Процессы металлургии при сварке электродами.

Часть 2

Длина сварочной ванны зависит от ряда факторов.

Она растет при выполнении силы сварочного тока, увеличении диаметра сварочного электрода, скорости сварки, при уменьшении до определенного предела толщины свариваемого металла. Зависит она и от вида покрытия – стержня электрода.

Под давлением газов, поступающих от сварочного электрода, в головной части жидкой сварочной ванны образуется углубление, называемое кратером.

Выдуваемый из кратера жидкий металл перемещается в хвостовую, более прохладную часть ванны.

По мере удаления источника тепла происходит и дальнейшее охлаждение: затвердевание – кристаллизация металла хвостовой части ванны.

Кристаллизация – это процесс перехода металла ванны из жидкого состояния в твердое с образованием кристаллов.

Так как теплопровод направлен в сторону основного металла, то кристаллизация шва начинает происходить на частично оплавленных зернах этого металла, образуя кристаллы, одновременно принадлежащие свариваемому металлу шва, что обеспечивает прочную связь металла шва с металлом свариваемого изделия.

Образование капель жидкого металла на торце сварочного электрода и их перенос в расплавленную ванну происходить в течение очень короткого периода времени, измеряемого долями секунд.

Капли в это время взаимодействуют с атмосферой сварочной дуги и жидким шлаком из плавящегося покрытия электрода.

Хотя взаимодействие жидкой ванны с газовой фазой и шлаком более длительно, хотя и оно не превышает нескольких секунд.

Это все приводит к интенсификации металлургических процессов при работе электродами для сварки и обеспечивает возможность получения высокого качества наплавленного металла за довольно короткий срок.

Скоротечность процессов требует в то же время точного соблюдения технологии изготовления и применения сварочных электродов, так как даже не очень большие отклонения могут привести к нарушению течения сварочного процесса и вызвать появление брака.

Когда зарождалась ручная дуговая сварка, в качестве электродов служили простые голые стержни из  низкоуглеродистой стали.

В дальнейшем для повышения стабильности горения сварочной дуги на эти стержни стали наносить тонкий слой - от 1% до 4% от массы стержня - стабилизаторов дуги – чаще всего мел, замешанный на жидком стекле малой плотности.

Это количество, облегчая сварку, практически не влияет на ход металлургических процессов. Как и при использовании голых стержней с 0,09% углерода, 0,42% марганца и 0,04% кремния содержание этих элементов в наплавленном металле соответственно составляет около 0,03; 0,020 и 0,01%.

При этом содержание вредных примесей, таких как сера и фосфор, возрастает на 10 – 15% по сравнению с их исходным содержанием в проволоке.

Так как сварку выполняют практически без какой-либо защиты образующихся капель и сварочной ванны от воздействия атмосферы воздуха, то наплавленный металл насыщается кислородом и азотом.

В Таблице А приведены данные о содержании этих газов в металле, наплавленным голыми электродами различного диаметра с исходным содержанием в стержнях кислорода ≤0,02% и азота ≤0,01%.

Видно, что концентрация кислорода и азота в металле швов при сварке голыми электродами резко возрастает по сравнению с их исходной концентрацией в проволоке. Большее содержание этих газов в швах, выполненных электродами меньших диаметров, связано с более высокой относительной поверхностью взаимодействия жидких капель с атмосферой воздуха. Вместе с тем при больших диаметрах стержней концентрация газов остается недопустимо высокой.

Таблица А.       

Вредное влияние кислорода, азота и водорода на рабочие характеристики конструкционной стали и сварных швов общеизвестна, и причины этого изложены ниже.

( часть1 - часть2 - часть3 - часть4 - часть5 - часть6 )