книги из ГПНТБ / Елистратов, П. С. Сварка чугуна сталью

при Ѵш = 3 г/см3—0,00165 г. На поверхности такой капли может быть расположено (с учетом площади, занимаемой одной молекулой, 10 Â2) 0,0314/10-10~3= 3 ,14 • 10е моле­ кул разных окислов. При содержании в шлаке 60% FeO на поверхности частицы его будет находиться 1,9-10° мо­ лекул закиси железа. Для 1600 °С Кербер [71] на осно­ ве своих исследований дает такое соотношение по рас­ пределению закиси железа:

[%FeO] = - (°/oFe0). .

ду образуется 0,163/0,00165=100 шт., а за время суще­

=1,5-10~14%. Конечно, это не очень большая величина,

иона меньше при сварке в окислительной атмосфере, когда шлака образуется еще меньше.

Подводя итог изложенному, отметим, что наиболее эффективно окисление осуществляется кислородом, раст­ воренным в металле, и кислородом, который в виде окис­ лов переходит в сварочную ванну. Количество кислоро­ да, которое оказывается в металле, превышает равно­ весную концентрацию и предел растворимости его в жидком металле. Следовательно, таким путем кислорода подается в избытке, и этот путь не лимитирует процесс окисления. При этом надо иметь в виду трудности насы­ щения металла кислородом выше предела растворимо­ сти. Поэтому предпочтение следует отдавать таким ре­ жимам сварки, когда глубина проплавления сваривае­ мого чугуна не превышает высоту наплавленного вали­ ка. В этом случае для окисления избыточных углерода и кремния требуется около 3% кислорода.

6.ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ МЕТАЛЛА ШВА

Химический состав металла шва определяется соста­ вом свариваемого чугуна и наплавляемого металла, а также отношением hjh2. Чтобы при данных условиях

120

сварки снизить содержание углерода и кремния в метал­ ле шва, необходимо в сварочном материале иметь ми­ нимальное количество углерода и кремния при должном содержании кислорода. В связи с этим представляет ин­ терес состав сварочного материала, который при сварке чугуна сталыо должен удовлетворять основному требо­ ванию — минимальное содержание углерода и кремния при максимальном содержании кислорода.

Сварочный материал при ручной сварке

При ручной сварке в качестве прутков применяют низкоуглеродистую сталь марок СВ-08 или СВ-08А, ко­ торая содержит минимум углерода (около 0,1%) и крем­ ния (менее 0,03%). Электродное покрытие изготовляют с применением кислородосодержащих компонентов. Существует много различных марок электродов для сварки чугуна сталыо, хотя не все они в достаточной сте­ пени отвечают своему назначению [6].

В табл. 6 приведено несколько марок электродов для сварки чугуна с кислородосодержащими компонентами электродного покрытия. В качестве связующего в ука­ занных электродах применяется жидкое стекло, добав­ ляемое обычно около 25% от веса сухой смеси покрытия. По назначению применяемые компоненты электродного покрытия можно разделить на три группы.

снабжать зону сварки кислородом и создавать шлаковый покров на сварном шве.

2. Кислородосодержащие и растворяющиеся — ге­ матит, марганцевая руда, титановый концентрат, рутил. Они не только снабжают зону сварки кислородом и со­ здают шлаковый покров, но и способствуют лучшему хи­ мическому взаимодействию железа с кислородом, раст­

Применяемый железный порошок должен содержать уг­ лерода не более 0,1%.

121

122

В табл. 6 приведено также среднее содержание расчетного количества кислорода в электроде по отноше­ нию к металлу прутка без учета кислорода жидкого стекла и влаги (покрытия). Как видно из данных табл. 4, при самых неблагоприятных условиях сварки чугуна сталыо, когда соотношение /іі/Ло= 0,2/0,8, максимальное количество требуемого кислорода равно 5,1 %• В таком случае все электроды, состав которых приведен в табл. 6, могут окислять избыточное количество углерода и кремния металла шва. При этом большое значение име­ ют растворяющиеся компоненты, способствующие луч­ шему использованию кислорода компонентов.

Сварочный материал при автоматической и полуавтоматической сварке

В этом случае сварку выполняют проволоками марок СВ-08 или СВ-08А. Проволоки марок СВ-08ГС, СВ-10Г2,

углерода, кремния и марганца, и для получения лучших результатов при сварке ими чугуна надо увеличивать расход кислородосодержащего газа.

В качестве кислородосодержащего газа могут приме­ няться кислород или углекислый газ, но расход угле­ кислого газа должен быть в 2 раза больше расхода кис­ лорода. Это не только увеличивает расход по оплате га­ за, но и связано с увеличением расхода энергии на нагрев газа, что видно из следующих расчетов. Теплоем­

лого газа в 2 раза больше расхода кислорода. Поэтому на нагрев углекислого газа надо затратить тепла почти в 3 раза больше: 10,8/7,2 = 3,08 раза. Расчеты показы­ вают, что при нагреве газов, например, до 3000 °С для

123

ш

ed

Е~ U

ои

зя

S

я

о

я

я

S

я

X

124.

Хим ический состав металла шва

Так как состав сварочного материала имеет большое значение для состава металла шва, то для определения роли его была произведена наплавка металла разным сварочным материалом на стальную малоуглеродистую пластину. Наплавка производилась многослойная. Из наплавленного металла брали стружку для химического анализа.

Как видно из полученных данных (табл. 7), наплав­ ленный металл при всех исследованных методах наплав­ ки содержит очень мало примесей, особенно углерода и кремния. Следовательно, применяемая окислительная среда оказывается достаточно эффективной с точки зре­ ния окисления углерода, кремния и других элементов.

Химический состав металла шва при наплавке на чугун зависит от сварочного материала, отношения hjhz и от числа слоев. При наплавке на серый чугун металла электродами СЧС-ТЗ при разном числе слоев получены

125

данные, приведенные в табл. 8. При однослойной наплав­ ке металл содержит много углерода п кремния — полу­ чается высокоуглеродистая сталь. Наплавка в два-три слоя заметно снижает содержание углерода и кремния, а при большем числе слоев металл шва оказывается малоуглеродистой сталью.

Рис. 28. Распределение элементов по слоям наплавленного металла двухслойная, электрод СЧС-М; 3—многослойная, электрод СЧС-ТЗ); газовых атмосферах (/ — аргона; 2 — углекислого газа; 3 — воздуха;

126

Выше отмечалось, что по высоте шва наблюдается неравномерное распределение примесей металла. В со­ ответствии с этим представляет интерес проследить рас­ пределение легирующих элементов по высоте металла шва. С этой целью на серый чугун была произведена наплавка металла в один-два слоя н больше, которые затем были подвергнуты отжигу (860 °С, 2 ч) для устра­ нения твердых структурных составляющих. Из наплавок выстругивались образцы для химического анализа, стружка у образцов снималась последовательно толщи­ ной 0,5 или 1 мм. Каждый снимаемый слой нумеровался, начиная от чугуна. Схема вырезки образцов для послой­ ного анализа приведена на рис. 27. На рис. 28, а приве­ дены графики распределения углерода по слоям при руч­ ной наплавке металла, а на рис. 28, б, в — соответствую­ щие графики распределения углерода и кремния при полуавтоматической наплавке в разных газовых средах.

Анализ полученных данных показывает, что во всех случаях наиболее резкое изменение химического состава металла происходит в пределах 1—2 мм от чугуна. Это собственно зона сплавления, граничащая с одной сторо-

N: а — ручная наплавка (/ — однослойная, электрод СЧС-М; 2 —

б, в — полуавтоматическая наплавка проволокой СВ-08ГСА в разных 4 — кислорода)

127

Глава III

СТРУКТУРА МЕТАЛЛА СВАРНОГО ШВА

7. СТРУКТУРА МЕТАЛЛА ШВА

Под металлом шва будем понимать ту часть сварно­ го соединения, которая в процессе сварки находилась в жидком состоянии. Следовательно, структура такого металла будет зависеть не только от химического состава его, но и от условий кристаллизации и скорости охлаж­ дения. При сварке сварной шов образуется из отдельных

деляет общую структуру металла шва. Поэтому за осно­ ву изучения структуры металла шва целесообразно при­ нимать стуктуру единичного валика, наплавляемого при заданных условиях. Значение многослойиости сварного шва для его структуры определяется соответствующим термическим влиянием, что необходимо учитывать при анализе структуры многослойного шва.

Скорость охлаждения металла шва

Многие исследователи изучали скорость охлаждения металла шва. Н. Н. Рыкалин предложил расчетные мето­ ды определения скорости охлаждения металла шва для разных режимов сварки. Применение расчетных мето­ дов к условиям сварки чугуна сталыо встречает ряд трудностей в связи с тем, что металл шва представляет собой железоуглеродистый сплав переменного состава. Вследствие этого отдельные участки сварного шва бу­ дут иметь разные значения теплофизических величин, усреднение которых, применяемое в обычных расчетах, приведет к искаженным результатам. Кроме того, нет до­ статочно точных данных по теплофизическим величинам и изменениям их с повышением температуры. Для полу-