24. Коэффициенты усвоения элементов из проволоки и из основного металла и в углекислом газе (d = 2 мм, обратная полярность)

При взаимодействии с углеродом образуется нерастворимая в металле окись углерода СО по следующей схеме:

СОг = 00+1/202; l/202 + Fe=:(FeO)-[FeO]; [FeO] + [C]CO + Fe С02 + [С]=-2СО

(элементы и соединения в квадратных скобках растворены в металле).

Окислительная способность углекислого газа по отношению к углероду растет с повышением температуры. Однако при температуре кристаллизации

реакцию окисления углерода можно затормозить за счет добавки к стали элементов раскислителей (S1, Мп, Ti, А1 и др.).

Для предотвращения образования пор при сварке углеродистой и легированной стали применяют электродную проволоку с элементами-рас-кислителями: Св- 10ХГ2С, Св-08Х Г2СМ, Св-ОВХИГТ, СВ-08ГСМТ и др. (по ГОСТ 2246-70), В силу различных условий (температуры, поверхности и интенсивности перемешивания металла) коэффициент усвоения из проволоки меньше, чем из основного металла (табл. 24).

Окислительная способность углекислого газа, оцениваемая количеством прореагировавшего кислорода, отнесенным к единице металла, эквивалентна окислительной способности

Рис. 51. Ориентировочная схема изменения состава газа (%), соприкасающегося с металлом сварочной ванны при сварке в СО

смесей Аг + 21,5% О2 - в дуге при переходе электродного металла в ванну, Аг + 11%02 -в сварочной ванне и Аг + 15,4% Og -в общем процессе. Углекислый газ по сравнению с кислородом более интенсивно окисляет металл в дуге и менее интенсивно в сварочной ванне. Коэффициент усвоения легирующих элементов плавящихся электродов при сварке в смесях Аг + COj и Аг + О2 уменьшается при уменьшении содержания Аг (рис. 52 и 53). При сварке в смесях COg + О2 коэффициент усвоения элементов уменьшается при увеличении доли О2 (рис. 54). Усвоение швом элементов зависит от режима

0,7 0,9

5 10 15 20 25

Рис. 53. Влияние состава смеси Аг + О2 на общие коэффициенты ц усвоения легирующих элементов:

/ - электрод СВ-18ХГСА (ф 2 мм, / = 260 -V 270 А; С/ = 27 29 В);

2 - электрод СВ-08ХГ2СМ (ф 1 мм; = 240 260 А; v = 10 -f- 15 м/ч);

3 - электрод СВ-08ГСМТ (ф 1,2 мм; 1 = 200 А; = 23 В; = 18 м/ч;

Со Д Со

О ~20 lb 80 СОг°/о

Рис. 52. Влияние состава смеси Аг + COg на общие коэффициенты \х усвоения легирующих элементов

сварки: с повышением напряжения на дуге и уменьшением тока потери углерода, кремния и марганца увеличиваются.

Способы газовой защиты. Сварка со струйной защитой шва. Эффективность газовой защиты при дуговой сварке зависит от параметров струи, а также от интенсивности воздействия возмущающих факторов. На параметры струи газа влияют конструкция и размеры сопла горелки, расход защитного газа и расположение горелки относительно изделия. Интенсивность воздействия возмущающих факторов обусловливается режимом сварки и потоками окружающего воздуха.

гтяритЛ оя истекающую из сопла горелки (рис. 55), можно пред-

виде осесимметричного активного газового потока в пассивную (neioj-вижную) среду (затопленная струя). Потенциальное ядро струи конической формы представляет собой зону т%-ти концентрации защитного газа Участок

Рис. 54. Зависимость коэффициента перехода элементов от содержания Ог в смеси COg-(а) и расхода смеси {б). Проволока СВ-18ХГСА

от среза сопла до точки, в которой пограничный слой смыкается, называется начальным. Остальная часть струи, следующая за начальным, называется основным участком струи.

При степени турбулентности (отношение пульсации скорости к средней величине) е = 1 2% длина начального участка равна четырем диаметрам сопла. С увеличением е длина начального участка уменьшается.

Основной участок

участок

Рис. 55. Схема истечения струи газа из сопла

Рис. 56. Зависимость длины начального участка струи от скорости истечения газа

На рис. 56 представлена зависимость длины начального участка струи Sq от скорости истечения газа, определенная экспериментально с цилиндрическими соплами. Эта зависимость может быть выражена эмпирической формулой

So 1

где do - диаметр сопла; Ур - скорость истечения газа м/с.

Защиту сварочной ванны при сварке активных металлов (титан, цирконий, молибден и др.) и сплавов на их основе необходимо осуществлять потенциальным

чиз.

ядром струи. При сварке неактивных металлов зону сварки можно защищать пограничным слоем струи или ее основным участком. В этом случае атмосфера дуги представляет собой смесь защитного газа с воздухом.

При натекании на поверхность свариваемого изделия начальный участок струи деформируется. Для ориентировочной оценки диаметра зоны газовой защиты при аргонодуговой сварке можно воспользоваться формулой

4 = 0,334(5,3-

h - расстояние

л/мин

где 4 - диаметр сопла; между соплом и изделием

Благодаря деформации струи газа при натекании на поверхность изделия существенно увеличивается сечение потенциального ядра, что приводит к расширению зоны защиты при расстоянии сопла от изделия, соизмеримом с диаметром сопла.

В реальных условиях сварки струя защитного газа подвергается возмущающему действию дуги и конвективных потоков газа.

Поэтому характер газовых струй и их защитные свойства изучают экспериментально с использованием специальных методик.

Для большинства случаев сварки с применением защитных сопл диаметром до 20-25 мм величина неокисленной зоны катодного распыления может служить

Рис. 57. Зависимость диаметра dn. 3 неокисленной зоны катодного распыления (м.м) от расхода аргона (л/мин) при разных сварочных токах:

/) / = 75 А; / = 3,8 с; 2) / = 100 А; / = 2,6 с; 3) / = 130 А; / = 2,1 с. Диаметр сопла 16 мм; расстояние от сопла до свариваемого изделия 10 мм

dH.3. мм

20 18 (б lif П 10

15 /i/мин

Рис. 58. Формы /-V сопл (а) и соответствующие им неокисленные зоны {1-5) катодного распыления (мм) при разных расходах аргона (б), л/мин

количественной характеристикой защитных свойств струи аргона. На рис. 57 показана зависимость величины неокисленной зоны катодного распыления от расхода аргона при разных сварочных токах.

Сравнительные данные защитных свойств струи при разных формах сопл приведены на рис. 58. Наихудшими свойствами обладают диффузорные сопла /; пониженные защитные свойства и у конфузорных сопл , III, а цилиндрические сопла/V и V способствуют образованию на стенках ламинарного слоя, который

переходит в ламинарный пограничный слой начального участка струи. Благодаря этому защитные свойства струи существенно повышаются. Переход от конической к цилиндрической части должен быть плавным. Недопустимы скругления

и дефекты внутренней кромки сре-

1* за сопла.

При повышении расхода газа выше определенной величины поток газа турбулизуется, смешивается с окружающим воздухом, защитные свойства ухудшаются. Струя газа при повышенном расходе оказывается более устойчивой, если применять сопло сложной формы, состоящее из цилиндрической части и конфузора с образующей в виде параболической кривой, в частности кривой Витошинского (рис. 59, табл. 25).

На защитные свойства струи влияет способ ввода газа в сопло. При вводе газа через крупные отверстия струями, параллельными оси электрода, повышается масштаб турбулентности и увеличивается неоднородность поля скоростей. Защитные характеристики значительно улучшаются, если газ вводить через мелкие отверстия, тонкими струями, направленными на стенки сопла или специальные отражатели.

Гашение турбулентности в потоке газа на входе в сопло осуществляется при применении металлических сеток с числом отверстий 80-250 на 1 см. Применяется пакет. При этом происходит перевод крупномасштабной турбулентности

5 10 15 20 25 30 35 Q, л/мин

Рис. 59. Зависимость диаметра d неокис-ленной зоны от расхода аргона Q при расстоянии горелки от изделия 16 мм (номера кривых см. табл. 25)

25. Характеристика сопл

солт

сопла

Профиль сопла

Размеры, мм

Коэффициент поджатия,

2 3 4

Конический

Конический с цилиндрической частью на выход

По кривой Витошинского

36 28

37 27 37 16

6 16

в потоке до сетки в мелкомасштабную, пропорциональную размеру ячейки. Уменьшению турбулентности способствует повышение аэродинамического сопротивления, что достигается установкой двух-четырех сеток на расстоянии друг от друга, превышающем 15 диаметров проволоки сетки.

Недостатком металлической сетки является относительно низкая стойкость, быстрое выгорание при сварке. Этого недостатка лишены керамические пластинки (газовые линзы). Оптимальная толщина керамической линзы 2-3 мм. С увеличением пористости керамики защитные свойства струи повышаются (рис. 60). Эффективная защита при применении керамических линз может быть на расстоянии до 25-30 мм от сопла изделия. При сварке на ветру струя защитного

Рис. 60. Зависимость эффективности газовой защиты от. пористости (%) материала линзы при разных расходах аргона:

/ - 4 л/мин: 2 - 5 л/мин; 3 - 7 л/мин; 4 - 9 л/мин; 5-15 л/мин; расстояние от сопла 15 мм

из 100

Рис. 61. Номограмма необходимого расхода при сварке на ветру

для определения углекислого газа

газа деформируется, защищаемое пятно на изделии смещается в направлении ветра. Для улучшения защиты зоны сварки рекомендуется увеличивать расход защитного газа, уменьшать зазор между соплом и свариваемым изделием, а также принять меры к уменьшению воздействия ветра (защита зоны сварки сетчатыми колпаками или подвижными микрокамерами, установка ветроотбойных экранов, применение дополнительных газовых веерных струй).

При сварке на ветру неактивных металлов с применением в качестве защитной среды углекислого газа и с использованием цилиндрических сопл расход газа можно определять по номограмме (рис. 61).

При сварке активных металлов, когда защита осуществляется потенциальным ядром струи, необходимо применять конфузорное сопло с цилиндрическим окончанием, образующая которого выполнена по параболической кривой, в частности по кривой Витошинского, а перед соплом устанавливать газовую линзу или мелкоячеистую сетку.

Ориентировочные данные для подсчета расхода аргона на 1 м шва при сварке в нормальных цеховых условиях без сносящих потоков приведены в табл. 26 и 27.

1ри нормировании расхода газа следует учитывать расход в количестве 15% на продувку газопровода перед началом работы, на неиспользуемый остаток