Влияние смеси газов на формирование сварного шва
Основным видом сварки в защитных газах применяемой в промышленности является сварка в углекислом газе. Это связано с преимуществами данного вида, такими как: низкая стоимость по сравнению с использованием других газов, например инертных, довольно высокая производительность, легкость механизации, и автоматизации. Однако, такой недостаток как повышенное разбрызгивание электродного металла, характеризующее его потери, перечеркивает все вышеперечисленные преимущества.
Сварка в атмосфере азота не нашла применения при изготовлении конструкций из стаж из-за образования пор.
Многие исследователи изучали сварку в различных смесях газов с целью получения результатов, влияющих на качественные изменения процесса, уменьшающих себестоимость и повышающих их производительность. Одно из таких направлений является сварка в смеси углекислого газа и кислорода/1-8/.
Физическими и технологическими параметрами сварочной дуги можно управлять за счет изменения состава защитной среды /9/. Одним из основных таких параметров является перенос электродного металла. Именно от переноса зависят такие характеристики как разбрызгивание и плохое формирование шва.
Наиболее благоприятным с точки зрения сварки является струйный перенос электродного металла.
При дуговой сварке в защитных газах возможно существование следующих видов переноса: крупнокапельный, мелкокапельный и струйный. Существование того или иного вида переноса зависит от критической силы тока. Так например, в работе /10-15/ величина Iкр при сварке в гелии проволокой Св-08Г2С, диаметром 2мм. составляет 560 А. Капельный и струйный перенос наблюдается в диапазоне токов меньших I кр. Из-за высокой теплопроводности и тепловой мощности гелиевой плазмы /9/ швы получаются довольно широкими и с глубоким проплавлением, а также хорошего качества Несмотря на эти преимущества сварка в гелии не нашла широкого применения при изготовлении конструкций из низкоуглеродистой и низколегированной стали из-за высокой стоимости самого процесса сварки.
Те же виды переносов, что и при сварке в Не, в зависимости от величины силы сварочного тока и импульса, можно получить и в аргоне. Однако, величина I кр в данном случае меньше (I кр - 420 А при d эл = 2 мм проволока Св-08Г2С /15/). Дуга в Аг характеризуется большей концентричностью, т.е. наличием высокотемпературного центрального канала. Поэтому швы при сварке в Аг имеют большую глубину проплавления, чем в Не.
Авторы статьи /1/ утверждают, что по сравнению со сваркой в С02, добавка до 50 % кислорода дает следующие преимущества:
- брызги легче отделяются от металла;
- формирование шва улучшается, он гладкий и менее выпуклый, форма про пара практически такая же;
- образующаяся шлаковая корка небольшой толщины и легко удаляется;
- при сварке металла с ржавчиной склонность его и образованию пор меньше, снижается количество диффузионного водорода;
- расход смеси такой же и поэтому она дешевле;
- размер неметаллических включений (окислов) одинаков.
Авторы изучали также особенности сварки в смеси (С02 + 02) с различным содержанием кислорода. Отмечены те же преимущества, а так же влияние на некоторые характеристики металла шва. Авторы предлагают оптимальный состав снеси, в которой кислорода 15 - 20 %. А при дальнейшем увеличении 02 в смеси снижаются механические свойства шва.
Что касается переноса электродного металла, то он не изменяется, т.е. остается крупнокапельным без коротких замыканий дугового промежутка, при сварке длинной дугой и с короткими замыканиями, если размеры дугового промежутка меньше или равны размерам капли, сформировавшейся на торце электрода/9,14/.
Таким образом, добавка кислорода к углекислому, газу не изменяет вид переноса и лишь при сварке порошковой проволокой процесс сварки в С02 может производится каплями среднего размера Однако, при использовании смеси (С02+ 02) может быть несколько повышена производительность и улучшены некоторые характеристики процесса.
Другие авторы предлагают использовать сварку в смеси С02 и 02 с увеличенным вылетом электрода. При этом они отмечают, что кроме технологических особенностей такой вариант сварки характеризуется меньшей температурой металла электродных капель, что должно уменьшить окисление металла защитным газом и -несколько снизить чувствительность к образованию пор азота и водорода в металле.
С точки зрения хорошего качества ведение процесса и формирования швов в сварке применяется смесь аргона с гелием. При этом наиболее применимы следующие их соотношения: 50 % Аг и 50 % Не; и 40 % Аг и 60 % Не. Характер течения процесса близок к характеру течения процессов в чистом Не, но формирование шва лучше, а разбрызгивание меньше. При этом граница значения критического тока перехода к струйному переносу смешается в сторону аргона
Однако, эта смесь, при сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей не нашла применения, из-за высокой стоимости. Много работ посвящено исследованию процессов сварки в смесях аргона с такими газами как кислород, углекислый газ, углекислый газ и кислород, азот. С точки зрения влияния добавок к аргону представляется интересным изучение статьи /15/. Авторы данной статьи пытаются объяснить возникновение струйного переноса при сварке в смесях газов.
Сравнивая теплопроводности таких газов как С02, Не, N2, Н2 и Аг, при высоких температурах, они делают вывод, что теплопроводность газа не является определяющим физическим свойством, от величины которого зависит вид переноса металла электрода при сварке. Изучая влияние различных добавок газов к Аг на температуру дуги, которая влияет на температуру капель, изменяя их поверхностное натяжение, авторы показывают, что этот фактор также не гжячктияет решающего влияния на перенос электродного металла. В частности максимальную температуру имеет дуга, горящая в смеси (Аг*-Н2), однако, согласно эксперименту, струйного переноса при этом не наблюдается.
Пытаясь объяснить, почему присутствие небольших добавок 02 и СО2 в смеси с Аг приводит к уменьшению критического тока, необходимого для достижения струйного переноса, они отмечают, что нельзя однозначно судить, что этот фактор связан только с действием кислорода, снижающего поверхностное натяжение жидкого металла.
Оказалось, что лишь 3 газа - 02 , N0, N02 парамагнитны и имеют положительную магнитную восприимчивость, тогда как все остальные -диамагнитны и имеют отрицательную магнитную восприимчивость X, (таблица 1.1).
Наиболее вероятной причиной, определяющей вид переноса и уменьшающей критический ток при сварке в смесях Аг с 02 и с С02 является, по-видимому, совместное действие таких факторов как магнитные свойства кислорода и снижение поверхностного натяжения расплавленного металла под воздействием растворенного кислорода. По-видимому, присутствие парамагнитного газа, окружающего столб дуги, усиливает действие электродинамической силы, что приводит к уменьшению критического тока перехода к струйному переносу. Кроме того, под воздействием магнитного поля сварочного тока, возможны сепарация компонентов газовой смеси и концентрация кислорода вблизи поверхности расплавленной капли, что должно усилить его поглощение и снизить поверхностное натяжение расплавленного металла.
Таблица 1.1. Магнитная восприимчивость газов
Газ |
Х-106 |
Газ |
Х-106 |
С02 |
-0,525 |
СО |
-11,80 |
Аг |
-0,490 |
Кг |
-ОД50 |
02 |
+107,8 |
Н2 |
-1,990 |
N0 |
+ 48,70 |
Н |
-2^30 |
N02 |
+ 3,800 |
Н2 |
-0,430 |
Не |
-0,470 |
|
|
Наиболее часто используют смесь (Аг + Оз), содержащую кислород 3 -5 %. Причем процесс сварки практически такой же, как и в чистом аргоне. Величина /*р при этом немного уменьшается. Для струйного переноса в смеси (Аг + 02) характерно несколько большее разбрызгивание, чем при сварке в чистом Аг /14/. Также в промышленности нашли применение газовые смеси следующего состава:
(75 - 80) %Аг + (20 - 25) %С02; (70 - 75) %Аг + (20 - 25) %С02 + (3 - 5) %О2. Авторы работы 7 исследуют зависимость переноса электродного металла от изменения количества Аг в газовой смеси (Аг + С02). В частности, они отмечают, что при введении в С02 (10...80) %Аг размер капель электродного металла уменьшается, а частота их переноса возрастает. При этом разбрызгивание уменьшается. Это авторы связывают с тем, что капли не выходят за пределы столба дуги. Они указывают, что при 80 %Аг в смеси наблюдается максимальная стабилизация переноса, незначительное разбрызгивание и оптимальная форма проплавления.
Кроме вышеперечисленных газовых смесей в литературных источниках упоминается использование смесей с добавками азота. Так, например, добавка до 20 % N2 к аргону не влияет на процесс сварки, т.е. он практически такой же как и в чистом Аг /14/. Процесс приближается к сварке в чистом азоте при содержании азота в смеси более 33 %.
Источник: http:// svarschik . by