом, що нахи лений пд кутом до горизонту (рис. 4.5). На диск з бункера 1 безперервно податься суха порошкоподбна шихта, на шар яко з форсунки 3 розбриз куться вТяжуча рдина - рдке скло. За рахунок сил поверхневого натягу крапл рдкого скла насичуються частками шихти та збльшуються. Вдцен тров сили та сили тертя змушують гранули пднматися до ножа 4, який знову х направля вниз пд дощ вТяжучо рдини. Велик та дрбн гранули рухаються за неоднаковими тракторями. Вдбуваться сегрега ця гранул та вдбр найбльших гранул. Розмри гранул регулюють ся змною кута нахилу та швидкстю обертання диска [18].

При другому способ грануляц використовують схильнсть сирих флюсових мас до огруднення. Сфе Рис. 4.5. Схема роботи ричн гранули утворюються в про дискового гранулятора цес нтенсивного змшування сухо шихти з рдким склом. Для ущльнення гранул та надання м бльш пра вильно сферично форми, зменшення ггроскопчност гранули додатково обробляють в доогруднювач. Принцип роботи дискового доогруднювача практично такий самий, як дискового гранулятора [11].

Сир гранули керамчних флюсв надходять на термчну обробку вд яко залежить яксть флюсв. Флюси з високим вмстом легуючих компо нентв (флюси для наплавлення) прожарюють при температур 400...450 С, флюси для зварювання низьколегованих сталей - 550...750 С, флюси алюмнатно-рутилового типу - до 950 С. з збль шенням температури прожарювання покращуються технологчн власти вост бльшост керамчних флюсв, зменшуться х ггроскопчнсть. Од нак при цьому треба попереджувати окиснення легуючих компонентв, розкладання карбонатв та вищих оксидв.

Достатньо широко на практиц використовують плавлено-керамчн флюси, як мають добр технологчн властивост та досить суттв мож ливост для легування наплавленого металу. Плавлено-керамчн флюси складаються з плавлених стандартних флюсв та феросплавв. Складов компоненти ретельно подрбнюють, при цьому розмр зерен повинен бути однаковим, що дозволя отримати при змшуванн однордну масу. Гра нуляцю плавлено-керамчних флюсв звичайно роблять з використанням у якост вТяжучо складово рдкого скла способом агломерац з наступ ною термообробкою.

Вдповдно до ГОСТ 9087Ц81 флюс постачаться для механзованого дугового зварювання з розмром зерен 0,25...1,60 мм, для автоматичного дугового - 0,25...2,50;

0,25...4,0;

0,35...3,0 та 0,35...4,0 мм.

Перед пакуванням флюси перевряють на вдповднсть ГОСТ або ТУ за наступними показниками: однорднсть, гранулометричний склад, бу дова та забарвлення зерен, обТмна маса, вологсть. Крм того, для керамч них флюсв обовТязково проводять контрольн зварювальн випробування та визначають склад, а також властивост зварних швв. Готовий флюс може бути упакований в паперов мшки (за ГОСТ 17811Ц78), металев барабани (за ГОСТ 5044Ц79), ящики типв П-1 та П-2 (за ГОСТ 2991Ц85), в пакети (за ГОСТ 21929Ц76), як установлюють на унверсальн платфор ми (за ГОСТ 26381Ц84) [18].

Транспортне маркування повинне вдповдати ГОСТ 14192Ц77.

4.3. Технологчн та металургйн особливост використання флюсв При виробництв плавлених флюсв у печ утворються однордна склоподбна маса, що мстить вихдн компоненти в звТязаному стан. При наступнй грануляц склад збергаться. Тому в процес зварювання пд плавленими флюсами взамодя металу вдбуваться з складними комплексними зТднаннями, а не з вихдними речовинами. Плавлен флю си мають низьку схильнсть до гдратац, оскльки вони практично не м стять ггроскопчних складових, а також високу однорднсть флюсових зерен та хню високу мцнсть. У звТязку з тим, що вс компоненти флюсу знаходяться в звТязаному стан, кльксть газу, що видляться при зварю ванн, значно нижча, нж при використанн керамчних флюсв. Це визна ча бльш спокйний характер проткання процесу зварювання та сприя полпшенню формування металу шва. До переваг плавлених флюсв варто також вднести можливсть повторного використання шлаково крки.

Однак, плавлен флюси надають дуже мало можливостей для легу вання металу.

Керамчн флюси мстять у кожнй гранул в заданому спввдношенн мнерали, руди, феросплави, метали, вуглецев речовини, що мцно зТднан мж собою вТяжучою речовиною. Оскльки компоненти флюсу залишаються практично у природному стан, вони бльш нтенсивно реа гують з металом, нж при використанн плавлених флюсв. Виника мож ливсть здйснювати легування металу в порвняно широкому дапазон.

Ця властивсть керамчних флюсв особливо цнна при зварюванн лего ваних сталей, сталей з особливими властивостями та при виконанн на плавних робт.

Керамчн флюси, на вдмну вд плавлених, можуть розкиснювати метал, що наплавляться. Як розкиснювач в керамчних флюсах застосо вують фероманган, феросилцй, феротитан, алюмнвий порошок, сил кокальцй та н. При цьому розкиснення наплавленого металу керамчним флюсом принципово вдрзняться вд розкиснення елементами, що вво дяться в зварювальну ванну за допомогою електродного дроту. У першо му випадку розкиснення металу може проткати в зон вдносно низьких температур у перод контактування створено рдко металево зварюваль но ванни з розплавленим флюсом. При використанн легованого дроту розкиснювач надходять у зварювальну ванну в початковий момент утворення в зону найбльш високих температур.

Температура зварювально ванни вдгра важливу роль у процесах взамод на меж "метаЦзахисне середовище". При дуговому зварюванн зона плавлення умовно розподляться на дв област за температурами:

високотемпературна (зона горння дуги, крзь яку проходять крапл елек тродного дроту, катодна й анодна област), низькотемпературна (зона кристалзац металу шва) (див. рис. 4.1). Температура крапель електрод ного металу залежить вд способу зварювання (табл. 4.2) [18], але меха нзм взамод залишаться однаковим.

Таблиця 4.2. Середн температури крапель електродного металу та зварю вально ванни при рзних способах зварювання Середня температура, С Спосб зварювання Зварювана сталь зварювально електродних ванни крапель Механзований пд шаром 1700Е1860 - флюсу, дрт Св-08А В аргон, дрт Св-08 1625Е1800 2560Е Низьковуглецева В СО2, дрт Св-08Г2С 1900 2590Е Електроди з кислим 1600Е2000 2110Е покриттям Порошковий дрт Низьколегована 1500Е1610 2000Е рутилового типу Особливо сприятлив умови для взамод утворюються на стад кра пель, як мають найбльш високу температуру. Узагальнена реакця мж шлаком та рдким металом при зварюванн ма наступний вигляд:

(Mex"Oy)шл + y[Me] y(MeO)шл + x[Me"].

У результат дано реакц в наплавленому метал з збльшенням тем ператури зроста концентраця [Me"]. По мр зменшення температури процеси в бльшост випадкв починають вдбуватися в протилежному напрямку. Однак швидксть цих процесв в низькотемпературнй зон знач но нижча швидкост прямих процесв. Цим, в основному, пояснються той факт, що кльксть речовини, що прореагувала при прямому процес, бльша, нж при зворотному. Таким чином вдбуваться легування або розкиснення металу шва.

Зростання температури сприятливо вплива на рафнування наплав леного металу, а також його дифузйне розкиснення. Повнота проткання реакцй залежить вд часу проходження реакцй. Чим довше метал знахо диться у рдкому стан, тим бльше реакц наближуються до стану рвно ваги. Крм того, швидксть реакц взамод мж флюсом та наплавленим металом пропорцйна до вдносно хмчно активност флюсу та зворотно пропорцйна початковй концентрац вдновлюваного елемента в метал шва.

У звТязку з цим необхдно розглянути вплив режимв зварювання на нтенсивнсть взамод мж шлаком та рдким металом. Численн досл дження показують, що змна величини струму, його питома щльнсть, полярнсть, швидксть зварювання незначною мрою впливають на нтен сивнсть взамод. Найбльший вплив ма змна напруги на дуз. З збль шенням напруги подовжуться дуга, збльшуються розмри високотемпе ратурно зони та створюються найбльш сприятлив умови для взамод.

Теоретично розрахувати реакц взамод мж шлаком та металом неможливо, оскльки завжди вдсутн повн дан. Для практичних цлей використовують емпричн рвняння, як складен з урахуванням експери ментальних даних. Наприклад, прирст кремню та мангану в метал шва, найбльш поширених легуючих елементв, можна розрахувати за допомо гою наступних рвнянь [18]:

A(SiO2 U 5,310-4 310-7 I [Si] = 6,7 10-2 ) ( + );

(4.3) [Si]П I Vзв A(MnO) U 5,8 10-2 9,2 10-6 I [Mn] = -0,1+ ( + ), (4.4) [Mn]П I Vзв де A(SiO2 ) та A(MnO) - вдносн хмчн активност зварювальних флюсв за кремнм та манганом вдповдно;

[Si]П, [Mn]П - початков концентрац кремню та мангану в наплавленому метал, %;

U - напруження на дуз, В;

I - зварювальний струм, А;

Vзв - швидксть зварювання, м/год.

Рвняння (4.3) (4.4) справедлив в межах змни концентрацй у флю с: (SiO2) = 0,26Е52,3 %;

(MnO) = 0,07Е51,1 % та початкових концен трацй в наплавленому метал: [Si]П = 0,04Е0,75 %;

[Mn]П = 0,21Е1,86 %.

Аналз рвнянь (4.3) та (4.4) пдтверджу, що найбльше вплива на при рст кремню та мангану змна напруження на дуз та вдносна хмчна активнсть флюсу. На практиц варювання режимами зварювання досить обмежене необхднстю отримання прийнятного формування шва. У звТязку з цим активнсть взамод мж флюсом та наплавлювальним ме талом регулюють переважно за рахунок змни вдносно хмчно актив ност флюсу.

Подбний хд мркувань справедливий також стосовно до реакцй вза мод мж газами та металом у зон плавлення.

Феросплави та метали, що мстяться в керамчних флюсах та нших видах зварювальних матералв, розчиняються в зварювальнй ванн без посередньо, без проходження хмчних реакцй взамод мж шлаком та рдким металом, що значно пдвищу ефективнсть х використання в яко ст легуючих та розкиснюючих компонентв.

Металургйн основи впливу шлакв на вмст шкдливих домшок (ср ка, фосфор) та газв (водень, азот, кисень) в наплавленому метал мають унверсальний характер для всх способв зварювання, що описуться в п. 2.3. Там же розглянуто вплив даних елементв на яксть металу шва та експлуатацйн характеристики зварного зТднання в цлому. Стосовно зварювання пд шаром флюсу треба вдзначити, що за рахунок значно клькост рдкого шлаку, бльш тривалого контакту металу з шлаком при високих температурах забезпечення необхдно якост зварного зТднання полегшуться.

Зварювально-технологчн властивост флюсв також залежать вд х мчного складу, будови та розмрв зерен флюсу.

Одню з найбльш важлившою характеристикою флюсу-шлаку йо го вТязксть у рдкому стан. Вд вТязкост залежать характер формування шва, глибина проплавлення основного металу, вихд газв з зони плав лення та н. Шлаки не мають фксовано температури плавлення. Перехд вд рдкого стану в твердий здйснються в деякому нтервал температур.

Залежно вд характеру змни вТязкост вд температури шлаки бувають "довг" та "коротк" (рис. 4.6) [20]. "Коротк" шлаки мають вузький тем пературний нтервал твердння, "довг" - значний. Коротк шлаки мають бльш високу технологчнсть, х перевага особливо вдчутна при зварю ванн у вертикальному та стельовому положеннях.

Рис. 4.6. Залежнсть вТязкост вд температури для "короткого" (1) "довгого" (2) шлакв Необхдною умовою задовльного формування зовншньо поверхн шва його кристалзаця в контакт з газом або рдким шлаком. Однак якщо при температур твердння металу шлак ма надмрно високу вТязксть, у цьому випадку шов формуться погано (за формою затверд ло шлаково крки). У випадку використання надмрно легкоплавкого флюсу також погршуться формування швв за рахунок утворення вели кого обТму шлаку, що утрудню процес зварювання. Добра яксть фор мування швв забезпечуться при середнй вТязкост шлаку. Найбльш сприятлив умови для кристалзац металу шва створюються, якщо умов на температура плавлення шлакв на 200Е300 С нижча вд температури плавлення стал.

Шлаки повинн також мати достатню газопроникливсть та щльнсть у рдкому стан. За мало щльност шлак легше виходить на поверхню зварювально ванни, зменшуючи кльксть неметалевих включень в метал шва.

При зварюванн плавленням обовТязковою вимогою до зварних швв хня оптимальна форма та зовншнй вигляд. На форму перерзу шва стот но впливають стаблзуюч властивост флюсу, його насипна маса та гра нулометричний склад. При використанн флюсу з поганими стаблзую чими властивостями довжина зварювально дуги зменшуться. Утворю ються вузьк шви з великою глибиною проплавлення та висотою. Стабль нсть горння дуги пдвищують за рахунок додавання до складу флюсв елементв-стаблзаторв (див. п. 2.3).

Вплив насипно маси флюсу чтко виявляться при порвнянн швв, зварених пд склоподбним та пемзоподбним плавленими флюсами одна кового хмчного складу (рис. 4.7) [12]. У цьому випадку вдмннсть у на сипнй мас флюсу особливо велика, що обумовлю вдповдне розхо дження витрат енерг на його плавлення. На плавлення склоподбного флюсу, що ма звичайно насипну масу 1,5Е1,7 г/см3, потрбно вдвч бль ше енерг, нж на плавлення пемзоподбного флюсу, насипна маса якого склада 0,7Е0,9 г/см3. У результат граднт напруги на дуз при викорис танн склоподбного флюсу бльший, а сама дуга коротша, нж у випадку застосування пемзоподбного флюсу.

Рис. 4.7. Шви, отриман при зва рюванн пд склоподбним (а) та пемзоподбним (б) флюсами а б Гранулометричний склад флюсу вплива на форму шва таким же чи ном як його стаблзуюч властивост. При використанн дрбного флюсу отримують шви бльш вузьк, з бльшою глибиною проплавлення та ви пуклстю. Це повТязано з зменшенням довжини зварювально дуги.

Особливост хмчного зчеплення шлаково крки з наплавленим ме талом розглянуто в п. 2.3. Крм того, особливо при багатопрохдному зва рюванн, необхдно правильно вибирати кут пдготовки кромок, що зва рюються, для полегшення вдокремлення шлаково крки вд поверхн шва. При використанн флюсв необхдно памТятати, що флюси-шлаки мають розвинену поверхню можуть активно адсорбувати вологу з повт ря. Вологсть склоподбних флюсв звичайно склада 0,1Е0,5 %, пемзо подбних - дещо вища. Якщо розрахувати обТм водню, який може утво ритися при розкладанн водяно пари, то отримамо, що з 1 кг флюсу мо же утворитися 1,25Е6,20 дм3 водню. У звТязку з цим зварювальн флюси, якщо вони полежать в розгерметизованй тар, перед використанням не обхдно обовТязково прожарювати.

Використання зварювальних флюсв забезпечу зниження в деклька разв енергомност виробництва, сприя зменшенню шкдливих викидв токсичних пилу та газв в атмосферу.

В цлому, останнм часом спостергаться рзке збльшення обТмв використання агломерованих флюсв [21]. Це пояснються рядом металур гйних можливостей агломерованих флюсв: регулювання кремнйвднов лювальних процесв, рафнування та мкролегування зварювально ванни, висока мцнсть та ударна вТязксть зварних зТднань. Подальший розви ток використання флюсв повТязаний з зниженням в них вмсту шкдли вих домшок, розробкою сучасних систем "флюсЦдрт" та забезпеченням зниження вмсту водню у флюсах [6].

Вибр флюсу для зварювання конкретного виробу явля собою не просту задачу, яка ускладнються тим, що, крм правильного вибору зва рювально-технологчних властивостей флюсу, необхдно визначати оп тимальний металургйний варант зварювання, у тому числ сполучення дроту та флюсу. В цьому випадку, наприклад, плавлен флюси доцльно роздлити на групи залежно вд хньо окисно здатност на основ показ ника вдносно хмчно активност Аф, що дуже зручно, оскльки даться загальний пдхд до вибору флюсу залежно вд хмчного складу металу.

Чим бльше легуючих елементв мстить зварювана сталь, тим нижчою повинна бути вдносна хмчна активнсть флюсу. Уперше це встановлено Д.М. Рабкним та .. Фрумним [18]. Зазначений пдхд може бути вико ристаний для флюсв, не розглянутих в навчальному посбнику.

4.4. Флюси для зварювання низьковуглецевих сталей При зварюванн низьковуглецевих сталей застосовують флюси та електродн дроти в основному двох систем. Перша система - високоман гановий флюс-силкат у сполученн з низьковуглецевим дротом Св-08А, Св-08АА (за ГОСТ 2246Ц70) або легованим манганом дротом Св-08ГА.

Друга система - безмангановий висококремнистий флюс у сполученн з високомангановим дротом. Перша система одержала переважне поши рення у втчизнянй практиц, друга - за кордоном. Загальним для обох зазначених систем застосування висококремнистого флюсу (36Е50 % SiО2) та використання електродного дроту з киплячих або на пвспокйних сталей. Легування металу шва манганом досягаться за ра хунок флюсу (перша система) або електродного дроту (друга система).

Легування шва кремнм забезпечуться флюсом за рахунок кремнйвд новлювального процесу в обох системах.

Реакця вдновлення кремню ма особливо важливе значення при зварюванн низьковуглецевих киплячих сталей, що мстять його слди, тому що тльки при вмст в рдкй ванн кремню не менше 0,2 % можли во призупинити в частин зварювально ванни, що кристалзуться, реак цю окиснення вуглецю:

[С] + [O] = СО (4.5) Якщо у зварювальнй ванн концентраця кремню буде менша зазна чено, можливим утворення пор у швах.

Роль вуглецю як розкиснювача дуже велика у всьому дапазон тем ператур зварювання. При цьому спордненсть вуглецю до кисню зроста з пдвищенням температури на противагу тому, що спостергаться для нших елементв. Тому вуглець вигора при високих температурах до моменту кристалзац металу в хвостовй частин зварювально ванни ре акця (4.5) практично згаса. У процес кристалзац зварювально ванни вона нтенсифкуться знову. Це обумовлено наступним. Пд час криста зац спочатку тверд бльш чистий метал, а домшки, у тому числ вуг лець, квують у матковий розчин. У результат хня концентраця в рди н, що залишаться, зроста, рвновага реакц порушуться. Крм цього, вдповдно до принципу рухливо рвноваги, при охолодженн рвноваж но системи в нй повинн розвиватися екзотермчн реакц.

Застосування дроту з кремнм при зварюванн пд шаром флюсу низь ко-вуглецевих вуглецевих сталей не знайшло широкого поширення в нашй кран. Це пояснються тим, що кремнй у зварювальну ванну кра ще подавати не в початковй, а в кнцевй стад процесу, щоб дати мож ливсть вуглецю окиснитися при високих температурах. Застосування ле гованого манганом дроту бльш рацональне, оскльки манган як розкис нювач почина дяти лише при порвняно низьких температурах, коли вуг лець встига частково окиснитися.

До позитивних сторн кремнй- та мангановдновлювальних процесв варто вднести той факт, що збагачення реакцйно зони киснем у вигля д FеО при вдновленн кремню та мангану з хнх оксидв у флюс сприя створенню окисного середовища у зварювальнй ванн, а це перешкоджа розчиненню водню в рдкому метал. Водень утворються при взамод водяно пари, що мститься у флюс, з рдким металом шва за реакцю (H2O) + Feр = [FeO] + H2. (4.6) До негативних наслдкв кремнй- та мангановдновлювальних проце св, як нтенсивно вдбуваються при зварюванн пд високомангановими флюсами-силкатами, варто вднести засмчення шва дисперсними сил катними включеннями ендогенного характеру. Вони в значнй мр зни жують пластичнсть та ударну вТязксть металу шва особливо при низьких температурах. При зварюванн вуглецевих сталей це ще може бути при пустимо, але якщо врахувати, що з ростом клькост легуючих елементв запас пластичност металу зменшуться, то варто визнати, що вже пд час зварювання низьколегованих сталей пдвищено мцност, застосування зазначених флюсв неприпустиме.

Для зварювання низьковуглецевих сталей переважно використовують високоактивн флюси, як мають показник вдносно хмчно активност Аф 0,6, це високо- або середньоманганов флюси-силкати. Найбльш поширен у втчизнянй промисловост флюси можуть бути вднесен до шлаково системи MnОЦSiО2. До них належать флюси АН-348А, ОСЦ-45, АН-348В, ФЦ-6, ФЦ-3, ФЦ-9, АН-60 та н. Якщо брати до уваги концен трацю в них SiО2 МnO, то область оптимального хмчного складу флю св буде розмщена на даграм стану шлаково системи MnOЦSiО2 трохи правше вд област з мнмальною температурою плавлення 1251 С (рис. 4.8) [10]. Однак варто враховувати, що нш оксиди, як знаходяться у флюсах, а також CaF2 помтно знижують хню температуру плавлення.

Рис. 4.8. Даграма стану шлаково системи MnOЦSiО2:

1Ц4 - зазначена температура плавлення флюсв ФЦ-6 ОСЦ-45 (1);

ФЦ-3 (2);

АН-60 (3);

АН-348А АН-348В (4) у перерахуванн складв на вмст SiО2 МnO Ударна вТязксть металу швв, виконаних з застосуванням високоак тивних флюсв, навть при випробуваннях зразкв з надрзом за Менаже при температур 20 С, як правило, не перевищу 100 Дж/см2. Тому зазна чен флюси не можуть бути рекомендован для зварювання конструкцй, що працюють при знижених температурах, наприклад, в умовах Пвноч.

До переваг цих флюсв варто вднести х висок зварювально технологчн властивост, вдсутнсть схильност до гдратац, у звТязку з чим перед використанням цих флюсв достатньо х прожарити при темпе ратур 100Е150 С. Висока концентраця кисню в зон плавлення при зварюванн пд високоактивними флюсами запобга розчиненню водню у зварювальнй ванн, що перешкоджа виникненню пор навть при зварю ванн по рж. Властивост найбльш поширених у СНД плавлених флюсв представлен в табл. 24Д.

4.5. Флюси для зварювання низьколегованих сталей У промисловост та будвництв за прийнятою класифкацю легова н стал подляють на три класи: низько-, середньо- високолегован. Ни зьколегован стал мстять сумарну кльксть легуючих елементв не бль ше 5 % за умови, що вмст кожного з них не перевищу 2 %. Якщо вмст кожного з легуючих елементв лежить в межах 2Е5 %, а сумарна кль ксть не бльше 10 %, сталь - середньолегована. Високолегованою вва жають сталь, що мстить один з легуючих елементв не менше 5 % при хнй загальнй сум не менше 10 %.

Низьколегован стал металургйно збалансованими продуктами, тому основна задача при хньому зварюванн зводиться до захисту зварю вально ванни вд атмосферного впливу. Для зварювання низьколегованих сталей застосовують активн, малоактивн та пасивн флюси, що належать до оксидного та солеоксидного класу.

Введення в пасивн флюси оксидв кремню, титану, залза або манга ну значно полпшу зварювально-технологчн властивост названих флю св, але пдвищу хню хмчну активнсть. Незважаючи на це, бльшсть флюсв, що використовують для зварювання низьколегованих сталей, або активн, або малоактивн.

Малоактивн флюси, як правило, мстять до 25 % Si02 поряд з цим велику кльксть глинозему, оксиду та фториду кальцю. Наявнсть док сиду кремню стотно полпшу хн формуюч властивост порвняно з пасивними флюсами, пдвищу стйксть флюсв до гдратац, полпшу вдокремлювансть шлаково крки.

Бльш висок зварювально-технологчн властивост порвняно з ма лоактивними флюсами мають активн зварювальн флюси (Аф = 0,6Е0,3).

Однак зварювання пд ними да бльше забруднення металу швв немета левими включеннями, сркою та фосфором. Тому ц флюси застосовують в основному для зварювання низьколегованих сталей з тимчасовим опо ром на розрив до 600 МПа.

Склад властивост найбльш поширених плавлених флюсв представ лен в табл. 25Д, а керамчних флюсв - у табл. 26Д.

4.6. Флюси для зварювання середньо- та високолегованих сталей Особливстю зварювання середньо- та високолегованих сталей бльш високий ступнь легування металу, що виклика його бльшу чут ливсть до вмсту неметалевих включень водню. Тому небезпека утво рення трщин вища, нж при зварюванн низьколегованих сталей. У про цес зварювання таких сталей складнше забезпечити рвномцнсть мета лу шва з основним металом, тому що внаслдок небезпеки утворення кри сталзацйних трщин вмст вуглецю у шв жорстко обмежуться. У звТязку з цим потрбне введення в шов з зварювальним дротом додатко во клькост легуючих елементв зниження хнього окиснення в процес зварювання. Низька окисна здатнсть флюсу необхдна також для забез печення легкого вдокремлювання шлаку вд швв, що мстять ванадй, нобй або хром. Мнмальне окиснення металу шва та легка вдокремлю вансть шлаково крки забезпечуються застосуванням флюсв з зниже ними окисними властивостями.

Для зварювання та наплавлення середньо- та високолегованих сталей рекомендуються малоактивн й навть пасивн флюси.

Здебльшого малоактивн та пасивн флюси мають складний хмчний мнералогчний склад, що повТязано з необхднстю забезпечення задовль них зварювально-технологчних металургйних характеристик.

У ряд випадкв для зварювання сталей цього класу може використо вуватися високолегований аустентний дрт, що забезпечу утворення аустентно або аустентно-мартенситно структури металу шва. Висока розчиннсть азоту та водню в аустент обумовлю достатню стйксть зварних зТднань проти окрихчування. Мцнсть аустентних й аустентно мартенситних швв поступаться мцност основного металу, однак висо кий запас пластичност забезпечу добру працездатнсть конструкц.

Для зварювання та наплавлення середньолегованих сталей викори стовують низькокремнист та безкремнист плавлен флюси. Склад вла стивост найбльш поширених флюсв наведено в табл. 27Д.

Для зварювання високолегованих сталей переважно використовують два типи керамчних флюсв: алюмнатно-основний та флюоритно основний. - типи флюсв мстять значн концентрац основних (MgО СаО) та кислих оксидв (А12О3 ZrО2), що мають пдвищену термчну стйксть у зон плавлення при зварюванн, з метою зведення до мнмуму окиснювально-вдновлювальних реакцй мж флюсом-шлаком металом.

У СНД для зварювання середньо- та високолегованих сталей центра зовано випускають лише флюс АНК-45, який використовують переваж но в сполученн з аустентним дротом Св-О3Х19Н15Г6М2АВ2. нш флю си, наприклад ФЦК ФЦК-С, використовують значно менше через недостатн зварювально-технологчн характеристики.

4.7. Флюси для зварювання кольорових металв сплавв Алюмнй, титан, мдь, нкель, а також нш кольоров метали та спла ви знаходять широке застосування для виготовлення зварних конструкцй у рзних галузях народного господарства.

Зварювансть кольорових металв сплавв визначаться хмчною ак тивнстю елементв, розчиннстю домшок (у тому числ газв) чутлив стю до них, типом кристалчних раток та полморфзмом, ступенем легу вання, теплофзичними показниками (теплопровднстю, тепломнстю, температурою плавлення та кипння елементв оксидв) та ншими вла стивостями (табл. 4.3) [4, 18, 20].

Важк кольоров метали - нкель мдь - характеризуються малою х мчною активнстю, але високою чутливстю до присутност в метал до мшок газв, як погршують хн металургйн та експлуатацйн власти вост та процес зварювання.

Таблиця 4.3. Фзичн властивост металв х оксидв Найменування Al Ti Fe Ni Cu Атомний номер 13 22 26 28 Атомна маса 26,98 47,9 55,8 58,7 63, Температура, С:

плавлення 660 1665 1539 1455 кипння 2450 3260 2740 2820 Питома теплота, кДж/кг:

плавлення 389 323 270 300 випаровування 10800 9820 6280 6520 2,70 4,51 7,87 8,90 8, Щльнсть, 103 кг/м 2,39* 4,11* 7,03* 7,77* 8,03* 0,90 0,53 0,46 0,44 0, Питома тепломнсть, кДж/(кгК) 1,09* 0,75* 0,70* 0,66* 0,49* Теплопровднсть при 20 С, Вт/(мК) 225,4 18,8 75,4 90,1 2,68 42,1 9,71 6,84 1, Питомий електроопр, 10Ц8 Омм 24,4 156 141* 108 21, Електродний потенцал при 25 С, В 1,67 1,63 0,44 0,25 Ц0, +3 +4 +2 +2 + Основний ступнь окиснювання (Аl2O3) (TiO2) (FeO) (NiO) (Cu2О) Енергя Гббса утворення оксиду 1020 859 483 442 при 25 С/1500 С, кДж/моль 749 603 305 139 Температура плавлення оксиду, С 2050 1840 1370 2090 Щльнсть оксиду при 20 С, 103 кг/м3 3,98 4,25 5,7 7,45 - _ Примтка. Щльнсть, питом тепломнсть електроопр наведен в чисельнику при температур 20 С, у знаменнику - при температур плавлення металу у твердому (без зрочки) або рдкому (з зрочкою) стан.

Легк кольоров метали - алюмнй, магнй берилй вдрзняються не тльки малою щльнстю (до 2700 кг/м3), але високою хмчною активн стю, тепломнстю, теплопровднстю й електропровднстю. Крм того, ц метали мають низьку температуру плавлення (особливо магнй алюм нй), але при хньому окисненн утворюються надзвичайно тугоплавк та щльн (важк) оксиди, не розчинн в метал, що стотно ускладню процес зварювання.

Хмчно активн та тугоплавк метали (титан, цирконй, нобй, молб ден, ванадй, вольфрам, гафнй, тантал) поднують висока температура плавлення (вд 1665 С у титана, до 3395 С у вольфраму) надзвичайно велика здатнсть реагувати з ншими елементами (у першу чергу з газами) при високй температур, особливо в розплавленому стан. Найбльш чут лив до домшок та крихкост ванадй, нобй, тантал, хром, молбден воль фрам [4].

4.7.1. Флюси для зварювання нкелю та його сплавв Зварювання нкелю та його сплавв ускладнено внаслдок особливих фзико-хмчних властивостей, велико чутливост до домшок розчине них газв, як в значному ступен ускладнюють хню зварювансть та зни жують експлуатацйн властивост зварних зТднань. До основних про блем зварюваност нкелю належать схильнсть наплавленого металу до утворення пор трщин, складнсть забезпечення однакового складу та властивостей основного та наплавленого металу, знижен ливарн власти вост нкелю, утворення тугоплавкого оксиду нкелю. Пористсть наплав леного металу при зварюванн нкелю обумовлена його здатнстю до роз чинення велико клькост водню, кисню й азоту в рдкому стан, а також труднощами дегазац зварювально ванни в процес охолодження та кри сталзац.

Найбльш шкдливою домшкою в нкел срка, що утворю легко плавку срчасту евтектику з температурою плавлення 645 С. Схожу евтек тику утворюють фосфор (температура плавлення 880 С), а також всмут, свинець, сурма, мишТяк, селен кадмй. Тому вмст цих домшок у нкел обмежуться 0,002Е0,005 %, а вмст срки навть до 0,001 %, що в 10Ц разв нижче, нж припустимий вмст у стал. Шкдливими домшками в нкел кремнй, залзо, мдь, цинк, кадмй.

Хоча нкель порвняно з залзом менш активний метал ма практично однакову з ним температуру плавлення, активн плавлен флюси, що засто совують при зварюванн сталей, непридатн для нкелю та його сплавв.

Позитивн результати для дугового зварювання нкелю й особливо його сплавв да застосування фторидних високоосновних флюсв (табл. 4.4) [4, 20]. Галодн (фторидно-хлоридн безкиснев) флюси сер ИМЕТФ, розроблен на баз системи CaF2ЦBаCl2 з додаванням NaF SrF2, являються подальшим розвитком фторидних флюсв. Основою для ство рення цих флюсв стало використання модифкуючо д натрю строн цю, що вводяться у флюс у вигляд фтористих солей. Оптимальн зварю вальн властивост флюсв забезпечуються при вмст у флюсах 15 % ВаC12. Найбльш висока стйксть швв до утворення гарячих трщин спо стергаться при 5Е10 % NaF. Пдвищення схильност наплавленого ме талу проти утворення гарячих трщин пояснються модифкуванням його структури. Головний вплив на структуру та властивост металу шва ро бить вдновлюваний з флюсу натрй.

Таблиця 4.4. Склад плавлених флюсв, % Марка нш СaF2 СаО Al2O3 SiO2 S Р флюсу компоненти АНФ-5 75Е80 2 0,05 0,02 17Е25 NaF АНФ-7 65Е76 18Е30 - 2 0,05 0,02 - АНФ-8 45Е55 12Е18 25Е35 2 0,05 0,05 - ОФ-6 45Е60 16Е23 20Е27 4 0,05 0,04 3 MgO АНФ-23 61Е64 10Е13 21Е25 2 - Ц - АНФ-22 86Е92 2Е3 - Ц 0,01 0,01 8Е12 В2О АН-29 10Е15 35Е45 40Е50 Слди - Ц - АН-292 - 33Е37 58Е61 1,5 0,05 0,02 4Е7 MgO При дуговому зварюванн нкелю та його сплавв знаходять також за стосування керамчн флюси (табл. 4.5) [4, 20]. Зварювання звичайно ви конують на постйному струм зворотно полярност. Виняток складають високоосновн флюси (АН-29, АН-292), зварювання пд якими виконують на постйному струм прямо полярност.

Щоб уникнути перегрвання металу та повТязаного з ним надмрного росту зерна, рекомендуться зварювання швами невеликого перерзу при малому струм й невеликй швидкост (на 15Е20 % меншй порвняно з зварюванням сталей). З метою кращо десорбц газв з металу зварюваль но ванни та попередження пористост необхдно призначати режими зва рювання, що забезпечують малу глибину проплавлення металу й уповль нене його охолодження. Так режими зварювання сприяють також змен шенню темпу наростання внутршнх деформацй пдвищенню опрност металу утворенню гарячих трщин.

Таблиця 4.5. Склад керамчних флюсв, % Марка нш Силкат CaF2, СaСО3 Al2O3 NaF КСl Мn флюсу компоненти натрю ФЦК 77,0 - 10,0 5,0 8,0 - Ц - ФЦК-С 74,5 - 9,6 4,8 7,7 - Ц 3, 6 А ЖН-1 60,0 12 15,0 - Ц 5 19, 2 Ti ПНС 52,0 4 22,0 6 16 Mo 19, 4.7.2. Флюси для зварювання мд та сплавв Особливстю мд порвняно з усма ншими металами найбльш ви сока теплопровднсть електропровднсть. Однак вони значно зменшу ються в присутност навть малих клькостей домшок. Найбльш сильно знижують ц властивост фосфор, залзо, кобальт, кремнй, титан.

При окисненн мд утворюються два оксиди: Сu2O, стйкий при ви соких температурах, СuО, характерний для низьких температур. Оксид Сu2О, не розчинний у твердй мд, добре розчиняться в рдкй мд з утворенням евтектики при 0,39 % кисню й температур 1065 С. Змен шення стйкост оксиду Сu2О в процес кристалзац може призводити до утворення пор, тому що водень CO, як присутн в зон зварювання, мо жуть вдновлювати оксид Сu2O:

Cu2O + H2 = 2Cu + H2O;

Cu2O + СО = 2Cu + СО2.

Пари води вуглекислий газ, не маючи можливост видлитися з ме талу дифузйним шляхом, можуть призводити до утворення пор, а нод - трщин ("воднева хвороба" мд).

Для попередження гарячих трщин вмст шкдливих домшок у мд обмежуться: <0,01...0,03 % О2, <0,0005...0,0030 % Bi, <0,005 % Sb, <0,004...0,03 % Pb (залежно вд призначення конструкц). Для боротьби з гарячими трщинами рекомендуться також введення в зварювальну ван ну розкиснювачв, модифкаторв легуючих елементв, що пдвищують технологчну мцнсть металу шва.

Внаслдок мало хмчно активност мд та бльшост сплавв при хньому зварюванн можна використовувати стандартн плавлен флюси ОСЦ-45, АН-348А, АН-60, ФЦ-10, АН-26, АН-22, АН-20, призначен для зварювання сталей. Для зварювання латуней Л63, ЛО62-1, ЛС59-1, ЛМц58-2 та нших застосовують звичайно флюс АН-20 у сполученн з бронзовим (Бр.КМц3-1, Бр.Оц4-3) або латунним (ЛК80-3) дротом. Елек тродний дрт з мд да бльш низьк механчн властивост зварних швв.

Латун Л63 ЛО62-1 зварюють мдним дротом пд флюсом АНФ-5 або флюсом МАТИ-53, який складаться з сумш, що мстить флюс ОСЦ- (77 %), борну кислоту (7,6 %) кальциновану соду (15,4 %). Для зварю вання латуней рекомендуться також флюс ФЦ-10 [4].

Широке застосування знаходить зварювання пд флюсом алюмн вих, хромистих, свинцюватих та нших бронз. Алюмнв бронзи Бр.АМц9-2, Бр.АЖ9-4, Бр.АЖМц10-3-1,5 зварюють пд флюсом АН- дротом того ж складу. Флюси з бльш високим, нж у флюс АН-20, вм стом кремнезему не рекомендуються для зварювання алюмнвих бронз, тому що в результат окиснення алюмню, насичення металу шва кремнм глиноземом вдбуваться погршення х властивостей. Додавання алюм ню знижу розчиннсть водню у твердй мд, тому алюмнв бронзи схиль н до утворення пор у метал шва. Серед стандартних плавлених флюсв найвищу щльнсть швв на алюмнвй бронз забезпечу флюс АН-60.

Для зварювання мд та сплавв розроблен також спецальн кера мчн флюси ЖМ-1 К-13МВТУ (табл. 4.6) [20]. Керамчний флюс ЖМ- створю сприятлив умови для рафнування мд, що дозволя одержати метал шва високо чистоти з мнмальним вдхиленням вд теплофзичних механчних властивостей основного металу. Керамчний флюс К-13МВТУ рекомендуться для зварювання мд та бронзи. Прийняте спввдношення шлакоутворюючих компонентв флюсу забезпечу висок зварювально-технологчн та металургйн властивост. Цей флюс дозво ля одержати добре розкиснений метал, причому алюмнй практично не переходить у метал шва (слди). При цьому забезпечуються однаков з ос новним металом електропровднсть теплопровднсть металу шва. За стосування цього флюсу да можливсть ввести у зварювальну ванну мо дифкатори, як регулюють процес кристалзац та властивост наплавле ного металу.

Таблиця 4.6. Склад керамчних флюсв для зварювання мд, % Марка Основн компоненти нш компоненти флюсу CaF2 СаСО3 SiO2 A1203 Na2B4O6ЦMgO 57,6 K2Al2Si6O ЖМ-1 8 28 - Ц 3,5 2,2 С 0,8 Al 15 MgCO К-13МВТУ 20 15 8Е10 20 - 3Е5 Al 15Е19 Na2B4O 4.7.3. Флюси для зварювання титану та його сплавв Титан, на вдмну вд нкелю, мд й алюмню, ма полморфн пере творення:

-Ti з гексагональною щльноупакованою раткою сну до тем ператури 882,5 С -Ti з кубчною обТмноцентрованою раткою - вище не.

Основна проблема при зварюванн титану та його сплавв повТязана з одержанням пластичних зварних зТднань. Зниження пластичност звар ного зТднання наслдком негативного впливу розчинених газв, дом шок структурних перетворень при нагрванн й охолодженн. Титан ма високу хмчну активнсть дуже нтенсивно реагу з киснем, азотом, вод нем, вуглецем. Помтне окиснення титану на повтр починаться при тем ператур близько 500 С. Азот, як кисень, стаблзу -фазу розширю область. Спордненсть титану з азотом настльки велика, що вн диним елементом, який горить у середовищ азоту. Водень поглинаться тита ном у великй клькост. Розчиннсть водню в -Ti досяга 2 % переви щу розчиннсть водню в залз у тисяч й десятки тисяч разв. Елементом, що виклика крихксть титану, виступа вуглець, який при високих тем пературах добре розчиняться в титан, а з зниженням температури утво рю дуже тверд та крихк карбди титану.

Для визначення пдсумкового впливу всх трьох елементв на власти вост титану використовують "екввалент кисню" [О]е, %:

[О]е = [О] + 2 [N] + (2/3) [С].

Залежнсть твердост технчного титану вд "екввалента кисню" доб ре вдтворються емпричним рвнянням НВ = 40 + 310 [O]e.

Для забезпечення добро зварюваност титану та його сплавв обме жують вмст шкдливих елементв: <0,1Е0,2 % О2;

<0,04Е0,05 % N2;

<0,008Е0,015 % Н2 <0,05Е0,1 % С.

Найбльш розповсюдженими дефектами зварних швв пори та холод н трщини. У звТязку з цим головною вимогою до флюсв для зварювання титану надйний захист зони зварювання вд взамод з повтрям виключення можливост забруднення шва шкдливими домшками, як можуть мститися в шлаку.

Висока температура плавлення титану зумовлю застосування туго плавкого флюсу. Щльнсть флюсу не повинна перевищувати щльнсть рдкого титану 4,11 г/см3. Флюс повинен забезпечувати стабльнсть про цесу зварювання, добре формування шва, вдсутнсть у ньому пор, тр щин, шлакових включень та нших дефектв. Шлакова крка повинна лег ко вдокремлюватися вд поверхн шва. Перерахованим вимогам вдпов дають безкиснев флюси на основ фторидв хлоридв лужних лужно земельних металв. На основ проведених у ЕЗ м. к.О. Патона досл джень були розроблен безкиснев флюси сер АНТ, як призначен для зварювання титану його сплавв (табл.4.7) [14]. - флюси в процес зва рювання надйно золюють ванну розплавленого металу та зону термчно го впливу вд шкдливого контакту з повтрям.

Таблиця 4.7. Склад флюсв АНТ-1, АНТ- Компоненти, % Марка флюсу CaF2 ВаС122Н2О NaF АНТ-1 79,5 19 1, АНТ-3 85,5 10 1, За правильно обраних режимв зварювання пори, трщини, шлаков включення в метал шва цлком вдсутн. Шви мають високу мцнсть пластичнсть. Для пдвищення ударно вТязкост металу шва при зварю ванн особливо вдповдальних конструкцй застосовують комбнований флюсогазовий спосб захисту.

4.7.4. Флюси для зварювання алюмню та його сплавв До позитивних властивостей алюмню та його сплавв як конструк цйних матералв варто вднести малу щльнсть, високу пластичнсть, корозйну стйксть, тепло- електропровднсть, добру оброблювансть у холодному та гарячому стан, високу питому мцнсть.

Оксидна плвка па поверхн алюмню та його сплавв ускладню процес зварювання. Маючи високу температуру плавлення (2050 С), ок сидна плвка не розплавляться в процес зварювання алюмню покри ва метал щльною оболонкою. Велик труднощ при зварюванн алюм ню та його сплавв виклика утворення пор у метал шва. В алюмн по ри розташовуються переважно у середин шва, поблизу меж з основним металом поверхн шва. Основним пороутворювачем вважаться водень.

Азот в алюмн практично не розчиняться, а переходить у шлак у вигля д нтриду алюмню тому не виклика появи пор. Також серйозн усклад нення при зварюванн алюмню та його низьколегованих сплавв вини кають у результат хньо високо схильност до утворення гарячих тр щин. Значна усадка при кристалзац зварного шва, а також великий кое фцнт нйного розширення сприяють виникненню високого темпу внутршнх деформацй у температурному нтервал крихкост.

Вдсутнсть фазових перетворень в алюмн призводить до отриман ня грубо стовпчасто структури наплавленого металу з дендритною транскристалтною будовою, що сприя розвитку гарячих трщин. стотне значення при цьому мають вмст домшок у метал та характер його пер винно кристалзац. Схильнсть технчного алюмню до утворення тр щин залежить вд спввдношення у ньому постйних його домшок - зал за та кремню.

Флюси для зварювання алюмню та його сплавв напввдкри тою дугою (по флюсу). Флюси для зварювання алюмню та його сплавв, крм спецальних, повинн мати наступн зварювально-технологчн вла стивост: забезпечувати стабльне горння дуги, легке вдокремлювання шлаково крки та добре формування шва;

попереджувати утворення у шв пор трщин при високих механчних характеристиках зварного зТднання, корозйно стйкост, електропровдност та нших властиво стей. Виходячи з наведених вище спецальних вимог, можливими компо нентами флюсв для зварювання алюмню можуть бути хлориди та фто риди лужних лужно-земельних металв, фторид алюмню, натрвий, калвий твий кролти.

Найбльше застосування для зварювання алюмню знайшов флюс АН-А1, що належить до системи КСlЦNaClЦNa3AlF6, разом з флюсом УФОК-А1 [18]. Для зварювання алюмнво-магнвих сплавв застосо вують флюси АН-А4, МАТИ-10, 48-АФ1, як не мають у свому склад солей натрю, належать до системи ВаC12ЦKCl, а також МАТИ-la, що мстить бльшу кльксть фторидв у порвнянн з ншими флюсами (табл. 4.8) [4, 20].

Флюси для зварювання алюмню та його сплавв закритою ду гою (пд флюсом). Головним недолком способу зварювання алюмню напввдкритою дугою по флюсу нтенсивне випромнювання дуги, ви длення великого обТму парв газв, значне розбризкування електродно го металу.

Таблиця 4.8. Склад флюсв для зварювання алюмню та його сплавв напввдкритою дугою Марка або Компоненти, % номер флюсу NaCl KCl BaCl2 NaF LiF Na3AlF6 K3ZrF6 нш АН-А1 20 50 - Ц - 30 - Ц УФОК-А1 30 40 - Ц - 30 - Ц АН-А4 - 57 28 - 7,5 - Ц 7,5 A1F МАТИ-1а - 47 - 42 3 - 8 LiC МАТИ-10 - 30 68 - Ц 2 - Ц 2 KF;

48-АФ1 - 47 47 - Ц - 2 Cr2O № 70 - 30 - 20 10 - 40 - № 80 - 40 - 20 10 - 30 - Для зварювання алюмню закритою дугою в Приазовському держав ному технчному унверситет (м. Маруполь) розроблен керамчн флюси ЖА-64 ЖА-64А (табл. 4.9) [20]. До складу флюсв введен невелик до мшки кремнезему та пдвищений вмст кролту з метою максимально знизити електропровднсть флюсв, виключити шунтування дуги флюсом забезпечити стабльнсть дугового процесу. Флюс ЖА-64 забезпечу стабльнсть процесу зварювання алюмню пд флюсом закритою дугою.

Зварн зТднання мають задовльний зовншнй вигляд, дрбнолускате фор мування металу шва з плавним переходом до основного металу, вдсут нсть пор, трщин та нших дефектв.

Виготовлення керамчних флюсв вимага спецального устаткування, тому А.Д. Корнв В.Я. Зусн запропонували плавлен флюси ЖА-70П та ЖА-72П (див. табл. 4.9), близьк за складом призначенням до керамч них флюсв ЖА-64 ЖА-64А. Флюс ЖА-72П призначений для зварюван ня алюмню високо чистоти.

Таблиця 4.9. Склад керамчних флюсв для зварювання алюмню та його сплавв Компоненти, % Марка флюсу NaCl КСl Na3AlF6 CaF2 SiO ЖА-64 15 38 44 - ЖА-64А 15 38 43 3 ЖА-70П 15Е19 До 46 28Е44 - 3Е ЖА-72П 14Е17 34Е40 36Е46 4Е6 До 4.8. Флюси для наплавлення електродним дротом стрчкою Для виконання механзованого дугового наплавлення звичайно засто совують наступн варанти поднання зварювальних матералв:

нелегований флюс легований дрт (стрчка) суцльного перерзу;

нелегований флюс порошковий дрт (стрчка);

легуючий (керамчний) флюс низьковуглецевий дрт суцльного пе рерзу;

легуючий (керамчний) флюс легований (суцльного перетину або порошковий) дрт (стрчка).

Комбнаця зварювальних матералв залежить вд необхдного рвня легування наплавленого металу вимог до зварювально-технологчних властивостей флюсу. Перш два варанти поднання зварювальних мате ралв бльш технологчн, оскльки плавлен флюси, що централзовано випускаються промисловстю, у поднанн з стандартними дротами (стрчками) дозволяють порвняно легко й ефективно вдновлювати зно шен поверхн навть в умовах невеликих ремонтних баз. При цьому мо жуть бути використан флюси, як широко застосовують для зварювання низько- та середньолегованих сталей.

Перший варант поднання матералв для наплавлення застосовують для поверхонь, що працюють в умовах абразивного зносу без ударних на вантажень з максимальною твердстю наплавлено поверхн HRC < 30.

Другий варант ма значно ширш можливост легування металу, що наплавляться, у порвнянн з першим. У даному випадку основне завдан ня поляга в тому, щоб правильно пдбрати плавлений флюс за хмчною активнстю стосовно наплавлюваного металу. Якщо останнй мстить елементи, що легко окиснюються у зварювальнй ванн, так як титан, алюмнй, нобй та н., для наплавлення необхдно використовувати флю си з мнмальною хмчною активнстю. Однак так флюси мають знижен зварювально-технологчн властивост, як погршуються при зменшенн хньо хмчно активност. Якщо елементи, що окиснюються, до складу наплавленого металу не додаються, рекомендуться використовувати ма лоактивн або навть активн флюси з високим рвнем зварювально технологчних характеристик.

Третй варант поднання найбльш широко використовують в проми словост. ПовТязано це з тим, що в даному випадку можливе застосування недефцитного вуглецевого або низьколегованого зварювального дроту (стрчки) у пар з легуючим керамчним флюсом. Однак кльксть порош коподбних металевих додаткв у керамчному флюс не повинна переви щувати 20 %. При хнй бльшй концентрац значно погршуються зва рювально-технологчн властивост флюсу, особливо вдокремлювансть шлаково крки, зроста мкро- макронеоднорднсть наплавленого мета лу. Тому при необхдност введення в наплавлений метал значно клько ст легуючих елементв варто пдвищувати концентрацю елементв у ме тал переважно за рахунок використання зварювального дроту (стрчки) з бльш високим рвнем легування.

Четвертий варант поднання дозволя легувати наплавлений метал у найбльш широкому дапазон концентрацй. Це досягаться шляхом ле гування як через зварювальний дрт (суцльного перерзу чи порошковий) або стрчку, так через керамчний флюс. В останньому випадку важли вого значення набува попереднй розрахунок хмчного складу наплав леного металу на основ аналогчних даних або складу зварювального дроту та керамчного флюсу.

4.8.1. Флюси для зносостйкого наплавлення сталей перлтно феритного класу Характерна вдмннсть плавлених флюсв, призначених для виконан ня зносостйкого та твердого наплавлення, - х дуже низька хмчна актив нсть стосовно наплавлюваного металу. Для цього звичайно використо вують пасивн плавлен флюси з хмчною активнстю, що не перевищу Аф < 0,1. Це диктуться умовами одержання максимально високих коеф цнтв переходу легуючих елементв з дроту в наплавлений метал.

Склад найбльш поширених плавлених флюсв наведено в табл. 28Д.

Це насамперед флюси ТКЗ-НЖ АН-28. Для механзованого зносостйко го наплавлення ущльнених поверхонь енергетично та запрно арматури широко застосовують плавлено-керамчн флюси ПКНЛ-17 ПКНЛ- (табл. 29Д) та керамчний флюс ФЦК-24, перш два з яких як шлакову ос нову мають тонкоподрбнений флюс АН-26С. При цьому основне легу вання та регулювання структури наплавленого металу здйснються за ра хунок елементв, що мстяться в зварювальному дрот (стрчц) перехо дять з керамчного флюсу. Флюс ПКНЛ-17 призначений для механзовано го наплавлення у сполученн з зварювальним дротом, а флюс ПКНЛ-128 - для механзованого наплавлення стрчкою шириною до 50 мм.

Керамчн флюси АНК-18, АНК-19, АНК-40, ЖСН-1, ЖСН-2, ЖСН-3, ЖСН-4, ЖСН-5 ЖСН-6 розроблен на основ шлаково системи MgOЦCaF2ЦAl2O3ЦSiO2 забезпечують одержання наплавленого металу практично будь-яко необхдно твердост залежно вд клькост легуючих елементв (табл. 30Д). З метою пдвищення продуктивност наплавлення до складу флюсу часто додають порошок залза. При цьому чим бльша його кльксть, тим меншу вТязксть у розплавленому стан повинен мати флюс з метою зниження втрат легуючих металевих порошкв.

4.8.2. Флюси для наплавлення аустентно-феритними матералами Наплавлення аустентно-феритними корозйностйкими матералами звичайно виконують на внутршнх поверхнях корпусних сталей, трубо проводв та ншого устаткування з сталей перлтно-феритного класу, що мають досить високу мцнсть, у тому числ й при пдвищених температу рах (аж до 540 С), але низьку корозйну стйксть.

У практиц втчизняного та закордонного досвду нанесення корозй ностйких покриттв наплавленням пд флюсом здйснюють дротовим або стрчковим електродом з сталей аустентного класу з регламентованим вмстом феритно фази. Для забезпечення достатньо трщиностйкост при кристалзац наплавленого металу в закордоннй практиц звичайно вважаться необхдним мати у його вихднй структур не менше 4Е5 % феритно фази. Це вдповдно визнача верхнй рвень останньо в дрот або стрчц (12Е15 %). У втчизнянй промисловост переважно застосо вують дротов та стрчков електроди з умстом феритно складово 5Е8 %, що забезпечу кльксть в наплавленому шар вдповдно 2Е5 %.

Пдвищений вмст фериту в закордонних стрчкових дротових елект родах пояснються тю обставиною, що х використовують у сполученн з бльш активними флюсами (Аф > 0,4) порвняно з втчизняними (Аф < 0,1).

Для корозйностйкого наплавлення дротовим електродом практично придатний будь-який склад флюсу для зварювання аустентно-феритних хромонкелевих сталей (ОФ-6, АН-26, ФЦ-17 та н.). Однак використання дротового електрода при наплавленн корозйностйких покрить мало продуктивне, бо забезпечу велику глибину проплавлення основного ме талу порвняно з стрчковим. Тому нижче наведено характеристики склади флюсв, як використовують при наплавленн корозйностйких покриттв стрчковим електродом.

Серед названо групи флюсв найбльш широко представлен флюси, побудован на баз шлаково системи CaOЦCaF2ЦA12O3ЦSiО2 (ФЦ-18, АН-70, АН-72 АН-90), з рзним спввдношенням основних компонентв системи та додаванням нших оксидв солей з метою одержання особли вих металургйних або зварювально-технологчних характеристик (табл. 31Д). Розглядаючи в цлому групу плавлених флюсв для механзо ваного наплавлення корозйностйких шарв на перлтн стал, слд вдзна чити хн наступн особливост: можливсть виконання наплавлення стрч ковим електродом, що дозволя рзко збльшити продуктивнсть процесу;

ведення процесу переважно в електрошлаковому режим;

використання для корозйностйкого наплавлення флюсв з зниженою хмчною актив нстю стосовно основного металу.

4.9. Флюси для електрошлакового зварювання сталей, кольорових металв сплавв Електрошлакове зварювання ма принципов вдмнност вд дугово го, тому основною умовою здйснення електрошлакового процесу по стйна наявнсть шлаково ванни.

Флюси для електрошлакового зварювання (ЕШЗ) повинн вдповдати наступним вимогам: забезпечення швидкого та легкого початку електро шлакового процесу пдтримання його стабльност без значних коливань ширини й глибини шлаково ванни у великому дапазон зварювальних струму та напруги;

забезпечення гарантованого проплавлення основного металу й задовльного формування поверхн шва без пдрзв напливв;

створення шлаку, який легко вдокремлються вд поверхн шва;

рдкий флюс повинен не тиснути формуюч повзуни та не випливати в зазори мж повзунами й основним металом, мати високу температуру кипння та видляти мнмум шкдливих газв, забезпечувати заданий хмчний склад металу шва та його чистоту за шкдливими домшками: срки, фосфору, кисню та н.

У табл. 32Д наведено ряд складв плавлених спецальних флюсв для ЕШЗ сталей рзних класв (кисл й основн). Крм спецальних флюсв, для ЕШЗ часто використовують флюси для механзованого дугового зварю вання (АН-348А, ОФ-6, АН-47), а також флюси, призначен для електро шлакового плавлення (АНФ-1, АНФ-6, АНФ-7 та н.).

Електрошлакове зварювання кольорових металв знаходить обмежене застосування, однак даний технологчний процес досить добре вивчений дозволя одержати властивост зварних зТднань на рвн, близькому до властивостей основного металу.

Електрошлакове зварювання алюмню та його сплавв доцльно здй снювати, починаючи з товщини понад 40 мм. Для ц мети розроблен флюси АН-А301, АН-А302, АН-А304 АН-А306 [4].

Титан його сплави мають ряд специфчних фзико-хмчних власти востей, що викликають серйозн утруднення при ЕШЗ. У промисловост найбльше поширення для ЕШЗ титану одержали безкиснев флюси АНТ-2, АНТ-4 АНТ-6, що забезпечують високу стабльнсть процесу добре формування шва. У розплавленому стан вони характеризуються дуже високою рдинотекучстю, тому необхдна ретельна пдготовка де талей пд зварювання [18].

Особливост ЕШЗ мд та сплавв складаються, по-перше, в забезпе ченн необхдного пдгрву та достатнього оплавлення основного металу, , по-друге, у рафнуванн розплавленого основного та присадного металу.

Це досягаться шляхом сполучення плавких неплавких електродв, за стосування спецальних флюсв особливих формуючих пристров [4, 17].

З урахуванням цих обставин для ЕШЗ мд розроблен легкоплавк флюси АН-М10Ц та АНФ-5 на основ фторидв лужно-земельних елементв.

При ЕШЗ нкелю та його сплавв виника цлий ряд серйозних труд нощв, повТязаних, насамперед, з великою схильнстю металу швв до утворення кристалзацйних трщин пористстю. Найбльше поширення для ЕШЗ нкелю одержали безкиснев фторидн флюси АНФ-5, АНФ-1, АНФ-6, АНФ-7 АНФ-8 [4, 18].

Роздл 5. ЗАХИСН ТА ГОРЮЧ ГАЗИ Й ГАЗОВ СУМШ Як захисн середовища при зварюванн широко застосовують нертн (Ar, Не) й активн (О2, СО2) гази, а також хн сумш (Ar + СО2 + O2, Ar + O2, Ar + СО2, СО2 + O2 та н.).

дея газового захисту зони зварювання належить великому росйсь кому винахднику М.М. Бенардосу, але промислове застосування зварю вання в захисних газах почалося псля розробки в 40-х роках у США спо собу зварювання неплавким вольфрамовим електродом в нертному газ - аргон, а у 50-х роках у СРСР високопродуктивного способу зварювання плавким електродом в активному вуглекислому газ.

Зварювання в захисних газах порвняно з ншими способами ма ряд переваг, з яких головн наступн [20]:

наявнсть сприятливих умов для взуального, у тому числ ди станцйного, спостереження за процесом та широкий дапазон робочих параметрв режиму зварювання;

можливсть ведення процесу з перодичною змною електричних па раметрв (мпульсно-дугове зварювання);

легксть здйснення процесу зварювання в рзних просторових поло женнях;

врогднсть варювання складу захисного газу;

використання для зварювання широко номенклатури матералв, у тому числ кольорових металв хнх сплавв;

широка можливсть механзац й автоматизац процесу, у тому числ з застосуванням робототехнки;

висока культура виробництва та сприятлив ггнчн умови прац зварникв.

Завдяки вдзначеним перевагам спосб дугового зварювання в захис них газах найбльш широко використовують у промисловост. Вн ма ряд рзновидв, як можна роздлити на дв основн групи: зварювання плав ким неплавким електродами.

Крм захисних газв пд час зварювання широко застосовують горюч гази. Газове полумТя - одне з найстарших джерел енерг. Але зварюва льний газовий пальник зТявився вдносно недавно, на початку ХХ сторч чя. В якост горючих газв найчастше виступають вуглеводн (ацетилен, бутан, пропан та н.). Окиснювачем кисень, нколи повтря.

Незважаючи на досить низьку теплову потужнсть газового полумТя та його вдносно низьк захисн можливост, це джерело енерг ма висо ку ефективнсть в процесах термообробки, паяння, газового рзання та н.

Для бльш ефективного використання захисних та горючих газв тре ба добре знати хн властивост.

5.1. Захисн гази, х властивост та способи одержання Захисн гази використовують для зТднання зварюванням широкого спектра конструкцйних матералв, у тому числ вуглецевих, низько-, се редньо- та високолегованих сталей, алюмню, титану, мд та х сплавв, а також для нших хмчно активних та тугоплавких матералв.

Вибр типу захисного газу залежить в першу чергу вд його окисно здатност, фзичних властивостей (табл. 5.1) [20] та хмчно активност основного металу. Важливе значення мають технологчн властивост за хисного середовища, а також його вартсть та сантарно-ггнчн умови використання.

5.1.1. нертн гази При зварюванн в нертних газах, якщо забезпечена повна золяця розплавленого металу вд повтря, хмчн реакц мж металом навколиш нм середовищем зводяться до мнмуму. нтенсивнсть проткання реак цй у цьому випадку визначаться ступенем чистоти газу.

Таблиця 5.1. Фзичн властивост деяких газв Маса Щльнсть при Потенцал 0 С та Температура ки Газ онзац, атомна молекулярна 0,1 МПа, пння, С еВ г/см3 Аргон 39,9480 - 1,78330 Ц185,9 15, Гелй 4,0026 - 0,17847 Ц268,9 24, Азот 14,0080 28,016 1,2510 Ц195,8 14, Кисень 16,0 32,0 1,4290 Ц182,9 13, Водень 1,0080 2,016 0,08988 Ц259,0 13, Ц78,5 (перетво Вуглекис - 44,011 1,9760 рються в "суху - лий газ кригу" Повтря - 29 1,2930 Ц190,0 - Аргон (лат. Argon). Ar - хмчний елемент VIII групи перодично системи Д.. Менделва, нертний газ, атомний номер 18, атомна маса 39,948.

При звичайних умовах аргон - безбарвний, неотруйний газ, без запа ху та смаку, майже в 1,5 раза важче повтря. У природ аргон присутнй тльки у вльному стан. ОбТмна концентраця аргону в повтр 0,93 %. Як у рдкому, так у твердому стан аргон у металах нерозчинний. Аргон широко використовують як захисне середовище при зварюванн та плав ленн активних рдких металв сплавв (алюмню, алюмнвих магн вих сплавв, корозйностйких хромонкелевих жаромцних сплавв ле гованих сталей рзних марок).

Основним промисловим способом отримання аргону метод низь котемпературно ректифкац повтря. Температура кипння аргону скла да (Ц185,9 С). Це трохи нижче, нж кисню (Ц182,9 С), вище, нж азоту (Ц195,8 С). Тому в роздлюючих колонах вдбуваться вибркове випаро вування окремих газв. Подальшим глибоким охолодженням фракцй ною перегонкою ц сумш пдвищують концентрацю аргону до необ хдно величини. Вд залишкв кисню аргон очищують шляхом безполу меневого спалювання водню в "сирому" аргон у присутност каталзато ра. Застосовують також спосб очищення в реакторах, як заряджаються гранулами активного окису мд. У чистому аргон як домшки залишають ся невелик клькост кисню, азоту та вологи. Оскльки за умовами зварю вання потрбен аргон рзно чистоти, то промисловсть випуска його трьох сортв (табл. 5.2) [20]. Аргон виробляють на потужних повтрянороз длюючих установках типу КААр-30, якими комплектуються киснев стан ц заводв чорно металург. Аргон також отримують на спецалзованих заводах з використанням повтрянороздлюючих установок типу Кж-1Ар, КжАжААр-1,6 АжКжКаАрж-2.

Таблиця 5.2. Склад газоподбного аргону (ГОСТ 10157Ц79) Сорт Показник вищий перший другий ОбТмна частка аргону, %, не менше 99,9930 99,987 99, ОбТмна частка кисню, %, не бльше 0,0007 0,002 0, ОбТмна частка азоту, %, не бльше 0,0050 0,010 0, Масова концентраця водяно пари при 20 оС 0,0070 0,010 0, та тиску 0,1 МПа, г/м3, не бльше ОбТмна частка сполук, що мстять вуглець, 0,0005 0,001 0, у перерахуванн на СО2, %, не бльше Аргон постачаться як у газоподбному, так в рдинному стан. Га зоподбний аргон вдпускають, збергають транспортують у сталевих ба лонах (за ГОСТ 949Ц73) або автореципнтах пд тиском (15,0 0,5) МПа або (20,0 1,0) МПа при 20 С. Тиск газу в балон й автореципнтах ви мрюють манометром вдповдного класу точност. Температуру газу в балон приймають рвною температур навколишнього повтря, у якому наповнений балон повинен бути витриманий не менше пТяти годин перед вимрюванням тиску.

ОбТм газоподбного аргону в балон за нормальних умов обчислю ють за формулою Vг = kVб, де k - коефцнт для обчислення обТму газу в балон, що врахову тиск температуру аргону.

При постачанн аргону в балонах (за ГОСТ 949Ц73) мсткстю 40 дм обТм газу в балон при номнальному тиску 15 МПа 20 С становить 6,20 м3 (k = 0,155);

при номнальному тиску 20 МПа 20 С - 8,24 м (k = 0,206) (див. п. 5.6).

Рдкий аргон транспортують залзницею у спецальних залзничних вагонах-цистернах типу ЦТК. Автомобльним транспортом рдкий аргон перевозять у транспортних цистернах для рдкого аргону всх типорозм рв (за ГОСТ 17518Ц79), а також автомобльними газифкацйними уста новками типу АГУ. Кльксть рдкого аргону в цистернах вимрюють у тоннах або клограмах. При перерахуванн маси або обТму рдкого арго ну в кубометри газоподбного аргону при нормальних умовах використо вують наступн формули:

Vг = m1000/1, або Vг = Vр1,392/1,662, де m - маса рдкого аргону, т;

Vр - обТм рдкого аргону, дм3;

1,662 - щльнсть газоподбного аргону за нормальних умов, кг/м3;

1,392 - щль нсть рдкого аргону за нормального тиску, кг/дм3.

Аргон нетоксичний вибухобезпечний. Газоподбний аргон важче повтря може накопичуватися в примщеннях бля пдлоги. При цьому знижуться вмст кисню в повтр, що виклика кисневу недостатнсть в електрозварника. У звТязку з цим у мсцях можливого накопичення га зоподбного аргону необхдно контролювати вмст кисню в повтр при ладами автоматично або ручно д з пристром для дистанцйного вд бору проб повтря. ОбТмна частка кисню в повтр повинна бути не мен ше 19 %.

При робот в атмосфер аргону необхдно користуватися золюючим кисневим приладом, шланговим протигазом або скафандром.

Гелй (лат. Helium). He - хмчний елемент VIII групи перодично системи Д.. Менделва, атомний номер 2, атомна маса 4,0026, нертний газ, без кольору та запаху, щльнсть 0,178 г/л. Вперше був вдкритий на сонц (Helius - сонце). Ма дуже низьку температуру кипння (Ц268,93 С). На земл гелю мало, у невеликй клькост мститься в повт р та земнй кор, де вн постйно утворються при розкладанн урану й нших радоактивних елементв. ОбТмний вмст гелю в повтр 0,00052 %.

Газ не отруйний, добре дифунду крзь тверд тла, значно легше по втря й аргону. Гелй не утворю хмчних сполук з бльшстю елементв.

Гелй отримують методом фракцйно конденсац з природних газв, що утворюються при розкладанн грських порд, як мстять уран. Природ ний газ попередньо очищають вд окису та двоокису вуглецю, пддають сушц, а потм спалюють. Метан та нш вуглеводн вдокремлюють в аб сорберах з активованим вугллям. Вд азоту газ очищають шляхом глибо кого охолодження в теплообмннику. У чистому гел як домшки зали шаються невелик клькост азоту, водню, кисню та вологи.

Гелй для зварювання виробляться промисловстю за ТУ 51Ц689Ц75 трьох сортв: марки А, Б та В (табл. 5.3) [20]. Методи ви значення частки домшок та умов постачання регламентуються ГОСТ 20461Ц75.

Таблиця 5.3. Склад гелю (за ТУ 51Ц689Ц75) Марка ОбТмна частка, % А Б В Гелй, не менше 99,9950 99,990 99, Водень, не бльше 0,0001 0,0025 0, Азот, не бльше 0,0005 0,0040 0, Кисень, не бльше 0,0001 0,0010 0, Аргон, не бльше - 0,0010 0, Вуглеводень, не бльше 0,0001 0,0030 0, Неон, не бльше 0,0040 0,0090 0, Водяна пара, не бльше 0,0005 0,0020 0, Транспортують збергають гелй у газоподбному стан в сталевих балонах при тиску 15 МПа або в скрапленому стан при 0,2 МПа (див. п. 5.6). Вартсть гелю значно вища, нж аргону, тому його застосо вують в основному при зварюванн хмчно чистих й активних матералв сплавв, а також сплавв на основ алюмню та магню.

5.1.2. Активн гази У якост активних захисних газв при зварюванн використовують вуг лекислий газ сумш газв (Ar + O2, Ar + СО2, СО2 + О2 та н.). У деяких зварювальних процесах використовують також азот водень.

Вуглекислий газ або двоокис вуглецю, оксид вуглецю (IV), може мати газоподбний, рдкий або твердий (у вигляд "сухо криги") стан.

Щльнсть двоокису вуглецю залежить вд тиску, температури та агрегат ного стану. При атмосферному тиску температур Ц78,5 оС двоокис вуг лецю, минаючи рдкий стан, перетворються в блу снгоподбну масу - "суху кригу". Вуглекислий газ - широко розповсюджений у природ без барвний газ, ма слабкий кислуватий запах смак, добре розчинються у вод й утворю вугльну кислоту Н2СО3, додаючи й кислий смак. Повтря мстить 0,03 % СО2. При нульовй температур та тиску 101,3 кПа щль нсть вуглекислого газу дорвню 0,001976 г/см3 вдносно повтря склада 1,524.

Рдкий двоокис вуглецю сну при кмнатнй температур лише при тиску бльше 5,85 МПа (щльнсть 0,771 г/см3 (20 С)). Питома маса рд кого двоокису вуглецю значно змнються вд температури, тому кль ксть двоокису вуглецю визначають продають за масою. Розчиннсть во ди в рдкому двоокис вуглецю в нтервал температур 5,8Е22,9 С не бль ше 0,05 %. За нормальних умов (20 С 101,3 кПа) пд час випаровування 1 кг рдко вуглекислоти утворються 509 л газу. При надмрно швидкому вдбор газу, зниженн тиску в балон та недостатньому пдведенн тепло ти вуглекислота охолоджуться, швидксть випаровування знижуться при тиску 0,53 МПа температур Ц56,6 С вона перетворються в "суху кригу". При нагрванн "суха крига" безпосередньо переходить у вуглеки слий газ, минаючи рдкий стан. "Суха крига" випаровуться значно повль нше вд рдко вуглекислоти.

Двоокис вуглецю термчно стйкий, дисоцю на окис вуглецю та ки сень тльки за температури вище 2000 С [7].

Для одержання швв високо якост необхден вуглекислий газ висо ко чистоти. У звТязку з цим для зварювання використовують двоокис ву глецю вищого та першого сортв (табл. 5.4) [18, 20]. Вдповдно до ГОСТ 8050Ц85 двоокис вуглецю не повинен мстити срководень, кисло ту, органчн сполуки (спирти, ефри, альдегди й органчн кислоти), ам ак, етаноламни й ароматичн вуглеводн.

Таблиця 5.4. Склад двоокису вуглецю (ГОСТ 8050Ц85) Сорт Показник вищий перший харчовий ОбТмна частка СО2, %, не менше 99,80 99,50 98, ОбТмна частка СО, %, не бльше Нема Нема 0, Масова концентраця мнеральних масел 0,10 0,10 0, механчних домшок, мг/кг, не бльше Масова частка води, %, не бльше Нема Нема 0, Масова концентраця водяно пари при 20 С 0,1 МПа, г/см3, не бльше, що вдповда 0,037 0,184 0, температур насичення CO2 водяною парою при тиску 0,1 МПа температур, С, не вище Ц48,0 Ц48,0 Ц48, Вуглекислий газ одержують у промисловост деклькома способами, з яких найбльш поширен наступн:

з газв, що утворюються при броднн спирту, пива, розщепленн жи рв. Газ у цих випадках явля собою майже чистий вуглекислий газ дешевим побчним продуктом виробництва;

з газв хмчних виробництв, у першу чергу синтетичного амаку та метанолу (мстять приблизно 90 % СО2);

з димових газв промислових котелень. При спалюванн вуглля, при родного газу та нших палив димовий газ мстить 12Е20 % СО2.

Двоокис вуглецю - нетоксичний, вибухобезпечний. Однак, при кон центрацях бльше 5 % (92 г/м3) вн може викликати явища киснево недо статност. Гранично припустима концентраця двоокису вуглецю в повт р робочо зони 9,2 г/м3 (0,5 %). Примщення для зварювання в цьому ви падку повинн бути обладнан загальнообмнною вентиляцю.

Для транспортування та збереження рдкого двоокису вуглецю най бльш поширен зотермчн транспортн цистерни та стацонарн напов нювач середнього тиску. Це устаткування, а також газифкатори за вдпо вдними характеристикам обТднан в групи, як в сукупност утворюють типов комплекси. В перший комплекс входить транспортна зотермчна цистерна рдко вуглекислоти ЦЖУ-3,0-2,0, стацонарна посудина - нако пичувач рдко вуглекислоти НЖУ-4,0-2,0 (обладнана холодильною уста новкою) та установка для газифкац вуглекислоти ЭГУ-100 (обладнана електричним випаровувачем);

в другий комплекс - ЦЖУ-6,0-1,8, НЖУ-8,0-2,0, УГМ-200М;

в третй - ЦЖУ-9,0-1,8, НЖУ-12,5-2,0, ГУ-400;

у четвертий - ЦЖУ-17,0-2,0, НЖУ-25,0-2,0, ГУ-400;

у пТятий - ЦЖУ-40,0-2,0, НЖУ-50,0-2,0, ГУ-400. Транспортувати та збергати вугле кислоту можна також у балонах за ГОСТ 949Ц73 (див. п. 1.6).

Споживання вуглекислоти здйснються через газифкатори по сис тем трубопроводв.

Кисень (лат. Oxygenium). О - хмчний елемент VI групи перодич но системи Д.. Менделва, атомний номер 8, атомна маса 15,9994. За нормальних умов - газ без кольору, запаху смаку. Хмчно найбльш ак тивний (псля фтору) неметал. З бльшстю нших елементв (воднем, ме талами, сркою, фосфором та н.) взамод безпосередньо (окиснення) , як правило, з видленням енерг. В атмосфер кисень знаходиться у вль ному стан й склада 23,15 % маси повтря. У звичайних умовах молекула кисню двохатомна (O2). Щльнсть газоподбного кисню при температур 0 С нормальному тиску 1,42897 г/л. Критична температура переходу в рдкий стан 118,84 С, критичний тиск 4,97 МПа. Температура кипння 182,9 С. Кисень широко застосовують для газового зварювання та рзан ня, а також при дуговому зварюванн як складову частину газово сумш.

При досить високому вмст елементв-розкиснювачв у метал, що пере плавляться дугою, кисень може вводитися в зону зварювання для змен шення шкдливо д водню, полпшення формування металу шва та пере носу електродного металу. Як поверхнево активний елемент кисень змен шу поверхневе натягнення рдкого металу, сприя утворенню на торц електроду бльш дрбних крапель та переходу до струминного переносу металу в зварювальну ванну.

Промисловсть випуска технчний медичний газоподбний кисень, який одержують з атмосферного повтря способом низькотемпературно ректифкац. Технчний кисень одержують також електролзом води.

Склад газоподбного кисню надано у табл. 5.5 [4, 20]. Кисень - нетоксич ний, негорючий вибухобезпечний, однак вн рзко збльшу здатнсть н ших матералв до горння. Накопичення кисню в повтр примщень ство рю небезпеку виникнення пожеж. ОбТмна частка кисню в робочих при мщеннях не повинна перевищувати 23 %.

Таблиця 5.5. Склад газоподбного кисню (ГОСТ 5583Ц78, ISO 2046Ц73) Сорт Показник перший другий третй ОбТмна частка кисню, %, не менше 99,70 99,50 99, Масова концентраця водяно пари при 0,05 0,07 0, 20 С 0,1 МПа, г/м3, не бльше ОбТмна частка водню, %, не бльше 0,30 0,50 0, Газоподбний кисень транспортують у сталевих балонах (за ГОСТ 949Ц73) або в автореципнтах пд тиском (15 0,5) МПа або (20 1) МПа при 20 С. Балони з киснем перевозять транспортом усх ви дв вдповдно до правил перевезення небезпечних вантажв (див. п. 5.6).

При навантаженн, розвантаженн, транспортуванн та збереженн ба лонв повинн дотримуватися заходи, що запобгають хньому паднню, ударам, ушкодженню забрудненню балонв мастилами.

Азот (грецьк. azoos - безжиттвий, лат. Nitrogenium). N - хмчний елемент V групи перодично системи Д.. Менделва, атомний номер 7, атомна маса 14,0067, безбарвний газ, без запаху та смаку. У повтр вль ний азот (у вигляд молекул N2) склада 78,09 %. Азот трохи легший пов тря, щльнсть 1,2506 кг/м3 при нульовй температур та нормальному ти ску, температура кипння 195,8 С. Критична температура переходу в рд кий стан 147,1 С критичний тиск 3,39 МПа.

Азот використовують для зварювання мд та сплавв, вдносно яких вн нертним газом, а також для плазмового рзання. Стосовно бльшост нших металв азот активним газом (часто шкдливим) його концентра цю в зон плавлення прагнуть обмежити.

Питомий обТм газоподбного азоту дорвню 860,4 дм3/кг при тиску близько 1 МПа температур 20 С, рдкого - 1,239 дм3/кг при температу р Ц195,8 С тиску близько 0,1 МПа (табл. 5.6) [18, 20].

Таблиця 5.6. Склад азоту (ГОСТ 9293Ц74, ISO 2435Ц73) Сорт Показник вищий перший другий ОбТмна частка азоту, %, не менше 99,994 99,60 99, ОбТмна частка кисню, %, не бльше 0,005 0,40 1, Масова концентраця водяно пари при 0,005 0,070 - 20 С та 0,1 МПа, г/м3, не бльше Температура насичення азоту водяною па Ц63,0 Ц43,0 - рою при тиску 0,1 МПа, С, не вище Постачання технчного азоту здйснються в газоподбному стан у балонах й автореципнтах пд тиском (15,0 0,5) МПа й (20,0 1,0) МПа або в рдкому стан в зотермчних цистернах. Технчний газоподбний азот вищого сорту поставляться тльки по трубопроводу.

Накопичення газоподбного азоту виклика явища киснево недостат ност. Вмст кисню в повтр робочо зони зварника повинен бути не мен ше 19 %.

Водень (лат. Hydrogenium). H - хмчний елемент, перший за поряд ковим номером в перодичнй систем Д.. Менделва. Атомна маса дор вню 1,00792. За звичайних умов водень - газ без кольору, запаху та сма ку, у 14,4 рази легший за повтря. Щльнсть 0,0899 г/л (при температур 0 С тиску близько 0,1 МПа). Критична температура дуже низька (Ц240 С). Водень використовують у зварювальному виробництв для атомно-водневого зварювання та дугового зварювання в захисних газах (у сумш Ar + Н2 до 12 %). Крм того вн горючий газ (див. п. 5.4.). Водень вдгра також важливу роль у металургйних процесах зварювання.

Бльш широко застосовують його у спецальних способах зварювання та металург, наприклад у порошковй металург при спканн виробв.

Вдповдно до ГОСТ 3022Ц80 водень випускають трьох марок: А, Б, В. Водень марки А одержують електролзом води;

марки Б - залзопаро вим способом пд час взамод феросилцю з розчином лугу;

марки В - електролзом хлористих солей, а також при паровй конверс вуглеводне вих газв. Для зварювання та з металургйною метою в основному викорис товують водень марок А та Б (табл. 5.7) [20].

При робот з воднем необхдно ретельно виконувати вимоги технки безпеки. Водень вибухонебезпечний. З повтрям киснем утворю вибу хонебезпечну сумш, у сумш з киснем (2 : 1) - гримучий газ. Вибухов концентрац: з повтрям - 4Е75 %, з киснем - 4,1Е96,0 %. Температура самозапалювання 510 С. Водень фзологчно нертний, при високих концентрацях виклика кисневу недостатнсть. При високому тиску ви являться його наркотична дя. У звТязку з цим при робот в середовищ водню необхдно користуватися золюючим протигазом.

Таблиця 5.7. Склад водню вищо категор якост (ГОСТ 3022Ц80) Марка Показник А Б ОбТмна частка водню в перерахунку на сухий газ, 99,990 99, %, не менше Загальна обТмна частка газв (кисню, азоту, окису 0,005 0, вуглецю) в перерахунку на сухий газ, % ОбТмна частка кисню, %, не бльше 0,010 0, Концентраця водяно пари при 20 С 0,1 МПа, г/м3, не бльше:

в трубопроводах 0,50 0, в балонах пд тиском 0,20 0, Технчний водень збергають транспортують у сталевих балонах м сткстю 40 50 дм3 (за ГОСТ 949Ц73) пд тиском (15 0,5) МПа при 20 С.

Балони з воднем збергають у спецальних, зольованих примщеннях або на вдкритому повтр пд навсом, з обовТязковим захистом балонв вд атмосферних опадв та прямих сонячних променв. Збереження поруч балонв з воднем балонв з ншими газами не допускаться. Кожна пар тя захисного газу повинна супроводжуватися документом про яксть.

5.2. Класифкаця захисних газв сумшей Дугове зварювання в окисних газах супроводжуться помтними втратами ряду легуючих елементв, що утворюють пд час взамод з ки снем шлаки (MnO, SiО2, TiО2, Al2O3 та н.) або гази (СО2, СО, SO2 та н).

Здатнсть захисного газу окиснювати метал у процес зварювання назива ться окисною здатнстю або окисним потенцалом.

За даними М.М. Новожилова, у реакцйнй зон зварювання одночас но проткають два протилежних процеси [20]:

окиснення рдкого металу (електродн крапл, зварювальна ванна) та його пари захисним газом;

розкиснення металу зварювально ванни легуючими елементами еле ктродного або основного металу.

При цьому продукти окиснення металу визначають склад шлаку, який утворються на його поверхн, а продукти розкиснення впливають на склад неметалевих включень у метал шва. Це повТязано з тим, що на вдмну вд продуктв окиснення, продукти розкиснення не завжди всти гають коагулюватися та видлитися з металу шва, тод утворюються не металев включення. Процеси окиснення та розкиснення мають важливе практичне значення: окиснення легуючих елементв знижу мцнсть, а неметалев включення зменшують (особливо при низьких температурах) пластичнсть металу шва.

Через велику рзномантнсть газв, для оцнки нтенсивност окис нення металу захисним середовищем, розроблено деклька експеримента льних методв [7]. Наприклад, нтенсивнсть окиснення металу захисним газом можна оцнювати за вдношенням вмсту елементв у метал шва вмсту елементв, що надйшли до нього з електродного дроту й основно го металу (початкова концентраця елементв). Це вдношення називають коефцнтом засвоння або коефцнтом переходу в метал шва легую чих елементв:

i = Сшi / Спi, Спi = Coi + (1 - ) Cдi, Cшi = Coi i + Cдi i (1 - ), де i - коефцнт засвоння вдповдного елемента;

Сшi - концентраця елемента в метал шва, %;

Спi - початкова концентраця елемента, %;

(1 - ), - частка участ електродного й основного металв у метал шва вд повдно;

Сдi, Сoi - концентраця елемента в електродному дрот й основ ному метал, вдповдно %, мас.

Загальн коефцнти засвоння елементв пдраховують на пдстав експериментального визначення вмсту елементв в електродному дрот, основному метал, метал шва та визначення часток участ електродного та основного металв у метал шва шляхом дослдження поперечних пере рзв швв. На практиц досить зручно оцнювати вмст легуючих елемен тв у метал шва за формулою Cшi = Coi oi + Cдi дi (1 - ), де o, д - коефцнт засвоння вдповдного елемента з основного й електродного металв вдповдно.

Оцнку нтенсивност окиснення за коефцнтами засвоння елемен тв застосовують найбльш широко. Однак цей метод не дозволя клькс но оцнювати нтенсивнсть окиснення.

Оцнку за складом захисного газу вмстом кисню в метал шва за стосовують при зварюванн в окисних газах, коли вдбуваться збльшення вмсту кисню в метал шва. Цей параметр використовують у ряд кран для оцнки окисного потенцалу захисних газових сумшей. В узагальне ному вигляд результати дослджень впливу складу газв на окиснення металу шва знайшли вдображення в запропонованй IIW класифкац за хисних газв за х хмчною активнстю (окисною здатнстю), показниками яко склад газу та вмст кисню в метал шва (табл. 5.8) [27]. Однак вмст кисню в метал шва не може кльксно вдтворювати нтенсивнсть окис нення металу захисним газом, оскльки в метал шва переходить тльки частина кисню, а нша значна частина його звТязуться в оксидн плвки, що утворюються на поверхн зварних швв. Отже, запропонована IIW класифкаця захисних газв за х хмчною активностю може бути вико ристана як наближена.

Оцнка нтенсивност взамод металу з захисним газом за пдсумко вою клькстю кисню, який прореагував з металом, запропонована М.М. Новожиловим. У даному випадку враховують не тльки кисень, що Таблиця 5.8. Класифкаця захисних газв (за даними IIW) Склад сумш, % Число Номер Вднов- Тип газу Загальний вмст [O] в Група компо- Окиснювач нертн гази газу лювач (хмчна активнсть) метал шва, % нентв СО2 О2 Ar He H 1 1 - Ц 100 - Ц 2 1 - Ц - 100 - нертний 1 3 2 - Ц 25Е75 Решта - 0, 4 2 - Ц 85Е95 - Решта Вдновлювальний 5 1 - Ц - Ц 1 2 - 1Е3 Решта - Ц М1 Слабоокиснювальний 0, 2 2 2Е4 - Решта - Ц 1 2 15Е30 - Решта - Ц Середньоокисню М2 2 3 5Е15 1Е4 Решта - Ц 0,04Е0, вальний 3 2 - 4Е8 Решта - Ц 1 2 30Е40 - Решта - Ц М3 2 2 - 9Е12 Решта - Ц Сильноокисню 3 3 5Е20 4Е6 Решта - Ц 0, вальний 1 1 100 - Ц - Ц С 2 2 Решта 20 - Ц - перейшов у метал шва, але й кисень, який прореагував з розплавленим металом при зварюванн, але не потрапив у метал шва:

m[О]д + n[О]о + Ор = [О]ш + {О}г + [О]рб + (О)шл, де m[О]д, n[О]о - кльксть кисню в розплавленому електродному дрот та основному метал вдповдно, вднесена до одиниц маси (г) металу шва;

Ор - кльксть кисню, що проарегував з металом в результат його взамо д з захисним газом;

[О]ш - кльксть кисню, що потрапив у метал шва;

{О}г - кльксть кисню, що вийшов з металу у склад СО2, СО та нших газв;

[О]рб - кльксть кисню, що прореагував з металом, який не потра пив у шов пшов на розбризкування;

(О)шл - кльксть кисню, що пере йшов з металу у шлакову фазу за рахунок процесв розкиснення.

Пдсумкову кльксть кисню, який прореагував у процес зварювання з 100 г металу шва, найчастше визначають через втрати легуючих елеме нтв Ве, як мають велику хмчну спордненсть з киснем (С, Si, Mn та н.) мстяться в метал у значнй клькост.

Втрати кожного елемента (%) визначають за його вмстом в елек тродному дрот Сд, основному метал Со та метал шва Сш з урахуванням часток участ електродного M та основного N металв, як знаходять шля хом планметрування поперечних перерзв шва:

Ве = (MСд + NСо) - Сш.

Пдсумкову кльксть кисню О (см3/100 г металу), що прореагував з всма легуючими елементами, приблизно пдраховують з урахуванням вдношення атомних мас кисню та легуючих елементв, як окиснюються в найбльш моврних (з термодинамчно точки зору) окисах (СО, SiO2, MnO, Cr2O3 та н.) [11]:

О = 1,33ВС + 1,14ВSi + 0,29BMn + 0,46BCr + 0,67BTi + 0,89BAl + + 0,35BZr + Е, де ВС, ВSi, BMn,... - втрати вуглецю, кремню, мангану та нших елементв вдповдно.

Оцнка нтенсивност окиснення за клькстю кисню, що прореагував з металом, дозволя найбльш врогдно, кльксно оцнити окисну здат нсть захисного газу. Класифкаця захисних газв за клькстю кисню, що прореагував з металом, наведена в табл. 5.9 [11].

Окиснення металу при зварюванн стотно залежить вд параметрв режиму: струму, напруги на дуз, швидкост зварювання, вильоту елект рода. При збльшенн струму, напруги на дуз швидксть окиснення мета лу спочатку зменшуться, а потм залишаться постйною або трохи пд вищуться.

5.3. Особливост використання захисних газв при зварюванн Основними захисними газами при зварюванн неплавким електродом аргон гелй. Для захисту зварювально ванни ц гази застосовують у чи стому вигляд або у вигляд сумш Аr + Не в будь-якому спввдношенн (див. табл. 5.9). Значн розходження в щльност та теплопровдност ар гону та гелю визначають особливост х захисних властивостей, а також умов горння дуги. Аргон бльш важким газом, нж повтря. У звТязку з цим при витканн з сопла пальника, струмнь аргону краще захища рд кий метал при зварюванн в нижньому положенн. Розткаючись по пове рхн виробу, вн тривалий час захища широку зону розплавленого та на гртого до високих температур металу. Гелй захища метал грше аргону (мала щльнсть), що змушу збльшувати його витрати для надйного за хисту.

При зварюванн в гел напруга на дуз в 1,5Е2,0 рази вища, нж при зварюванн в аргон, що повТязано з бльш високим потенцалом онзац гелю (див. табл. 5.1). У звТязку з цим за однаково сили струму при зва рюванн в гел видляться бльше тепла, нж при зварюванн в аргон й дуга в гел ма бльшу проплавляючу здатнсть (рис 5.1) [18]. У багатьох ви падках рекомендуться використовувати захисну сумш 65 % Аr + 35 % Не.

Таблиця.5.9. Класифкаця захисних газв (за М.М. Новожиловим) Склад сумш, % Номер Число Озв, см3/100 г Тип газу Група Окиснювач нертн гази Вдновлювач газу компонентв металу шва (хмчна активнсть) СО2 О2 Ar He H 1 1 1 - Ц - Ц 0,04 Слабовдновлювальний 2 2 - Ц 85Е95 - Решта 1 1 - Ц 100 - Ц 2 2 1 - Ц - 100 - 0,05 нертний 3 2 - Ц 25Е75 Решта - 1 2 2Е8 - Решта - Ц М1 0,05Е0,1 Слабоокиснювальний 2 2 - 1Е5 Решта - Ц 1 2 9Е20 - Решта - Ц Середньоокиснюваль М2 2 2 - 6Е11 Решта - Ц 0,1Е0, ний 3 3 5Е10 1Е3 Решта - Ц 1 2 21Е95 - Решта - Ц М3 2 2 - 12Е14 Решта - Ц 0,2Е0,3 Окиснювальний 3 3 11Е20 2Е3 Решта - Ц 1 1 100 - Ц - Ц 2 2 Решта 1 - Ц - С 0,3 Сильноокиснювальний 3 2 - 15 Решта - Ц 4 3 15Е25 4 Решта - Ц При цьому спввдношенн найбльш повно забезпечуються переваги обох газв, глибоке проплавлення основного металу та добре формування ме талу шва [20].

Рис. 5.1. Форма проплавлення при зварюванн в аргон (1) та гел (2) При зварюванн плавким електродом розплавлений метал переходить у зварювальну ванну таким чином бере участь у формуванн шва. Осно вн види перенесень електродного металу при зварюванн плавким елект родом наступн: великокрапельний з короткими замиканнями дугового промжку;

великокрапельний без коротких замикань;

перенесення крап лями середнього розмру без коротких замикань;

струминне перенесення.

Характер перенесення електродного металу залежить вд температури (з пдвищенням температури поверхневий натяг рдкого металу зменшу ться) складу захисного газу, який суттво вплива на поверхневий натяг рдкого металу.

Кисень зменшу поверхневий натяг металу, тому з збльшенням йо го вмсту в сумш на основ аргону критичний струм переходу до стру минного перенесення зменшуться. Висок технологчн властивост дуги при зварюванн стал забезпечуються при додованн до аргону 2...5 % О2.

У такому середовищ дуга горить стабльно. Перенесення металу дрб нокрапельним з мнмальним розбризкуванням (рис. 5.2) [20].

Вуглекислий газ при концентрацях 5Е10 % у сумш з аргоном також сприя зниженню поверхневого натягу. Зростання вмсту СО2 у сумш Ar + СО2 бльше 20 % збльшу поверхневий натяг рдкого ме талу [24].

Рис. 5.2. Вплив складу газових сумшей Ar + O2, Ar + CO2 на число електродних крапель, що утворюються при зварюванн електродом даметром 1 мм струмом 250 А Азот, навпаки, пдвищу поверхневий натяг металу. Тому з збль шенням вмсту азоту в аргон при однаковй сил струму розмр крапл збльшуться. При зварюванн в середовищ азоту вдбуваться велико крапельне перенесення металу з нтенсивним розбризкуванням.

Водень також пдвищу поверхневий натяг та сприя збльшенню критичного струму. При додаванн до аргону 5Е10 % Н2 крапл електрод ного металу виростають до великих розмрв, збергаючи сферичну фор му. При зварюванн в аргон, що мстить бльше 20 % Н2, перенесення ме талу супроводжуться вибухами в результат коротких замикань крапель на зварювальну ванну та активним розбризкуванням.

Основн закономрност процесу зварювання в сумшах Ar + СО2, Ar + О2, Ar + СО2 + О2 мало вдрзняються вд снуючих при зварюванн в чистому аргон. Однак присутнсть окисних газв значно розширю дапа зон струмв стабльного ведення процесу зварювання, забезпечу краще формування металу шва та менше розбризкування, полпшу форму про вару та зменшу випромнювання дуги порвняно з зварюванням в чис тому аргон або у чистому вуглекислому газ. Завдяки перелченим пере вагам сумш Ar + О2, Ar + СО2, Ar + СО2 + О2 широко використовують на практиц для зварювання плавким електродом.

При вмст СО2 у сумш Ar + СО2 бльше 25Е30 % стабльнсть про цесу помтно знижуться. При вмст СО2 40Е50 % бльше зварювання в сумш Ar + СО2 практично мало вдрзняться вд зварювання в чистому СО2. Однак при зварюванн у чистому СО2 складно забезпечити струмин ний перенос електродного металу. При малй довжин дуги на низьких напругах процес протка з короткими замиканнями, супроводжуться великими втратами електродного металу на розбризкування. Пдвищене розбризкування розплавленого металу серйозним недолком зварювання в СО2. Бризки засмчують сопло пальника та порушують захист у процес зварювання, налипають на основний метал, що вимага проведення на ступного механчного зачищення. Незважаючи на ц недолки, уперше розроблений в СРСР у 1950Ц1952 рр. К.В. Любавським М.М. Новожило вим спосб зварювання плавким електродом у вуглекислому газ одержав широке поширення для виготовлення конструкцй з вуглецевих низько легованих сталей. Зниження розбризкування можна досягти примусовим керуванням перенесення електродного металу мпульсами зварювального струму при веденн процесу зварювання в мпульсно-дуговому режим.

Забезпечити стабльнсть горння дуги та скоротити втрати металу на розбризкування при зварюванн в СО2 можна також, використовуючи електродн дроти, активован цезм, рубдм, калм, натрм, барм та деякими ншими елементами, як забезпечують стабльнсть струминного переносу електродного металу у вуглекислому газ. Однак в цлому, вуг лекислота в чистому вигляд, як захисне середовище для зварювання ни зьколегованих та низьковуглецевих сталей дротами суцльного перерзу, використовуться обмежено, що повТязано насамперед з великими втра тами металу на розбризкування, а також суттвим зменшенням в метал шва вмсту легуючих елементв та збльшенням вмсту кисню. Це призво дить також до зниження рвня механчних властивостей зварних зТднань, особливо ударно вТязкост при низьких температурах, що обмежу темпе ратурний нтервал використання металоконструкцй.

Починаючи з 60-х рокв, для зТднання вуглецевих та низьколегова них сталей застосовуться зварювання в сумш вуглекислого газу з кис нем (до 20Е40 % О2). Однак додавання кисню до вуглекислого газу ви клика ще бльше зменшення вмсту легуючих елементв та пдвищення вмсту кисню в метал шва, що дуже серйозним недолком.

5.4. Горюч гази, х властивост та способи одержання Горюч гази згорають, як правило, у сумш з киснем. Найвищу тем пературу ма ацетиленокисневе полумТя (3200 С), що дозволя викорис товувати ацетилен при всх видах газополуменево обробки металв [18].

Ацетилен належить до групи вуглеводнв ряду СnН2nЦ2. Це безбарв ний пальний газ з специфчним запахом за рахунок присутност в ньому домшок фосфористого водню, срководню та н.;

щльнсть ацетилену при 20 С та 0,1 МПа дорвню 1,091 кг/м3;

при 0 С та 0,1 МПа щльнсть - 1,171 кг/м3. Ацетилен легший за повтря;

щльнсть, у порвнянн з щль нстю повтря, 0,9;

молекулярна маса 26,038. Критична точка для ацети лену характеризуться тиском насичено пари 6,165 МПа та температу рою 35,54 С. При тиску 0,1 МПа та температур Ц84 С ацетилен перехо дить у рдкий стан, при температур Ц85 С - тверд [18].

Ацетилен - диний газ, що широко використовуться у проми словост, горння вибух якого може вдбутися за вдсутност кисню та нших окиснювачв. Температура самозапалювання ацетилену коливать ся в межах 500Е600 С при тиску 0,2 МПа та знижуться з збльшенням тиску;

так, при тиску 2,2 МПа температура самозапалювання ацетилену дорвню 350 С, а при наявност каталзаторв, таких, як залзний поро шок, силкагель, активоване вуглля та нших розкладання ацетилену по чинаться при 280Е300 С. Присутнсть окису мд знижу температуру самозапалювання до 246 С. За певних умов ацетилен реагу з мддю, утворюючи вибухонебезпечн зТднання. У звТязку з цим при виготовлен н ацетиленового устаткування забороняться застосовувати сплави, як м стять бльше 70 % Cu.

Ацетилен використовують у газоподбному або у розчиненому стан.

Ацетилен розчиняться в ацетон, який рвномрно розподляться в пори стому наповнювач в балон. Лита пориста маса (ЛПМ) забезпечу локал зацю вибухового розкладання ацетилену. При вдсутност пористо маси в балон нцйоване вибухове розкладання ацетилену вдбуваться при тиску нижче 0,5 МПа. У якост пористих наповнювачв можуть бути ви користан також порист насипн маси (наприклад, активоване вуглля), але при цьому вмст ацетилену в балон зменшуться в 1,5 рази.

Фзико-хмчн показники газоподбного та розчиненого технчного ацетилену регламенту ГОСТ 5457-75.

Технчний розчинений ацетилен транспортують у сталевих балонах за ТУ 6Ц21Ц32Ц78. Припустимий максимальний тиск у балонах не пови нен перевищувати 1,34 МПа при температур Ц5 С та тиску 0,1 МПа 3,0 МПа при температур +40 С та тиску 0,1 МПа. Залишковий тиск у балон при цих параметрах не повинен бути менше 0,05 0,30 МПа вдпо вдно.

Для газополуменево обробки металв поряд з ацетиленом, отрима ним з карбду кальцю, застосовують пролзний ацетилен, який одержу ють термоокиснювальним пролзом метану.

При застосуванн розчиненого ацетилену, порвняно з газоподбним, забезпечуться найбльший коефцнт використання карбду кальцю.

Основною сировиною для одержання ацетилену карбд кальцю, який одержують в електричних печах при взамод обпаленого вапна з коксом або антрацитом. Розплавлений карбд кальцю розливають у форми, де вн застига. Потм його подрбнюють в дробарках та сортують за розмрами шматкв вдповдно до ГОСТ 1460Ц76. Ацетилен одержують розкладан ням (гдролзом) карбду кальцю водою. Дйсний "вихд" ацетилену з 1 кг технчного карбду при 20 С 0,1 МПа не перевищу 285 л та залежить вд грануляц карбду (табл. 5.10) [18].

Таблиця 5.10. Фзико-хмчн показники карбду кальцю ОбТм ацетилену, л/кг, не менше Розмри шматкв, мм Позначення Перший сорт Другий сорт 25Е80 25/80 285 15Е25 15/25 275 8Е15 8/15 265 2Е8 2/8 255 Для шматкв рзного розмру - 275 Вмст фосфористого водню в ацетилен повинен бути не бльше 0,08 % об., вмст сульфдно срки не бльше 1,20 %. Великий тепловий ефект реакц розкладання карбду створю небезпеку сильного перегрву.

Без вдведення тепла при взамод стехометрично клькост карбду кальцю та води реакцйна маса розгрваться до 700Е800 С. Розкла дання карбду при недостатньому охолодженн й особливо в присутност повтря може привести до вибуху, тому необхдно процес здйснювати при значному надлишку води. Для розкладання 1 кг карбду необхдно 5Е20 л води.

Карбд кальцю транспортують та збергають у залзних барабанах з товщиною стнки не менше 0,51 мм масою 50Е130 кг.

Ус гази можна подлити на прост, зрджен, стиснут охолодженням, розчинен, а також газов сумш. Основн фзичн та теплов властивост горючих газв наведено в табл. 5.11 [18].

Стиснут гази. Стиснутими газами - замнниками ацетилену назива ють так гази, як за звичайних умов збереження й транспортування не переходять у рдкий стан н при якому тиску. До таких газв належать во день, метан, двоокис вуглецю, коксовий, пролзний, природн, нафтов та сланцев.

У чистому вигляд водень для газополуменево обробки застосовують в основному при зварюванн та паянн свинцю, а також при особливих видах кисневого рзання, де потрбна подача пального газу в рзак пд ви соким тиском. Частше водень одним з компонентв горючо сумш га зв. Чим бльше водню в сумш, тим нижч теплов характеристики останньо.

Метан у сумш з повтрям та киснем ма широк концентрацйн гра ниц вибуху. Його одержують з природного або коксового газу шляхом глибокого охолодження. Температура запалювання метану 340 С. Для повного згорання 1 м3 метану необхдно 2 м3 кисню. Максимальна швид ксть поширення полумТя метану в сумш з киснем 3,3 м/с. Метан - ди ний вуглеводень, який ма критичну температуру, значно нижчу темпера тури навколишнього середовища, поряд з воднем та вуглекислим газом.

Для газополуменево обробки чистий метан застосовують обмежено. Вн основним компонентом природних газв входить до складу нших го рючих газв.

Природн та мськ гази являють собою сумш газоподбних вугле воднв з переважною клькстю метану (75,7Е99,4 %) та невеликою кль кстю нертних газв й азоту. Нижча теплота згорання природних газв ко ливаться в межах 31300Е37800 кДж/м3. Природний газ практично не ма запаху, тому в газ додають адорант, який ма рзкий запах, за яким можна визначити виткання газу. Природний газ може надходити до спо живача або в балонах, або по газопро воду. Газопроводи природних, Таблиця 5.11. Основн фзичн та теплов властивост горючих газв Границ вибуху, % Температура, С вмсту газу в сумш Теплота Найменування Температура згорання горючого газу та полумТя при 20 С та його хмчна сумш газу з 0,1 МПа, формула киснем, С кДж/м Ацетилен С2Н2 52718 3100Е3200 1,0 1,090 +35,5 Ц81,0 Ц83,6 2,10Е100,0 2,3Е100,0 1,7 1, Водень Н2 10042 2100Е2500 5,20 0,084 Ц239,8 Ц259,2 Ц252,8 3,30Е81,50 2,6Е95,0 0,4 1, Метан СН4 33472 2000Е2200 1,60 0,670 Ц82,5 Ц182,5 Ц161,7 4,80Е16,70 5,0Е59,2 2,0 - Етан С2Н6 60250 2200 1,27 - Ц 172,1 Ц88,5 3,10Е15,0 4,1Е50,1 - Ц Пропан C3H8 87027 2600Е2750 0,65 1,880 +96,8 Ц189,9 Ц42,6 2,0Е11,0 2,0Е48,0 - 0, Бутан С4Н10 116315 2400Е2500 0,45 2,540 +152,0 Ц139,0 Ц0,6 1,50Е8,50 3,0Е45,0 3,5Е4,0 - Пропан-бутан 86190 2000Е2100 0,60 1,867 - Ц - 2,17Е9,50 - Ц - Етилен С2Н4 59496 2900 0,90 1,170 - Ц - 2,70Е36,0 2,6Е80,0 - Ц Окис вуглецю СО 11715 2600Е2800 4,50 1,160 Ц140,2 205,0 Ц191,5 11,40Е77,50 15,5Е93,9 - Ц 13389 0,740Е Сланцевий газ2 1500Е2000 4,0 - Ц - Ц - 0,7 0, Е1, 14644Е 0,40Е Коксовий газ2 2000Е2200 3,20 - Ц - 7,0Е21,0 - 0,8Е0,9 0, Е18409 Е0, Природний газ2 31380Е 0,680Е 2000Е2200 1,80 - Ц - 4,80Е14,0 - 1,7Е2,1 0, (метан 98 %) Е37656 Е0, Нафтовий 36401Е 0,870Е 2000Е2400 1,20 - Ц - 3,50Е16,30 - 1,9Е2,9 0, (попутний) газ2 Е61923 Е1, 17154Е 0,840Е Мський газ2 2000Е2300 3,0 - Ц - 3,80Е40,0 8,5Е73,6 1,2 0, Е20920 Е1, Коефцнт замни ацетилену Щльнсть при 20 С та 0,1 МПа, кг/м Оптимальне спввдношення мж киснем та газом у сумш Вдносна швидксть поширення полумТя критична плавлення кипння з повтрям з киснем Продовж. табл.5. Границ вибуху, % Температура, С вмсту газу в сумш Теплота Найменування Температура згорання горючого газу та полумТя при 20 С та його хмчна сумш газу з 0,1 МПа, формула киснем, С кДж/м 31380Е 0,650Е Пролзний газ 2000Е2400 1,80 - Ц - Ц - Ц - Е37656 Е0, МАПП або МАФ 88700 2800Е2900 0,55 1,760 - Ц +120,0 3,40Е10,80 2,5Е60,0 - Ц Пари бензину 581103 0,70Е 2400 - (С7Н15) Е0,7404 - Ц - 0,70Е6,0 2,1Е28,4 - Ц 523003 0,790Е Пари гасу (С7Н14) 2300 - Ц - Е0,8204 - Ц - 1,40Е5,50 - _ Критична температура - така температура, вище яко газ не переходить в рдкий стан н при якому тиску.

Для газових сумшей наведен дан стосуються середнх складв цих газв. Широк меж змни щльност, температури полумТя та теплоти згорання пояснюються змною хмчного складу зазначених газв, яка залежить вд родовища або мсця виробництва.

Одиниця вимрювання - кДж/л.

Одиниця вимрювання - кг/л.

Коефцнт замни ацетилену Щльнсть при 20 С та 0,1 МПа, кг/м критична плавлення кипння з повтрям з киснем Оптимальне спввдношення мж киснем та газом у сумш Вдносна швидксть поширення полумТя нафтових та зрджених газв подляють на три групи: низького (до 5103 Па), середнього (до 3105 Па) та високого тиску (до 1,2106 Па).

Сумш природних газв з низькокалорйними (коксовим, генератор ним та н.) називають мським газом та застосовують для побутових по треб, а також для газотермчного рзання.

Окис вуглецю входить до складу коксового (5Е12 %), мського (5Е15 %), нафтового пролзного газу (1Е11 %) та н.

Pages:     | 1 | 2 | 3 |    Книги, научные публикации