Витражные изделия в технике "Тиффани" являются прекрасным украшением квартиры. Можно ли их сделать самому? Да, конечно! узнать подробности >>
Камин - украшение загородного дома, печь-каменка - основа русской бани. Можно ли их построить самому? Что для этого нужно? Читаем! узнать подробности >>
Хотите превратить свой дачный участок в неповторимый уголок отдыха? Тогда воспользуйтесь нашими советами! узнать подробности >>
Если вам знакомо такое понятие, как стяжка, то вы наверняка разбираетесь и в том, что такое сухая бетонная смесь, ибо эти два понятия традиционно идут в одной строительной упряжке. Не будем замалчивать о недостатках... прочитать полностью >>
Неправильно рассчитанная нами стратегия поиска радиатора отопления может привести только к одному: разочарованию. Радиатор в итоге будет выбран далеко не тот, что нам требуется, и он не преминет доказать нам не раз на практике то, что мы – довольно никчемные теоретики. прочитать полностью >>
Малярные кисти могут быть различной формы, имеют разный тип щетины и изготовлены из разнообразного материала. Различия кистей по форме и остальным параметрам далеко не случайны. Каждый тип кистей предназначается для проведения определенного типа малярных работ... прочитать полностью >>
Каждый вид обоев, по сути, приверженец и защитник своего особого стиля. Кожаные обои – сторонник стилистики, которую иначе, как настенный престиж и шик, не назовешь. Недаром у истоков «моделирования» кожаных обоев стоят не кто иные, как всем известные, пусть даже понаслышке, несгибаемые крестоносцы. прочитать полностью >>
Облицовка кафельной плиткой – самый практичный и удобный способ оформления интерьера ванных комнат, а также рабочих поверхностей кухонь. Современный дизайн кафельной плитки позволяет выбрать свой стиль: классический или кантри, хай-тек или под старину... прочитать полностью >>
Лаки всякие нужны, лаки всякие важны. Но основное правило выбора лака забывать не следует: сначала тщательно знакомимся с характеристиками данного лака, а затем уже приступаем непосредственно к лакированию... прочитать полностью >>
Керамическая плитка не просто модный декоративный материал - это долговечность красоты в сочетании с гигиеничностью многих помещений, например, кухни, прихожей, коридора, ванной комнаты, холла... прочитать полностью >>
Способы улучшения и регулирования химического состава и механических свойств металла шва
Для обеспечения высоких механических свойств металла шва необходимо предотвратить вредное действие на него воздуха и частично легировать его по возможности недорогими элементами (например, кремнием и марганцем). Для этого применяют специальные электроды с толстым покрытием, которые обычно называют толстопокрытыми, или качественными, либо защищают зону сварки слоем флюса (при автоматической и полуавтоматической сварке под флюсом); при сварке в струе защитных газов (Аr, Не, С02) достигается только защита дуги и сварочной ванны от вредного действия воздуха.
Покрытия, наносимые на электроды, а также флюсы должны удовлетворять следующим общим требованиям:
1) обеспечивать устойчивое горение дуги при заданном режиме;
2) создавать надежную защиту металла в зоне протекания металлургических процессов от вредного действия атмосферного воздуха в течение всего процесса сварки, т. е. в процессе плавления, переноса в дуге, пребывания в сварочной ванне и кристаллизации шва;
3) регулировать химический состав металла шва и обеспечивать его стабильность (с учетом химического состава проволоки);
4) обеспечивать правильное формирование шва в различных пространственных положениях и легкую удаляемость шлаков (сварка под флюсом только в нижнем положении).
Кроме того, покрытия и флюсы должны сами равномерно расплавляться и обеспечивать равномерное плавление стержня, способствовать очищению металла шва от шлаков и газов, не содержать дефицитных и вредных для здоровья сварщика компонентов.
Защитные газы обеспечивают только устойчивое горение дуги, надежную защиту зоны сварки от вредного действия атмосферного воздуха и правильное формирование шва в различных пространственных положениях. Очевидно, что на химический состав металла шва защитные газы непосредственно не влияют. При сварке толстопокрытыми электродами и под флюсом защита зоны сварки обеспечивается обычно как комбинированная газошлаковая защита. Газовую защиту можно обеспечить или непосредственным введением в зону сварки защитных газов, или за счет содержащихся в покрытии или флюсе компонентов, которые при диссоциации и сгорании образуют вокруг зоны сварки атмосферу из защитных газов восстановительного характера (СО, Н2, Н). В последние годы отказываются от элементов, дающих защитную среду Н2 и Н, в связи с отмечавшимся вредным влиянием водорода. Однако электроды с шлако-газовой защитой, в которой встречается водород, все еще применяются.
При шлакообразующих покрытиях компоненты, содержащиеся в покрытии или флюсе, расплавляясь, образуют достаточное количество жидких шлаков, защищающих расплавленный металл и регулирующих его химический состав.
Образующиеся при плавлении шлаки представляют сплавы различных окислов металлов и металлоидов, которые образуют комплексные химические соединения, жидкие и твердые растворы и механические смеси (эвтектики).
Чтобы отвечать своему назначению, шлак должен обладать определенными физическими и химическими свойствами. Физические свойства шлака определяются: 1) теплофизическими характеристиками - температурой плавления, температурным интервалом затвердевания, теплоемкостью, теплосодержанием и т.д. 2) вязкостью; 3) способностью растворять окислы, сульфиды и т. п.; 4) удельным весом; 5) газопроницаемостью; 6) свойствами в твердом состоянии (в связи с очисткой шва от шлака).
Химические свойства шлака определяются его способностью: 1) раскислять металл шва; 2) связывать окислы в легкоплавкие соединения; 3) легировать металл шва.
Различными исследованиями было установлено, что при сварке стали шлаки имеют наилучшие качества, если температура их плавления лежит в интервале 1100-1200° С. Температурный интервал затвердевания должен быть небольшим (шлак должен быть «коротким»). Шлаки, у которых переход от жидкого к твердому состоянию растянут на значительный температурный интервал («длинные» шлаки), при прочих равных условиях хуже коротких шлаков.
Вязкость шлака имеет важное значение, так как, чем менее вязок шлак, тем больше его подвижность, а также физическая и химическая активность; тем быстрее в нем протекают химические реакции и физические процессы растворения. Однако для более надежного закрытия металла шва шлак не должен быть чрезмерно жидким. Это особенно важно при сварке на вертикальной плоскости и в потолочном положении. Для таких шлаков важно также, чтобы их переход из жидкого состояния в твердое совершался возможно быстрее.
Для того чтобы легко всплывать на поверхность сварочной ванны, шлаки должны иметь небольшой удельный вес. Слой шлака, покрывающий шов, и в жидком виде и в процессе затвердевания должен легко пропускать газы, выделяющиеся из металла шва. Затвердевшие шлаки должны иметь небольшое сцепление с металлом; коэффициенты линейного расширения шлака и металла должны быть различными. В этих условиях шлак при остывании трескается и легко удаляется со шва, что имеет важное значение для уменьшения трудоемкости работ по очистке шва от шлака.
При сварке в защитных газах атмосферный воздух оттесняется от дуги и сварочной ванны струей защитного газа (Аr, He, О2), подаваемого к месту сварки через сопло специальной горелки. Большим достоинством такого способа защиты является отсутствие шлака, от которого необходимо очищать шов после сварки. Степень защищенности зоны сварки от атмосферного воздуха наиболее четко характеризуется по содержанию в металле шва азота (так как кислород может попасть в металл шва любыми путями, а азот только из воздуха).
Регулирование химического состава металла шва осуществляется за счет раскисления металла шва и его легирования.
Наиболее простой и дешевый способ легирования - это легирование металла шва за счет компонентов, находящихся в толстом покрытии электродов или во флюсе. Такой способ пригоден, в основном, для сварки малоуглеродистых и низколегированных сталей.
Более эффективным, но и более дорогим способом является сложное легирование металла шва элементами, введенными в электродную проволоку. Способ назван более дорогим в связи с технологическими трудностями изготовления сложнолегированной проволоки и ее большей стоимостью. При сварке в защитных газах этот способ легирования является основным, хотя в последнее время и появился способ газофлюсовой сварки с подачей в зону сварки защитного газа (например, СО2) и флюса, регулирующего химический состав металла шва. Широко применяется проволока, легированная только кремнием и марганцем.
Химические свойства шлаков обеспечивают раскисление металла шва, т. е. очищение его от закиси железа, растворенной в металле, переводом ее в нерастворимые окислы, которые выводятся на поверхность сварочной ванны. Кроме того, шлаки рафинируют жидкий металл, т. е. очищают его от включений и вредных примесей (FeS, MnS, P2O5 и т. д.). Процессы рафинирования жидкого металла сварочной ванны происходят одновременно с процессами его раскисления.
При сварке происходит раскисление двух типов: осаждающее и диффузионное.
При осаждающем раскислении железо восстанавливается из растворенной закиси другим металлом, который обладает большим химическим сродством с кислородом и дает окислы с очень малой растворимостью в железе.
Образующиеся в металле окислы всплывают, переходя в шлаковое покрытие. Раскисляющая способность отдельных металлов зависит от их концентрации и температуры. Температура сварочной ванны в задней ее части не превышает 1600° С.
Так, например, концентрации элемента-раскислителя 0,10% содержание кислорода в металле будет равно соответственно: при раскислителе марганце 0,10%; при раскислителе кремнии 0,018%; при раскислителе титане 0,003%. Следовательно, при рассматриваемых условиях раскисляющая способность титана будет в 6 раз больше, чем кремния, и в 33 раза больше, чем марганца. Обычно применяют раскислители, комбинированные из нескольких элементов (Mn; Si; Ti).
Диффузионное раскисление происходит за счет химического связывания закиси железа в комплексные соединения: силикаты 2FeO-Si02 или титанаты 2FeO-TiO2, которые в составе шлаков выводятся на поверхность металла.
Осаждающие раскислители должны иметь высокую активность в смысле быстрого взаимодействия с закисью железа. Продукты раскисления не должны растворяться в металле шва и должны возможно быстрее всплывать на поверхность сварочной ванны. Скорость всплытия этих частиц тем выше, чем больше разность удельных весов металла и продуктов раскисления, чем больше размер этих частиц и чем меньше вязкость среды (очевидно, в более холодном металле отделение и всплытие частиц затруднено). В этом отношении наименьший удельный вес и температуру плавления имеют комплексные соединения, как, например FeO-SiO2; (FeO)2-SiO2; MnO-SiO2; (MnO)2-SiO2, а также окислы и сульфиды FeS; FeO; MnS; MnO; SiO2.
Некоторое количество металлов, применяемое для раскисления, должно оставаться в шве для его легирования. Раскисление при сварке происходит обычно за счет следующих элементов: углерода, кремния, марганца, титана и, редко, алюминия, - вводимых через покрытие, флюс или электродную проволоку.
Углерод попадает в сварочную ванну из электродного и основного металла и из покрытия или флюса (из ферросплавов) и является наиболее распространенным легирующим элементом. Однако при недостатке некоторых раскислителей (Mn, Si), углерод может вести себя как раскислитель, взаимодействуя с FeO.
Окись углерода нерастворима в стали, и при интенсивной реакции раскисления углеродом значительное количество ее может оставаться в металле шва, образуя газовые пузыри и поры.
Кремний является энергичным раскислителем и вводится в сварочную ванну обычно через покрытие или флюс и основной металл.
Имеющийся в сварочной ванне кремний подавляет реакцию между FeO и углеродом, т. е. прекращает бурное окисление углерода и «кипение» сварочной ванны в результате выделения СО, что «успокаивает» сварочную ванну и обеспечивает получение плотного шва. Кроме того, наличие в металле шва 0,2-0,3% Si улучшает его механические качества. При более высоком содержании кремния (0,5% и выше) пластические свойства металла шва и особенно его коррозионная стойкость падают.
Марганец - слабый раскислитель; он вводится в сварочную ванну обычно через покрытие и флюс, а также из электродного и основного металла.
Очень ценное качество марганца заключается в том, что он удаляет из сварочной ванны серу в результате образования сульфида марганца.
Сульфид марганца нерастворим в металле и благодаря малому весу всплывает на поверхность ванны, переходя в шлаковый покров. Возможность некоторого засорения металла шва сульфидом марганца менее опасна, так как MnS залегает в виде отдельных мелких включений, имеет температуру плавления 1620° С и поэтому не представляет опасности в отношении образования горячих трещин.
Полезно, чтобы в шве в качестве легирующего элемента оставалось некоторое количество марганца (до 0,8%), так как это улучшает механические свойства металла шва.
Титан - энергичный раскислитель, но значительно более дорогой, чем кремний или марганец, и поэтому применяется реже. Титан вводится через покрытие в виде ферротитана и раскисляет металл шва, кроме того, он связывает азот в нитриды титана, нерастворимые в стали, и способствует измельчению зерна метала шва при его кристаллизации.
Алюминий также является энергичным раскислителем, но образует тугоплавкий окисел (температура плавления 2050° С), который медленно переходит в шлак. По этой причине алюминий применяется очень редко (причем не оолее 1% в покрытии, так как большее содержание его вызывает сильное разбрызгивание металла при сварке).
Важная функция шлака - очищение жидкого металла сварочной ванны от серы и фосфора.
Сера попадает в сварочную ванну из основного металла, главным образом, из средних его слоев, а также из электродного металла и покрытия или флюса. В металле шва сера может находиться в виде соединений FeS, MnS, Al2S и т. п. Наиболее вреден сульфид железа, так как он растворяется в металле до 2% FeS (или 0,7% S). Наличие серы снижает механические качества металла и сильно повышает склонность его к горячим трещинам.
Процесс удаления серы заключается в разрушении растворяемого сульфида железа и образовании нерастворимых в металле сульфидов марганца и кальция, которые затем удаляются в шлак.
Фосфор попадает в сварочную ванну из электродного и основного металла, а также из покрытия и флюса. В металле шва он находится в виде фосфидов Fe2P (21,75% Р), Fe3P (15,6% Р).
Фосфор способствует образованию сильной неоднородности металла шва и росту зерна, а также резкому снижению пластичности, особенно при низких температурах (хладноломкость металла). Фосфор удаляется при сварке благодаря окислению его, a Р203 связывается в химическое соединение окислами кальция.
Эти стойкие соединения фосфора уходят в шлак. Конечная концентрация какого-либо элемента в шве может рассчитываться по приближенному уравнению.
Наиболее распространенные толстопокрытые электроды создают комбинированную газошлаковую защиту. Толщина покрытия таких электродов составляет 0,8-1,5 мм на сторону, а его вес по отношению к весу стержня доходит до 20-30% (для специальных электродов до 70% и более).
Используются электроды различных марок (марки присваивают в зависимости от типа покрытия), но наибольшее распространение получили электроды, дающие большое количество СаО в шлаке, что обеспечивает очень хорошую очистку металла шва от вредных примесей.
В качестве газообразующих компонентов иногда используют органические вещества (древесная и пищевая мука, декстрин, целлюлоза), но чаще неорганические (мел, мрамор), дающие защитные газы СО и С02 без водорода.
В качестве шлакообразующих материалов широко применяются следующие вещества: марганцевая руда, титановый концентрат, полевой шпат, плавиковый шпат, мел и мрамор. Кроме того, для раскисления и, частично, для легирования металла шва вводят ферросплавы: ферромарганец, ферросилиций, ферротитан.
Чтобы обеспечить устойчивое горение дуги, для ионизации дугового промежутка вводят окислы элементов щелочной группы: К2О, MgO, СаО.
Связывающим элементом в покрытии служит жидкое стекло (силикат натрия - раствор) Na2O • SiO2, составляющее 10-15% по отношению к весу остальных компонентов.
Флюс выполняет те же функции, что и покрытие, т. е. обеспечивает стабильность горения дуги, создает надежную защиту зоны сварки от воздуха, раскисляет и легирует металл шва и обеспечивает правильное формирование шва.
Чтобы обеспечить стабильные химический состав и механические свойства металла шва, флюс применяют в виде плавленых силикатов. Флюс обычно изготовляют из следующих компонентов: МnО, SiO2, СаО, CaF2; кроме того, в нем содержатся случайные примеси.
Во флюсе отсутствуют ферросплавы, поэтому ряд металлургических процессов при сварке под флюсом отличается от происходящих при сварке толстопокрытыми электродами.
При сварке толстопокрытыми электродами легирование металла шва происходит за счет ферросплавов, имеющихся в покрытии. При сварке под флюсом легирующими элементами служат Мn и Si, восстанавливаемые из окислов МnО и SiO2.
Переход этих элементов из флюса в металл в значительной степени зависит от соотношения между количеством расплавленного флюса и металла. Чем больше доля расплавленного флюса, тем сильнее легирование шва Мn и Si.
Популярные статьи
Выбор умывальника для квартиры
Один из важных элементов интерьера ванной комнаты является умывальник. Выбирая его, следует обращать внимание не только на цвет, форму и общую эстетическую привлекательность, но и на практические характеристики, касающиеся монтажа, удобства в пользовании, и доступности в обслуживании. Остановимся на практических характеристиках... прочитать полностью >>
Выбираем деревоалюминиевые окна
Дерево - великолепный материал для окон, но дереву необходима защита, ведь само себя оно защитить не сможет, - в отличие от алюминия. Напротив, алюминий не способен аккумулировать жизненно важное тепло «охраняемой» им территории, почему и хорош лишь с точки зрения банальной лоджии или зимнего сада. прочитать полностью >>
Стеклоблоки - элитный материал
Декоративный стеклоблок внешне нередко мало отличим от самого хрусталя, и вы вряд ли ошибетесь, избрав столь художественно продуманный стройматериал дизайнерски просчитанной деталью внутреннего интерьера. Появились целые коллекции художественно окрашенного стеклоблока, и не только однотонные... прочитать полностью >>
Потолок - украшение дома
Недостатки потолка практически невозможно скрыть, ведь там нет мебели и ковров. Существует огромное количество видов отделки потолка, которые способны удовлетворить не только требования наиболее щепетильного клиента, но и внести определенную изюминку в интерьер Вашей квартиры... прочитать полностью >>
В настоящее время в качестве альтернативы стандартным окнам строительные компании предлагают так называемые евроокна. Деревянные евроокна намного лучше стандартных по своим качествам и отличаются от пластиковых окон определенными особенностями. прочитать полностью >>
У краски несколько характеристик. Недостаточно определить только цвет – за ним по цепочке следует глянцево-матовая вариация и возможный блеск краски. Разные пигменты способны по-разному воздействовать на краску... прочитать полностью >>
Эта мастика настолько удачно работает над такими проблемными местами, как оконные проемы с наслоившейся на них монтажной пеной, что ранее популярный силикон уже давно уступил полиуретановой мастике первое место в рейтинге герметиков. прочитать полностью >>
Подвесной потолок – это система, состоящая из металлического каркаса, который прикреплен к перекрытию, а к нему крепятся уже готовые модульные элементы, создающие плоскость потолка. Приведем ряд преимуществ данной потолочной конструкции. прочитать полностью >>
Одним из самых популярных среди мастеров инструментов является электролобзик. Ценится он за свою универсальность и простоту в эксплуатации. Электролобзик предназначается для выполнения фигурной, продольной и поперечной резки разного материала. прочитать полностью >>
Во времена постоянного отключения горячей воды именно водонагреватель стал самым востребованным и незаменимым бытовым прибором. Сегодня производители выпускают множество моделей водонагревателей... прочитать полностью >>
Как правильно выполнить монтаж электропроводки? Как подключить кондиционер? Какие выбрать провода? Узнайте об этом! узнать подробности >>
Хотите сделать перепланировку квартиры? Не знаете, какие документы для этого нужны и где их оформить? Мы расскажем Вам об этом! узнать подробности >>
У Вас есть дача или загородный дом? Или Вы еще выбираете, какой дом лучше? Тогда несколько полезных советов для Вас! узнать подробности >>
