Проплавление основного

Увеличение с к. о рост и перемещения дуги до 40 — 50 м/ч приводит к увеличению горизонтальной составляющей давления" дуги на расплавленный металл ( сварочной ванны. Толщина слоя жидкого металла под' дугой уменьшается, тепловое действие дуги на основной металл возрастает, глубина проплавления увеличивается, несмотря на уменьшение погонной энергии. При дальнейшем увеличении скорости перемещения дуги влияние уменьшения погонной энергии становится преобладающим, глубина провара уменьшается. Ширина валика и выпуклость при возрастании скорости перемещения дуги уменьшаются.

Влияние изменения параметров режима сварки на глубину проплавления, и ширину шва следующее. Увеличение тока в связи с увеличением тепловой мощности и давления дуги увеличивает глубину проплавления, но мало влияет на ширину шва. Увеличение диаметра электрода при неизменном токе приводит к уменьшению глубины проплавления и увеличению ширины шва в связи с блужданием дуги. Определенное влияние на размеры шва оказывают наклон электрода и изделия. При сварке углом вперед, из-за подтекания металла в зону сварки уменьшается глубина проплавления и увеличивается ширина шва. При сварке углом назад в связи с оттеснением расплавленного металла давлением дуги в хвостовую часть ванны, глубина проплавления увеличивается, ширина шва уменьшается. Соответственно при сварке на спуск глубина проплавления уменьшается, ширина шва увеличивается, при сварке на подъем — соотношение обратное.

Мощные газовые лазеры позволяют проплавлять за один проход, как и при электронно-лучевой сварке, значительные толщины. Экспериментально установлено, что для стали глубина проплавления металла в диапазоне до 5 мм требует 1 кВт мощности излучения на 1 мм толщины металла. Однако, как видно из рис. 3.10, при дальнейшем увеличении мощности светового луча глубина проплавления увеличивается меньшими темпами и для сварки толщин более 20 мм требуются уже весьма мощные лазеры, потребляющие с учетом к.п.д. из сети сотни киловатт электрической мощности. Электронно-лучевая сварка пока позволяет сваривать за один проход значительно большие толщины (до 200 мм) при меньшей потребляемой от сети мощности.

Ферробор повышенного качества (марок ФБ20 и ФБ17) выплавляют в электропечи «на блок», используя борный ангидрид (для марки ФБ10) или борную кислоту (для ФБ6) и порошок первичного алюминия. Процесс ведут с двумя выпусками шлака, для чего основную часть шихты и железотермитный осадитель делят на две равные части. Плавка начинается с проплавления запальной части шихты и затем на образующемся расплаве зажигают дуги. После проплавления первой части шихты при отключенной печи проплавляют первую половину осадителя. Расплав выдерживают ~10 мин, затем выпускают шлак, проплавляют оставшуюся шихту и вновь сливают шлак. После окончания процесса ванну выкатывают из-под электродов и охлаждают до полной кристаллизации сплава (~40 ч). Оптимальная скорость проплавления шихты 120—130 кг/(м2Х Хмин). Увеличение скорости проплавления может привести к выбросам шихты, а при снижении скорости проплавления увеличивается слой гарнисажа и, следовательно, потери бора. Предварительный прогрев ванны.печи газом до 800 °С позволил повысить извлечение бора на 3—5%. На рис. 74 показано изменение основных технологических показателей процесса выплавки ферробора из обожженной боратовой руды в зависимости от относительного количества алюминия в шихте (за 100 % принято стехиометрически необходимое на восстановление бора, железа, кремния и сульфата кальция) [9]. Максимальное извлечение бора наблюдается при отношении СаО/АЬОз в шлаковом расплаве, равном 0,20—0,25. Использование железотермитного осадителя при выплавке сплавов с бором особенно эффективно в связи с низкой плотностью бо-

Ферробор повышенного качества (марок ФБ20 и ФБ17) выплавляют в электропечи «на блок», используя борный ангидрид (для марки ФБ10) или борную кислоту (для ФБ6) и порошок первичного алюминия. Процесс ведут с двумя выпусками шлака, для чего основную часть шихты и железотермитный осадитель делят на две равные части. Плавка начинается с проплавления запальной части шихты и затем на образующемся расплаве зажигают дуги. После проплавления первой части шихты при отключенной печи проплавляют первую половину осадителя. Расплав выдерживают ~10 мин, затем выпускают шлак, проплавляют оставшуюся шихту и вновь сливают шлак. После окончания процесса ванну выкатывают из-под электродов и охлаждают до полной кристаллизации сплава (~40 ч). Оптимальная скорость проплавления шихты 120—130 кг/(м2Х Хмин). Увеличение скорости проплавления может привести к выбросам шихты, а при снижении скорости проплавления увеличивается слой гарнисажа и, следовательно, потери бора. Предварительный прогрев ванны.печи газом до 800°С позволил повысить извлечение бора на 3—5%. На рис. 74 показано изменение основных технологических показателей процесса выплавки ферробора из эбожженной боратовой руды в зависимости от относительного количества алюминия в шихте (за 100 % принято ггехиометрически необходимое на восстановление бора, «елеза, кремния и сульфата кальция) [9]. Максимальное «влечение бора наблюдается при отношении СаО/А12О3 j шлаковом расплаве, равном 0,20—0,25. Использование келезотермитного осадителя при выплавке сплавов с бо-юм особенно эффективно в связи с низкой плотностью бо-

Изменение силы тока меняет глубину проплавления. При увеличении силы тока растет давление дуги, жидкий металл больше вытесняется из-под дуги, глубина проплавления увеличивается.

При наклоне электрода углом вперед жидкий металл вытесняется из-под дуги, глубина проплавления увеличивается, при наклоне углом назад, напротив, уменьшается. Если электрод вертикален, а изделие

наклонено и сварка ведется снизу вверх, "в горку", то глубина проплавления увеличивается. Наоборот, при сварке "под горку" глубина проплава уменьшается, но шов становится шире.

При двухэлектродной сварке (от одного источника питания) расстояние между электродами не превышает 20 мм. Дуги горят в одном газовом пузыре, образуя единую сварочную ванну. При поперечном расположении электродов выполняют сварку отдельных слоев многослойных швов при увеличенных зазорах в'стыке между кромками, а также наплавку. При последовательном расположении электродов глубина проплавления увеличивается.

Изменять технологические характеристики дуги можно, используя центральную подачу защитного газа с высокой скоростью. Высокие скорости истечения газа при обычных расходах достигаются применением сопел с уменьшенным выходным отверстием. Обдувание дуги газом способствует уменьшению ее поверхности, т.е. сжатию. В результате ввод теплоты дуги в изделие становится более концентрированным. Кинетическим давлением потока газа расплавленный металл оттесняется из-под дуги, и дуга углубляется в изделие. В результате глубина проплавления увеличивается в 1,5 ... 2 раза. Однако при этом повышается и возможность образования в швах дефектов.

Сварка может вестись как отдельными точками, так и герметичными швами при последовательном наложении точек с их перекрытием. Мощные газовые лазеры позволяют проплавлять за один проход, как и при электронно-лучевой сварке, значительные толщины. Экспериментально установлено, что для стали глубина проплавления металла в диапазоне до 5 мм требует 1 кВт мощности излучения на 1 мм толщины металла. Однако при дальнейшем увеличении мощности светового луча глубина проплавления увеличивается меньшими темпами и для сварки толщин более 20 мм требуются уже весьма мощные лазеры, потребляющие (с учетом кпд) из сети сотни киловатт электрической мощности. Электронно-лучевая сварка пока позволяет сваривать за один проход значительно большие толщины (до 200 мм) при меньшей потребляемой от сети мощности. Так же как и электронно-лучевая сварка, сварка лазером дает узкий шов "кинжального" типа с малыми деформациями свариваемых деталей, что позволяет применять этот способ для соединения окончательно обработанных узлов и деталей.

При двухэлектродной сварке (от одного источника питания) расстояние между электродами не превышает 20 мм. Дуги горят в одном газовом пузыре, образуя единую сварочную ванну. При поперечном расположении электродов выполняют сварку отдельных слоев многослойных швов при увеличенных зазорах в стыке между кромками, а также наплавку. При последовательном расположении электродов глубина проплавления увеличивается.

При сварке на переменном токе по схеме на рис. 26, в возникает трехфазная дуга: одна дуга горит между электродами (независимая дуга) и две другие — между каждым электродом и изделием. Все дуги горят в одном плавильном пространстве. Регулируя ток в каждой дуге, можно изменять количество расплавляемого электродного металла или проплавление основного металла. В первом случае способ удобен при наплавочных работах и для сварки швов, требующих большого количества наплавленного металла. Недостаток способа — необходимость точного согласования скоростей подачи электродов. Сварку сдвоенным электродом, двумя и большим числом электродов выполняют на автолттах.

Технологические свойства дуги в значительной мере определяются родом и полярностью сварочного тока. При прямой полярности па изделии выделяется до 70% теплоты дуги, что обеспечивает глубокое проплавление основного металла. При обратной полярности напряжение дуги выше, чем при прямой полярности. На аноде — электроде выделяется большое количество энергии, что приводит к значительному его разогреву и возможному оплавлению рабочего конца. Ввиду этого допустимые плотности сварочного тока понижены (табл. 3). Дугу постоянного тока

В сталях с большим запасом аустенитности получение швов с аустепитно-ферритной структурой затруднено необходимостью легирования их повышенным количеством ферритизаторои. Возможность предотвращения в швах на них, а также на аустенитно-ферритных сталях горячих трещин достигается ограничением содержания в швах вредных (фосфора, серы) и ликвирующих примесей, образующих легкоплавкие эвтектики, располагающиеся на завершающейся стадии кристаллизации по границам столбчатых кристаллов. Это достигается применением сварочных материалов, минимально засоренных вредными и ликвиругощими элементами, например электродных проволок, изготовленных из сталей вакуумной выплавки, электрошлакового переплава и т. д. Ограничивается также проплавление основного металла.

Различные дуговые методы наплавки отличаются друг от друга тепловой подготовкой основного и наплавляемого металлов. Так, например, при плазменной наплавке с токоведущей присадочной проволокой тепловложение преимущественно осуществляют в присадочную проволоку, основной металл подогревается достигающими его поверхности остывающими потоками плазмы дуги и теплотой перегретого жидкого наплавляемого металла. Проплавление основного металла в этом случае может быть заметно уменьшено.

Естественно, что на долю основного металла в наплавленном слое влияет и интенсивность теплоотвода в наплавляемом изделии, который зависит от теплофизических свойств металла этого изделия, его геометрических размеров (в частности, толщины металла вблизи наплавляемой поверхности), а также наличия искусственного регулирования термического режима наплавляемой детали (сопутствующего наплавке подогрева или интенсификации охлаждения различными приемами). На рис. 178 показано влияние на величину у0 толщины наплавляемой детали (алюминиевой бронзы) при наплавке монсль-металла покрытыми электродами разного диаметра. При увеличении толщины детали усиливается теплоотвод и уменьшается проплавление основного металла.

Наплавка — процесс, при котором на поверхность детали наносится слой металла требуемого состава. Наплавку применяют при ремонте изношенных деталей для восстановления их исходных размеров и для изготовления новых изделий. Масса наплавленного металла обычно не превышает нескольких процентов от общей массы изделия. Проплавление основного металла и перемешивание основного и наплавленного металлов должно быть минимальным для сохранения механических свойств наплавляемого слоя

При электронно-лучевой сварке удается получить минимальное проплавление основного металла при сварке встык вплоть до толщин, измеряемых сотнями миллиметров. Сварочная ванна в поперечном сечении имеет форму, близкую к конусу (см. рис. 5.14, д), а в плоскостях, перпендикулярных лучу, — близкую к эллипсу.

При электрошлаковой сварке также можно получить минимальное проплавление основного металла (см. рис. 5.14,в), но для ведения шлакового процесса с целью получения достаточного выделения теплоты необходим зазор, который затем должен заполняться присадочным металлом. Сварочная ванна может быть мелкой или глубокой в зависимости от скорости сварки

При дуговой наплавке неизбежно заметное проплавление основного металла, приводящее к разбавлению первого слоя и снижению, вследствие этого, его твердости и стойкости против износа. Поэтому дуговую наплавку желательно вести в два слоя. Разбавление второго слоя является ничтожным и его свойства полностью удовлетворяют свойствам исходного наплавляемого сплава.

Сварка труб испарителя проводится почти исключительно ручным дуговым методом. В этом случае можно избежать таких проблем, как проплавление основного металла, загрязнение флю-

мается 0,7 размера катета шва. При автоматической сварке под слоем флюса таких соединений, обеспечивающей глубокое проплавление основного листа, расчетная высота шва принимается равной его катету,