 |
Реклама. ООО ГК "Велунд Сталь СЗ" ИНН 7813653802 Erid: 2SDnjeTme6H
| |
Влияние тока на сварочные процессы
Влияние напряжения на процесс сварки
Влияние расхода углекислого газа на сварку
Влияние скорости сварки
Влияние тока на сварочные процессы
Производительность процесса сварки в углекислом газе, так же как и других способов сварки плавящимся электродом, характеризуется количеством наплавленного электродного и расплавленного основного металла.
Производительность процесса наплавки оценивается, как известно, коэффициентом наплавки (ан), показывающим количество наплавленного электродного металла в граммах за единицу времени током в один ампер. Коэффициент расплавления (ар) показывает количество расплавленного электродного металла в граммах в единицу времени током в один ампер. Разность ар - ан показывает потери металла на разбрызгивание, угар и испарение. ан и ар определяются по следующим формулам:
где Gн и Gp - вес наплавленного электродного и, соответственно, расплавленного металла в г;
I - сварочный ток в а;
t- время горения дуги в час. Количество проплавленного основного металла за 1 час горения дуги определяется по следующей формуле:
G0 = F0·у0 ·vcв г/час, (40)
где F0 - площадь зоны проплавления основного металла в мм2; уo- удельный вес металла в г/см3; vcв- скорость сварки в м/час. Определение коэффициентов расплавления и наплавки, а также количества проплавленного дугой основного металла производилось при автоматической сварке в углекислом газе проволокой Св-08ГС на токах 200-500 а. Для сравнения определялась производительность автоматической сварки под флюсом ОСЦ-45 на тех же режимах. Приведенные на рисунках ниже данные показывают, что при сварке в углекислом газе как коэффициент наплавки, так и количество проплавленного основного металла в изучаемом диапазоне токов выше, чем при сварке под флюсом. С увеличением тока эта разница растет.
Электросопротивление проволоки Св-08ГС, а, следовательно, и скорость плавления за счет легирования кремнием и марганцем будут выше, чем малоуглеродистой проволоки Св-08А, обычно применяющейся при сварке малоуглеродистой стали под флюсом. Поэтому производительность процесса сварки под флюсом проволокой Св-08А, как показали опыты (см. фиг. 26), будет еще ниже.
Более высокая производительность процесса сварки в углекислом газе указывает на то, что затраты тепла дуги на расплавление электродной проволоки и основного металла в этом случае будут больше, чем при сварке под флюсом.
Количество тепла, расходуемого за 1 сек. на расплавление электродного и основного металла, образующих шов, определяется по формулам:
где Qн и Qо-количество тепла, расходуемого соответственно на расплавление электродного и основного металла за 1 сек.;
Сн и С0-теплосодержание наплавленного и основного металла в точке плавления в кал/г.
Теплосодержание стали определяется из следующего выражения:
С = С1 (Т1 - T2)+S кал/г, (43)
где С1 - средняя удельная теплоемкость от 0° С до температуры плавления; для малоуглеродистой стали она составляет 0,155 кал/г° С;
Т1 - температура плавления малоуглеродистой стали (1524°С);
Т2 - температура, до которой охлаждается металл шва (20°С);
S - теплота плавления малоуглеродистой стали (63,9 кал/г).
Следует отметить, что средняя температура металла в сварочной ванне выше температуры его плавления. Однако тепло перегретого в сварочной ванне металла расходуется на теплоотвод и дополнительное расплавление основного металла. Это позволяет принять для расчетов теплосодержание при температуре плавления. Полагая, что понижение температуры плавления кремнемарганцевой проволоки (0,72% кремния; 1,17% марганца), используемой в этих опытах, невелико по сравнению с температурой плавления малоуглеродистой стали, на которую производилась наплавка, и что теплоемкость металла, легированного кремнием и марганцем, изменяется незначительно, можно принять теплосодержание наплавленного электродного и проплавленного основного металла одинаковыми, т. е.
Сн = С0 = 0,155 (1524 - 20) + 63,9 = 297 кал/г.
Результаты подсчета количества тепла, расходуемого на расплавление электродного и основного металла при сварке в углекислом газе и под флюсом, приведены в таблице ниже.
Расход тепла на расплавление металла при сварке в углекислом газе и под флюсом ОСЦ-45:
В таблице указана тепловая мощность дуги, подсчитанная по формуле
Qд = 0,24. Icв.Uдкал/сек, (44)
где Icв - сварочный ток в а;
Uд - напряжение на дуге в в и расход теплоты на плавление электродного и основного металла в процентах, рассчитанный по формулам:
Приведенные в таблице выше данные показывают, что при сварке в углекислом газе количество тепла, затраченного на расплавление электродного и основного металла и, следовательно, эффективность использования тепла дуги вообще больше, чем при сварке под флюсом (на одинаковых режимах). Например, на токе 500 а расход тепла дуги на плавление металла составляет 57,3 %; а при сварке под флюсом - 48,8%. С увеличением тока при сварке в углекислом газе потери металла на разбрызгивание снижаются, т. е. снижается разность ар-ан (см. рисунок вышеприведенный левый). Например, при сварке на токе 200 а эти потери составляют 14-16%, на токе 400 а - 8-10%, а на токе 500 а - всего лишь 2-3%.Уменьшение разбрызгивания при увеличении тока связано, по-видимому, с изменением характера переноса капель металла через дугу.
Сопоставление коэффициентов наплавки при сварке в углекислом газе проволокой диаметром 1,6; 2,0 и 2,5 мм (рисунок справа) одинакового химического состава (0,09% углерода, 0,72% кремния и 1,17% марганца) показывает, что производительность процесса наплавки возрастает с уменьшением диаметра проволоки, т. е. с увеличением плотности тока. Количество тепла, расходуемого на расплавление электродного и основного металла в шве, с увеличением плотности тока увеличивается (рисунки ниже). Таким образом, увеличение плотности тока при сварке в углекислом газе, так же как при сварке в инертных газах и под флюсом, приводит к увеличению производительности процесса сварки в целом. При этом нием плотности тока увеличивается (см. рисунки ниже). Таким образом, увеличение плотности тока при сварке в углекислом газе, так же как при сварке в инертных газах и под флюсом, приводит к увеличению производительности процесса сварки в целом. При этом
вления происходит быстрее, чем рост площади наплавки, в связи с чем доля наплавленного металла в шве с увеличением тока снижается. Например, на токе 200 а (обратная полярность) она составляет 52-55%, а на токе 500 а снижается до 38-42%. При наплавке и, особенно, при сварке металла с повышенной концентрацией углерода увеличение доли проплавленного металла приводит к нежелательному обогащению металла шва углеродом, а следовательно, и к увеличению склонности швов к образованию горячих трещин. Кроме того, при многопроходной сварке с увеличением тока растет количество вновь переплавляемого металла из нижлежащих слоев, что также нежелательно. Эти недостатки сварки в углекислом газе на обратной полярности устраняются использованием при наплавочных работах прямой полярности, особенности которой рассмотрены в другой статье.
Увеличение глубины проплавления с увеличением тока при сварке в углекислом газе, так же как и при других процессах электродуговой сварки, связано с более интенсивным вытеснением жидкого металла из-под электрода вследствие увеличения давления дуги. Однако при сварке в углекислом газе глубина проплавления будет больше, чем например, при сварке под флюсом на тех же режимах. Это может объяснено отсутствием дополнительного давления на металл сварочно ванны, имеющегося при сварке под флюсом (за счет веса флюса и жидкого шлака, а также избыточного давления внутри газового пузыря, в котором горит дуга) и затрудняющего вытеснение жидеого металла из основания столба дуги.
Влияние напряжения на процесс сварки
Увеличение напряжения на дуге при сварке в углекислом газе, так же как и при ручной сварке электродами с качественным покрытием и сварке под флюсом, приводит к уменьшению коэффициентов наплавки и расплавления.
Снижение коэффициента расплавления при возрастании напряжения на дуге объясняется уменьшением предварительного подогрева конца электродной проволоки, который при неизменном расстоянии от поверхности изделия до мундштука уменьшается. Кроме того, на снижение коэффициента расплавления при сварке в углекислом газе существенное влияние оказывает увеличение потерь тепла дуги в окружающее пространство при ее удлинении излучением и конвекцией. Уменьшение коэффициента расплавления, а также возрастание потерь металла на разбрызгивание, угар и испарение, приводит к тому, что при увеличении напряжения на дуге снижается и коэффициент наплавки.
При повышении напряжения на дуге несколько снижается площадь наплавки и растет площадь проплавления (рисунок выше), что приводит к незначительному снижению доли наплавленного металла в шве.
Химический состав металла и.ва при сварке с различными значениями напряжения на дуге:
Примечание. Iсв = 400 a; υсв = 15,6 м/час расход газа 1000 л/час.
Химический состав наплавленного металла существенно изменяется при изменении напряжения на дуге (табл. выше), что связано, главным образом, с изменением выгорания легирующих элементов и, в значительно меньшей степени, с изменением соотношения наплавленного и основного металла. Посмотреть точное наличие легирующих элементов в металле - марки стали и сплавов, также обращаем внимание, что на нашем портале есть специальный металлический калькулятор, на котором можно посчитать вес по длинне или наоборот длину металлопроката по его весу.
Расчет коэффициентов усвоения показал значительное снижение усвоения марганца и особенно кремния металлом шва при повышении напряжения на дуге и, наоборот, увеличение усвоения углерода. Увеличение коэффициента усвоения углерода с увеличением напряжения на дуге связано при сварке стали с процессами, протекающими в столбе душ. Это подтверждается тем, что при наплавке в углекислом газе на медь (таблица ниже) коэффициент усвоения углерода не повышается, а, наоборот, понижается (с 0,69 при напряжении на дуге 30 в до 0,50 при напряжении 45 в). Отсюда следует, что повышение коэффициента усвоения углерода при сварке стали вызывается при увеличении напряжения на дуге уменьшением выгорания углерода из сварочной ванны.
Сравнение коэффициентов усвоения легирующих элементов показывает, что выгорание кремния и марганца в дуге и общем процессе усиливается с увеличением напряжения на дуге.
Химический состав металла и коэффициенты усвоения углерода, кремния и марганца при наплавке в углекислом газе на медь:
Отметим, что если надо, то мировые цены на медь и другие цветные металлы можно узнать на нашем портале - лондонская биржа цветных металлов lme.
Изменение напряжения на дуге при сварке в углекислом газе существенно влияет на механические свойства металла швов. С увеличением напряжения на дуге относительное удлинение и сужение, а также ударная вязкость металла шва падают (табл. 27); пределы прочности и текучести также имеют тенденцию к понижению.
Механические свойства металла однопроходных швов, сваренных при различном напряжении на дуге:
Механические свойства металла швов зависят от ряда факторов: содержания в металле швов газов, химического состава швов, скорости охлаждения наплавленного металла и т. д. Указанные факторы в различной степени могут влиять на механические свойства шва.
Поскольку скорость охлаждения металла шва зависит, в основном, от толщины свариваемого металла и погонной энергии, то в данном случае она не может оказать решающего воздействия на механические свойства шва, так как в описываемых опытах толщина металла была постоянной, а погонная энергия изменялась в сравнительно узких пределах.
Незначительное увеличение содержания углерода в шве (от 0,13 до 0,15%) в условиях этих опытов при возрастании напряжения на дуге от 30 до 40 в не может заметно повлиять на механические свойства металла шва. Снижение содержания в наплавленном металле кремния (с 0,45 до 0,21%) и марганца (с 0,93 до 0,70%) должно способствовать понижению его прочностных и улучшению пластических свойств и, следовательно, не может явиться причиной резкого падения относительного удлинения, сужения и ударной вязкости.
Основной причиной снижения пластических свойств и ударной вязкости металла шва могут быть растворившиеся в нем газы.
Известно, что увеличение напряжения на дуге, т. е. ее удлинение, сопровождается при ручной дуговой сварке увеличением содержания в металле шва кислорода и азота.
Повышение в швах содержания кислорода и азота с увеличением напряжения на дуге подтвердилось также и при сварке в углекислом газе результатами анализа газов в этих швах (табл. ниже).
Попадание в металл шва азота указывает на наличие в составе газовой фазы, контактирующей с жидким металлом, воздуха, проникающего через защитный слой углекислого газа. Можно предположить также, что увеличение содержания газов связано с увеличением времени взаимодействия их с каплями металла при удлинении дугового промежутка.
Содержание кислорода и азота в металле швов, сваренных с различными напряжениями на дуге:
Таким образом, проведенные опыты указывают на необходимость строгого контролирования расхода газа и напряжения на дуге. Оптимальные значения напряжения на дуге при сварке в углекислом газе на обратной полярности проволокой диаметром 2 мм (расход газа на 1000 л/час) приведены ниже.
Сварка с напряжением на дуге более 35 в не может быть рекомендована при данном расходе газа вследствие заметного снижения пластических свойств металла шва.
Влияние расхода углекислого газа на сварку
С увеличением расхода углекислого газа коэффициенты наплавки и расплавления снижаются (рисунок справа). Заметное снижение этих коэффициентов наблюдается при увеличении расхода газа от 0 до 2000 л/час. При дальнейшем увеличении расхода газа коэффициенты практически не изменяются. По-видимому снижение коэффициентов наплавки и расплавления при увеличении расхода газа связано с увеличением степени охлаждения столба дуги вновь поступающими порциями холодного углекислого газа.
Изменение расхода углекислого газа в широких пределах оказывает некоторое влияние на химический состав металла шва. При увеличении расхода газа несколько уменьшается содержание в шве марганца и кремния (таблица ниже). Это связано главным образом с более интенсивным окислением содержащихся в проволоке элементов и подтверждается данными химического анализа металла, наплавленного в медную форму (табл. ниже), позволяющую исключить влияние
Однако при уменьшении расстояния от сопла до изделия, естественно, уменьшается вылет электродной проволоки, что оказывает существенное влияние на коэффициент наплавки. Например, при увеличении вылета проволоки от 20 до 55 мм коэффициент наплавки (рис. слева) возрастает с 14,5 до 25 г/а • час (диаметр проволоки 2 мм, ток 400 а, напряжение на дуге 30-32 в; расход газа 1000 л/час). Это объясняется увеличением степени предварительного подогрева конца электродной проволоки проходящим через нее током. Таким образом, увеличенный вылет электродной проволоки при сварке является эффективным средством повышения производительности процесса. Поэтому сварку в углекислом газе целесообразно производить, при максимально допустимом вылете, выбрав при этом такой расход газа, который обеспечивал бы надежную защиту наплавленного металла. Опыты показали, что при сварке в лабораторных условиях на токе 400 а с расходом газа 1000 л/час и расстоянии от изделия до сопла 32 мм в металле шва поры не обнаруживались, а при увеличении этого расстояния до 35-40 мм в швах появлялись поры даже при увеличенном расходе газа (1200-1250 л/час).
Влияние скорости сварки
При возрастании скорости сварки коэффициенты наплавки и расплавления несколько снижаются (рисунки ниже), а потери металла на разбрызгивание, угар и испарение уменьшаются. Площади наплавки и проплавления с повышением скорости сварки заметно уменьшаются (рисунок справа), причем уменьшение площади наплавки происходит намного быстрее, чем площади проплавления.
В связи с этим, снижается доля наплавленного металла, чем объясняется возрастание при повышении скорости сварки содержания углерода в металле шва и снижение содержания кремния (табл. ниже).
Химический состав металла шва при сварке с различной скоростью:
Результаты механических испытаний (табл. ниже) показывают, что с увеличением скорости сварки прочностные свойства шва несколько повышаются, а пластические незначительно снижаются. Это связано, по-видимому, с увеличением скорости охлаждения металла шва и ухудшением газовой защиты зоны сварки.
Механические свойства металла однопроходного шва при сварке с различной скоростью:
| 
НОВЫЕ ОБЪЯВЛЕНИЯ
НОВОСТИ
НОВЫЕ СТАТЬИ