Пористость сварных швов и меры борьбы с ней - Гапченко М.Н., Футер И.Е.

Автор: Гапченко М.Н. Футер И.Е.

Теги: сварка

Год: 1953

Похожие

Сварные конструкции. Прочность сварных соединений и деформации конструкций

Усталость сварных конструкций

Дефекты сварных швов

Сварные соединения титановых сплавов

Текст

ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр„
Предисловие............................................. $
Причины и механизм ооразования пор при сварке ... * Ъ
Механизм насыщения металла газами и образования пор . 5
Влияние составляющих сплавов на их газопоглощательную
способность......................................... К)
Газы сварочного процесса и их роль в образовании пор . I5-
Влияние составляющих металла швов малоуглеродистой
стали на склонность к образованию пор............ ‘2<Г
Влияние технологических факторов на пористость union , 27
Влияние способа сварки............................... 27
Образование пор при сварке по зарж тленному металлу. 2В
Пористость при сварке загрязненного металла ......... 33
Пористость при сварке по нрнхпнткам................. 33-
Влияние обмазок и флюсов............................. 35
Влияние полярности................................... 41
Влияние длины дуги................................... 42
Влияние скорости сварки и условий охлаждения........ 43
Пористость швов при газовой сварке................... 44
Пористость при сварке в среде инертных газов ...... 46-
Пористость при атомноводородной сварке .............. 47
Пористость при сварке специальных металлов и сплавов . 47
Пористость при сварке чугуна......................... 47
Пористость при сварке железокремнистых сплавов .... 43
Пористость при наплавке быстрорежущей стали......... 50
Пористость при сварке меди и ее сплавов.............. 52
Пористость при сварке алюминия и его сплавов . • . . . 53-
Влияние пористости на прочность и методы выявления пор 54
Характер распределения пор в наплавленном металле . . 54
Влияние пористости на прочность сварных швов........ 57
Способы выявления пористости и испытания непроницае-
мости сварных швов ................................. 5&
Производственные меры борьбы с пористостью.............. 64
Меры предупреждения пористости....................... 64
Исправление пористых швов............................ 6b
Заключение........................................... 70
Литература . ....................................... 7'2
nj
M. H. Гапченко
и И. Е. Футер

ПОРИСТОСТЬ
СВАРНЫХ ШВОВ
И МЕРЫ
БОРЬБЫ
С НЕЙ
ПРЕДИСЛОВИЕ
Громадные успехи сварочного дела в СССР, широ-
кое внедрение в промышленность новых высокопроиз-
водительных процессов сварки выдвигают перед работ-
никами производства и науки важнейшую задачу даль-
нейшего повышения качества сварных швов. Эта задача
успешно решается совместными усилиями коллективов
многочисленных научных учреждений и промышленных
предприятий Советского Союза. Исключительно велики
в этом деле заслуги Института электросварки Академии
наук УССР им. Е. О. Патона, ЦНИИТМАШ и ряда
других коллективов.
Одним из наиболее серьезных дефектов сварки,
оказывающих значительное влияние на прочность и осо-
бенно на непроницаемость сварных швов, является по-
ристость. Опасность пористости усугубляется тем, что
очень часто она является внутренним, скрытым дефек-
том, не поддающимся обнаружению простыми средст-
вами в процессе производства изделий.
Работами советских исследователей, особенно круп-
ными работами последних лет, в вопросы природы
газовой пористости внесена значительная ясность. Од-
нако это еще не значит, что все вопросы получения
бсспористых высококачественных швов решены и брак
сварных швов по этой причине на производстве изжит.
Требуется еще большая работа по внедрению научных
исследований в производственную практику, по даль-
нейшему исследованию и совершенствованию техно-
логических процессов, усилению технического надзора
в производстве сварочных работ.
Задача настоящей брошюры — ознакомить широкие
круги инженерно-технических работников в области
3
сварки с современными взглядами на причину и меха-
низм образования пор, а также с их влиянием на проч-
ность и плотность швов, способами выявления этого
дефекта и производственными мерами борьбы с ним.
С этой целью в сжатом но доступном виде в брошю-
ре изложены вопросы растворения газов в жидком
металле, рассмотрено влияние отдельных составляющих
сплавов на газопоглощающую способность и механизм
образования пор. Кроме того, показано влияние отдель-
ных газов на образование пор, изложены причины этого
явления при сварке по заржавленному и загрязненному
металлу, при сварке по некачественным прихваткам.
Отдельно освещается влияние технологических пара-
метров процесса сварки — полярности, длины дуги, ско-
рости сварки и условий охлаждения. В отдельной главе
рассмотрены причины образования и способы устране-
ния пористости при сварке некоторых специальных
сплавов.
Специальная глава посвящена вопросам влияния по-
ристости на прочность сварных швов, способам выяв-
ления и испытания непроницаемости. Наконец, особое
внимание уделено производственным мерам борьбы
с пористостью.
Брошюра написана по имеющимся литературным
материалам, главным образом, советских исследовате-
лей, работы которых по научному уровню значительно
выше работ, выполненных за рубежами нашей страны.
В брошюру включены также данные личного произ-
водственного опыта и некоторых специальных исследо-
ваний авторов.
ПРИЧИНЫ И МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ
ПОР ПРИ СВАРКЕ
МЕХАНИЗМ НАСЫЩЕНИЯ МЕТАЛЛА
ГАЗАМИ И ОБРАЗОВАНИЯ ПОР
Факторами, обусловливающими возможность появ-
ления пор в сварных швах, являются обогащение га-
зами жидкого металла сварочной ванны и последующее
их выделение при затвердевании металла. Обогащение
газами ванны расплавленного металла может происхо-
дить в результате химических реакций и растворения
газов из атмосферы дуги, газового пламени, основного
и присадочного металла, электродных покрытий и флю-
сов. Обогащение металла газами, находящимися над
сварочной ванной, наиболее интенсивно происходит при
переходе в ванну отдельных капелек жидкого приса-
дочного металла через газовую среду. Одновременно
газы растворяются и при контакте газовой среды с по-
верхностью ванны.
В той или иной степени эти процессы всегда про-
исходят при сварке. Однако важно знать коренные,
конечные причины образования пор, превращающие
указанную выше возможность в действительность. Такой
конечной причиной пористости является перенасыще-
ние металла шва газами, т. е. достижение такого со-
стояния, когда количество газов в металле значительно
превышает их растворимость при температуре кристал-
лизации.
В связи с этим необходимо остановиться на зако-
нах, которым подчиняются процессы растворения и
выделения газов в жидком металле. Для жидких метал-
лов растворение газов определяется законом квадрат-
ного корня, согласно которому количество газа, рас-
•5
творенного в жидком металле, пропорционально квад-
ратному корню из его парциального давления над
металлом:
Сг = ft'j/P?. (1)
Этому закону подчиняются молекулярные газы,
растворяющиеся в металле в атомарном состоянии или
образующие с его составляющими химические соеди-
нения, содержащие один атом газа на один или не-
сколько атомов другого элемента.
Растворенные газы могут находиться в металле в
виде атомов или ионов, а также образовывать с от-
дельными составляющими металла химические соеди-
нения, которые частично диссоциируют.
Растворимость газов в металле в сильной степени
зависит от температуры металла. Эта зависимость наи-
более полно выражается уравнением
Е
Сг=ае 2кТ’ (2)
где: а и к — постоянные;
Е— теплота растворения газа;
Т — абсолютная температура.
В большинстве случаев растворимость газа увели-
чивается с повышением температуры.
Весьма важным является то обстоятельство, что
теплота растворения газа Е резко меняется при темпе-
ратурах фазовых превращений, что приводит к соот-
ветствующему изменению растворимости. На рис. 1 по-
казана зависимость растворимости водорода и азота
в чистом железе от температуры при давлении 1 атм,
причем видны скачкообразные изменения раствори-
мости при температурах аллотропических превращений
и плавления железа.
Так как при сварке продолжительность существо-
вания металла в расплавленном состоянии измеряется
секундами, необходимо оценить хотя бы с качествен-
ной стороны возможную интенсивность процесса раст-
ворения газов. Скорость этого процесса определяется
скоростью перехода частиц газа с поверхности вовнутрь
расплавленного металла. Растворению газов при сварке
способствуют следующие специфические особенности
сварочного процесса:
1) капельный переход присадочного металла в сва-
рочную ванну, создающий развитию поверхность со-
прикосновения жидкого металла с газовой средой и
усиливающий вследствие этого поглощение газов по-
верхностным слоем жидкого металла;
Температура (Ё градусах)
Рис. 1. Растворимость водорода и азота в железе при дав-
лении 1 атм.
2) интенсивное перемешивание металла в сварочной
ванне;
3) высокая температура перегрева металла, при ко-
торой значительно уменьшается его вязкость и увели-
чивается коэфициент диффузии.
Таким образом, несмотря на относительную кратко-
временность процесса сварки, имеются достаточные
условия для значительного обогащения металла газами.
7
6
Одновременно с процессом газопоглощения идет
обратный процесс газо выделения. Количество содер-
жащегося в металле газа зависит от результирующего
действия обоих этих процессов.
Газы выделяются из жидкого металла, главным об-
разом, в виде пузырьков. Для того чтобы пузырек
газа мог образоваться, должно быть удовлетворено
условие:
Рг > Рви, (3)
где: Рс — давление выделяющегося газа или смеси га-
зов;
•Рвн — внешнее давление.
Внешнее давление складывается из атмосферного
давления над сварочной ванной, давления столба ме-
талла и шлака (при автоматической сварке также слоя
нерасплавившегося флюса) над местом образования пу-
зыря и дополнительного давления изогнутой поверх-
ностной пленки металла, окружающей пузырек газа.
Как известно, для пузырька шаровидной формы это
дополнительное давление Рлоп определяется уравне
нием:
Рдоп^-у-, (4)
где: а — коэфициент поверхностного натяжения металла;
г—радиус образующегося пузырька.
Поверхностное натяжение жидкого металла препят-
ствует, таким образом, образованию и выделению га-
зовых пузырьков. Так, для жидкой стали при темпе-
ратуре ее плавления коэфициент поверхностного натя-
жения а имеет величину порядка 1500 э/см2. Это
значит, что при радиусе пузырька 0,01 мм дополни-
тельное давление составит 3-10® дин или 3,2 кг/см*,.
при радиусе пузырька в 0,1 мм — 0,32 кг/см?. Для
сравнения следует указать, что если принять удельный
вес жидкой стали равным 7 г]мл, то 1 см столба
жидкого металла создает давление только 0,007 кг]см2.
Уравнение (4) и условие (3) позволяют сделать сле-
дующие общие выводы:
1) возможность образования газовых пузырьков по-
вышается с увеличением содержания газов в металле;
2) для возможности всплывания газового пузырька
необходимо определенное (критическое) значение его
рпдпуса, которое тем меньше, чем меньше глубина
сварочной ванны;
3) в случае глубокой сварочной ванны (например
при однопроходной автоматической сварке толстого-
мегалла) и при прочих равных условиях выделение-
rii.ia из нижних частей ванны затрудняется.
Самопроизвольное образование газовых пузырьков
в однородном жидком растворе является маловероят-
ным. Однако жидкие металлические сплавы не явля-
ются однородными. Взвешенные мелкодисперсные вклю-
чения и поверхность раздела между жидким и твердым
металлом служат центрами зарождения пузырьков газа
и способствуют выделению газа. Образование криста-
лпкоп при затвердевании также способствует образо-
ванию Ы13ОВЫХ пузырен.
образование пузырьков, заполненных одним газом,
способствует выделению других растворенных в ме-
талле газов, так как они могут диффундировать в уже-
су ществующие пузырьки. Атомарные газы в этих пу-
зырьках соединяются в молекулы, благодаря чему их
парциальное давление понижается и продолжается
дальнейшая диффузия этих газов внутрь пузырька.
(Скорость всплывания газового пузырька в однород-
ной жидкой среде может быть определена по формуле?
v = -2 (5>
9 7] ’ '
где: « — скорость всплывания пузырька;
р — плотность жидкости;
р!— плотность газа в пузырьке;
g — ускорение силы тяжести;
г — радиус пузырька;
7| — вязкость жидкости.
Из этой формулы, а также из условия (3) можно
сделать следующие выводы:
1. С увеличением размера пузырьков скорость их
всплывания резко увеличивается.
2. Выделение газовых пузырьков, благодаря умень-
шению глубины их погружения в сварочной ванне
и связанному с ним увеличению размеров, происходит
с возрастающей скоростью.
3. Так как плотность любого газа при температуре-
сварочной ванны ничтожно мала по сравнению с плот-
9-
,8
ностью жидкого металла, скорость всплывания пузырь-
ков газа практически определяется плотностью жидкого
металла и не зависит от состава выделяющегося газа.
В связи с этим условия сварки легких металлов и их
•сплавов ухудшаются.
4. Особое значение имеет вязкость жидкого металла.
Вязкость жидкого металла определяется его составом,
температурой и наличием неметаллических включений.
С повышением температуры и с уменьшением коли-
чества взвешенных неметаллических включений вязкость
металла уменьшается. Весьма важно также то обсто-
ятельство, что вязкость металла увеличивается весьма
резко с началом его кристаллизации.
Такова в общих чертах сложная картина процессов
газопоглощения и газовыделения в сварочной ванне.
Повышенная способность жидкого металла к погло-
щению тех или иных газов сама по себе еще не озна-
чает увеличения склонности сварного шва к образова-
нию пор. Она должна быть сопоставлена с раствори-
мостью газов и их соединений в твердом металле при
температурах кристализации. При понижении темпера-
туры растворимость газов в металле уменьшается, пре-
терпевая, как это указывалось выше, резкое изменение
при температуре перехода из жидкого состояния в
твердое. Это обстоятельство, а также резкое увеличе-
ние вязкости металла при его кристаллизации, умень-
шающее возможность выделения пузырьков газа, осо-
бенно активно содействуют образованию газовых пор
в условиях быстрого затвердевания сварного шва. Пу-
зырьки газа, не успевшие выделиться из жидкого ме-
талла до его затвердевания, остаются в отвердевшем
.металле в виде пустот шаровидной или продолговатой
-формы. Эти пустоты могут быть значительных размеров.
ВЛИЯНИЕ СОСТАВЛЯЮЩИХ СПЛАВОВ НА ИХ
ГАЗОПОГЛОЩАТЕЛЬНУЮ СПОСОБНОСТЬ
Способность жидкого металла поглощать газы во
многом определяется возможностью образования устой-
чивых при высоких температурах соединений этих га-
зов и их растворимостью в ванне металла. Образова-
ние устойчивых соединений, обладающих плохой раст-
воримостью в жидком металле, уменьшает растворение
и нем I плои, благодаря чему уменьшается пористость.
Хорошим piiciворимость газа в твердом металле умень-
шив г его выделение при кристаллизации, тормозит об-
рп loiuiiiiie газовых пузырьков в процессе затвердева-
ния металла и, следовательно, уменьшает склонность
к образованию пор.
Рассмотрим влияние ряда элементов на способность
железа поглощать газы. Приводимые ниже данные
основаны па исследованиях двойных сплавов с различ-
ными элементами.
Iloi лощение водорода сплавами железа. Водород
растворяете я в жидком металле, главным образом, в
атомарном виде. Исследования А. Н. Морозова [23],
К. Т. Курочкина, В. И. Японского и П. В. Гельда [15]
по рае гнорпмогти водорода в жидких железо-углеро-
/|.|ц ।ых сплавах показали, несмотря на некоторое не-
< овпадение количественных данных, что повышение
концентрации углерода заметно понижает раствори-
мость водорода. Если принять растворимость водорода
в чистом железе при температуре 1560° за 100%, то
при содержании углерода 0,2% она составляет по дан-
ным А. Н. Морозова 87,5%.
Кремний образует с водородом химические соеди-
нения — кремневодороды, но возможность проникнове-
ния водорода в расплавленный металл в виде этих сое-
динений оспаривается [23]. В двойных сплавах железа
с кремнием растворимость водорода с увеличением
содержания кремния по данным В. И. Явойского и
А. П. Морозова [23] падает, но это влияние заметно при
значительном содержании кремния и может учитываться
только в специальных кремнистых сплавах.
Марганец не образует с водородом химических сое-
динений. Он увеличивает способность жидкого железа
поглощать водород, однако при концентрациях мар-
ганца до 1 % это увеличение растворимости незначи-
тельно.
Алюминий в тех небольших количествах, в кото-
рых он может находиться в основном металле и ме-
талле шва, практически не влияет на растворимость
водорода в железе.
По данным К. Т. Курочкина и др. [15], при обыч-
ном для стали содержании хром и молибден незначи-
тельно понижают растворимость водорода в жидком
ДО
11
железе, а никель несколько увеличивает ее. Влияние
этих компонентов становится заметным при концен-
трациях порядка нескольких процентов. Начиная с
10—12%, увеличение содержания хрома быстро повы-
шает растворимость водорода в металле.
Ванадий образует с водородом химические соеди-
нения — гидриды. Однако они нестойки выше темпе-
ратуры плавления железа. В твердом металле ванадий
повышает растворимость водорода с понижением тем-
пературы и поэтому уменьшает опасность образования
пор.
Титан и ниобий способны образовывать соединения
с водородом и увеличивают растворимость водорода
в сплавах железа. Согласно приводимым А. Н. Моро-
зовым [23] данным, для обычного содержания ниобия
в стали его влияние весьма мало. Несколько интенсив-
нее действует титан. При оценке влияния титана и нио-
бия в некоторых специальных сталях необходимо пом-
нить, что оно в значительной мере парализуется обра-
зованием их химических соединений с другими эле-
ментами, в частности карбидов.
Приведенные данные говорят о незначительном
влиянии ряда составляющих малоуглеродистой и низ-
колегированных сталей на растворимость водорода в
жидком металле. К сожалению, вопрос о раствори-
мости водорода в сплавах железа при температурах
кристаллизации изучен очень мало. Можно утверждать,
однако, что растворимость водорода в сплавах железа
понижается при кристаллизации, так же как и в чистом
железе. Большое значение при этом имеет форма кри-
сталлической решетки железа непосредственно после
кристаллизации.
Известно, что водород растворяется в твердом же-
лезе по способу внедрения. Железо-гамма имеет гране-
центрированную решетку и обладает поэтому большей
способностью растворять в себе атомарный водород.
Железо-альфа и железо-дельта, решетка которых пред-
ставляет собой пространственно-центрированный куб,
менее способны воспринять и удержать атомы водорода.
В том случае, если железо кристаллизуется в решетке
дельта или альфа, растворимость водорода при затвер-
девании падает более интенсивно, чем при кристалли-
зации в виде железа-гамма.
Рис. 2. Растворимость азота в железо-
углеродистых сплавах [23].
Поглощение азота сплавами железа. Рассмотрим
данные о влиянии некоторых элементов на раствори-
мость азота в жидких сплавах железа с этими эле-
ментами.
Углерод, как это показано на рис. 2 [23], умень-
шает поглощение азота железоуглеродистыми сплавами.
Влияние содер-
жания кремния на
поглощение азота в
сплаве железо-крем-
ний показано на
рис. 3. II. А. Морозов
считает [23], что при
повышении Iодержа-
ния кремния пример-
но до 1% ио1 лоще-
ние азота увеличи-
вается, а с дальней-
шим увеличением
содержания крем-
ния — уменьшается.
Марганец обра-
зует с азотом ряд
нитридов, раствори-
мых в твердом и
жидком металле. Однако увеличение поглощения азота
сплавом железо-марганца невелико, даже при высоких,
около 12—14%, концентрациях марганца.
Хром и ванадий образуют устойчивые нитриды и
заметно увеличивают поглощение азота сплавами же-
леза с этими элементами (рис. 3). При затвердевании
i плавов железа с хромом происходит выделение азота,
что свидетельствует об уменьшении его растворимости.
Титан образует устойчивые нитриды, плохо раство-
ряющиеся в жидком железе. Это подтверждается тем,
что TiN выделяется из жидкой нержавеющей стали,
поднимаясь к верхней части слитка [23]. Роль титана
как элемента, очищающего сталь от азота, ослабляется
так же, как и по отношению к водороду, его большим
сродством к кислороду и углероду.
Поглощение окиси углерода сплавами железа.
Растворимость окиси углерода в стали весьма мала.
Практически единственным возможным путем ее про-
13
12
Легирующий элемент (6 процентах)
Рис. 3. Влияние легирующих элемен-
тов на растворимость азота в жидком
железе [38].
никновения извне в сварочную ванну являются пузырьки
окиси углерода, содержащиеся в каплях присадочного
металла и еще неуспевшие выделиться. Повидимому,
количество окиси углерода, проникшей таким образом
в сварочную ванну, незначительно.
Поглощение газов
цветными металлами
и их сплавами. Жидкая
медь активно раство-
ряет в себе водород.
При затвердевании ме-
ди происходит скачко-
образное понижение
растворимости водоро-
да (рис. 4). Азот в меди
не растворяется и яв-
ляется для нее инерт-
ным газом. Раствори-
мость окиси углерода
в меди весьма мала.
Жидкий алюминий
интенсивно растворяет
водород. Характерно,
что растворимость во-
дорода в твердом алю-
минии практически нич-
тожна [34]. Поглощение азота жидким алюминием,
возрастает с повышением температуры (при темпера-
туре плавления растворяется около 1 мл на 100 г)..
В твердом алюминии растворимость азота считается
весьма малой [34].
Никель растворяет водород значительно более
интенсивно, чем медь (рис. 4), причем растворимость
водорода резко уменьшается при температуре плавле-
ния никеля (около 1450°). Никель взаимодействует при
высокой температуре с окисью углерода, образуя кар-
бид никеля Ni3C и закись никеля. Однако при наличии
в металле закиси никеля происходит обратная реакция
восстановления никеля и образования окиси углерода,
выделяющейся из металла.
Примеси олова и алюминия к меди уменьшают рас-
творимость водорода в соответствующих сплавах,
причем более интенсивно действует алюминий [34].
В заключение необходимо отметить, что сталь и
другие технические сплавы являются многокомпонент-
ными. Поэтому приведенные выше данные, получен-
ные ни основе исследования двойных сплавов, должны
рнесматриваться как
металла сварочной
HHHHI.I к поглощению
। пзон. В многоком-
понентных системах
пиления могут усло-
жняться, а иногда
носить качественно
иной характер. Кро-
ме* ПЛ11ЯП11Я отдель-
ных компонентов
ни непосредственное
поглощение газов
металлом сварочной
панны, надо счи-
гнгься с тем, что
н жидком металле
первый этап изучения способности
Температура (В градусах)
Рис. 4. Растворимость водорода в меди
и никеле [34].
происходят различ-
ные металлургиче-
ские процессы, из ко-
торых особое значение имеет процесс раскисления. Эти
процессы могут значительно изменить характер выделе-
ния отдельных газов. Ниже будет указано о влиянии
в этом отношении сильных раскислителей — кремния,.
алюминия, титана.
ГАЗЫ СВАРОЧНОГО ПРОЦЕССА И ИХ РОЛЬ
В ОБРАЗОВАНИИ ПОР
При нормальных условиях состав газов над свароч-
ной ванной зависит от состава металла, применяемого
способа сварки, а также от состава обмазок, флюсов,
паст и т. п.
В связи с трудностями исследования состава газов-
часто получаются несовпадающие в количественном
отношении результаты, но в качественном отношении
состав газов, находящихся в атмосфере над сварочной
ванной, в настоящее время можно считать твердо уста-
новленным.
При дуговой сварке стали электродами с тонкими
14
15»
покрытиями основными газами атмосферы дуги являются:
кислород, азот, окись углерода и пары металла. Кроме
того, в небольших количествах имеются озон, окисли
.азота и углекислый газ.
При дуговой сварке электродами с защитными по-
крытиями на состав газов большое влияние оказывает
состав покрытий. Даже шлакообразующие компоненты
покрытия могут дать некоторое количество газов за
<чет выделения кристаллизационной воды, диссоциации
углекислых солей и т. п. Некоторые компоненты вво-
|..дятся специально для создания газовой защиты ме-
талла. В результате в атмосфере дуги уменьшается
^содержание свободного кислорода и азота.
Исследования состава газов при сварке стали элек-
тродами, содержащими в покрытии древесную муку,
показали, что основными составляющими являются:
l'-окись углерода, водород, углекислота и водяные пары.
|“Сопоставляя данные исследований В. Д. Тарана и
Фтор н атмосфере дуги, горящей под флюсом, иа-
хонптся, иовидимому, и в виде фтористого водорода
III’, что подтверждается спектральным исследованием
открытой угольной дуги при введении в нее фторис-
юго водорода (угольная дуга применялась в связи
<’ тем, что линии фтористого водорода в спектре дуги
между металлическими электродами перекрываются
яркими линиями спектра железа) [12].
11 го к;и ается азота в атмосфере дуги под флюсом,
о ei о количество зависит от сорта флюса. Так, на-
пример, при флюсе АН-3 („стекло") содержание азота
hi атмосфере душ составляло 4,5%, а при флюсе АН-3
(„нем i.i“) — Г1,1% 111].
В пальнейшем будут рассмотрены источники появ-
iciiiiH in дельных iti.ioii в атмосфере сварочной дуги и
по 1МОЖПЫС причины значительных изменений ее состава.
11рн дуговой сварке в среде защитных газов ха-
рпктер атмосферы дуги определяется, главным обра-
И. А. Липецкого, А. А. Алов [1] в качестве сред- юм, применяемым защитным газом и наличием приме-
нен) состава газов при сварке электродами Ц-1 и Ц-З <’ей в нем. Инертные газы аргон и гелий практически
[приводит следующий: 20—45% Н2, 4% Н2О, 45% СО, 1|(’ растворяются в жидком металле. Однако наличие
10% СО2 и 16—19% О2. ^примесей в технических инертных газах может обога-
Такое преобладание окиси углерода и водорода'Ипь атмосферу дуги водородом, азотом, парами воды
[всегда имеет место при наличии органических состав- кислородом.
.ляющих покрытий, представляющих собой в химиче-’ 11ри атомноводородной сварке основным газом являе-
1ском отношении углеводы. тсяводород, при применении диссоциированного аммиа-
В последние годы в Институте электросварки #*• водород и азот.
,им. Е. О. Патона И. И. Фруминым, И. В. Кирдо и При газовой ацетилено-кислородной сварке состав
В. В. Подгаецким была проведена большая работа по гпзов над сварочной ванной определяется их соотно-
исследованию состава газов в атмосфере дуги при шепнем в газовой смеси. При применяющемся в боль-
сварке стали под флюсом [12], [10], [41], [11]. В резуль- пшнстве случаев нормальном пламени в средней зоне
ргате работы было установлено, что при нормальном преобладают окись углерода и водород (60—66%
напряжении на дуге и чистом металле основным газом СО, 34—46% Н2).
в атмосфере дуги является СО, содержание которой Таким образом, основными газами, влияние которых
|при сварке под флюсом АН-3 достигало 86%. Содер- IIU образование пор при сварке необходимо рассмот-
жание водорода в этих же условиях относительно не- реть, являются: окись углерода, водород и азот. Дан-
велико (порядка 13—17%). Анализ состава газов, вы- опытов и теоретические соображения позволяют
[делившихся при сварке в герметической камере под <’удить о роли отдельных газов в образовании -пор и
рядом других марганцевых флюсов [12], дал примерно масштабах явлений, вызывающих пористость швов,
.такие же результаты (около 80% СО, 15—17% Н2, Следует отметить, что нельзя стать на точку зрений
13— 5% СО,). Кроме того, при флюсах, содержащих первенствующего значения одного какого-либо газа
CaF2, было установлено наличие газообразного соеди- Для порообразования при всех разновидностях техно-
нения фтора с кремнием (SiF4). логического процесса без учер^ условий их протека-
16 2 323 14 Ч е р клП. 17
ния. Необходимо исходить из положения, что действие
|Газов является совокупным, наличие отдельных газов
влияет на роль других газов, а также из того, что
изменение внешних условий сварочного процесса по-
вышает значимость одних факторов и снижает значи
мость других.
Влияние окиси углерода. Ряд исследователей —
'А. А. Алов [2], И. А. Липецкий [17], К. В. Любавский
[19]—в числе причин, вызывающих пористость сварных
швов железоуглеродистых сплавов, действию окиси
углерода отводят первое место. В настоящее время
эта точка зрения подвергнута пересмотру со стороны
коллектива института электросварки и других исследо-
вателей, причем показана даже положительная роль
окиси в определенных условиях сварочного процесса..
Рассмотрим теоретические соображения и некото-
рые опытные данные, способствующие приближению
к правильному пониманию этого вопроса.
Приведенные выше материалы говорят о большом
содержании окиси углерода в атмосфере дуги при
сварке железоуглеродистых сплавов. Следует различать
два источника поступления этого газа в атмосферу
дуги: 1) из сварочной ванны и 2) из металла электрода
и покрытия. Окись углерода образуется в сварочной
ванне как в результате прямого окисления углерода
кислородом воздуха, так и в результате взаимодей-
ствия углерода с закисью железа:
FeO + C^LCO 4- Fe — 37280 кал. (6)
Тепловой эффект реакции показывает, что она про-
исходит более интенсивно в сторону образования окиси
углерода при повышении температуры. В том же на-
правлении действует и увеличение концентрации закиси
железа и углерода в сварочной ванне. Высокие темпе-
ратуры, имеющие место при дуговой электросварке,,
способствуют протеканию реакции (6) вправо. Окись
углерода, практически нерастворимая в жидком ме-
талле, сразу же по мере ее образования начинает вы-
деляться из металла в виде газовых пузырьков. Зна-
чительная часть окиси углерода образуется тогда, когда
жидкая ванна еще достаточно разогрета и до ее затвер-
девания остается относительно много времени. Поэтому
основная часть образующейся при сварке окиси угле-
рода успевает удалиться в атмосферу из жидкого ме-
тпллн С точки зрения образования пор основной инте-
рес представляет та часть окиси углерода, которая
образуется и сварочной ванне в последнее время, т. е.
Непосредственно перед началом и в течение кристалли-
шцнп металла. Именно эта часть газа может не успеть
подняться па поверхность жидкой ванны и образовать
норы.
С точки зрения тепловых условий реакция (6)
должна бы в это время затормозиться. Здесь следует,
однако, учесть изменение концентрации углерода и за-
киси железа при кристаллизации жидкого металла.
В результате избирательной кристаллизации в ма-
точном (жидком) растворе увеличивается концентрация
I <() и (I, т. е, последним затвердевает металл, наибо-
лее обонпценпый этими компонентами. Поэтому, не-
смотря на понижение температуры металла, образуется
окись углерода. Анализ газов, выделяющихся из отли-
вок кипящей и полуспокойной стали при их затверде-
вании, показал увеличение содержания в них окиси
углерода с течением времени. Такой же процесс про-
исходит и при затвердевании металла сварочной ванны
при условии недостаточного его раскисления, т. е. при
повышенном содержании закиси железа. Поглощение
тепла при этой реакции усиливает охлаждение свароч-
ной ванны, ускоряет затвердевание металла, что ухуд-
шает условия выделения газов.
11аличие реакции (6) выгорания углерода при сварке
подтверждается тем, что содержание углерода в ме-
талле шва всегда ниже, чем определенное расчетным
путем на основе данных о содержании углерода в
основном и присадочном металле, если, конечно, в шов
не вводится добавочное количество углерода через
компоненты электродных покрытий.
Рассмотрим обстоятельства, при которых окись угле-
рода, образующаяся в сварочной ванне, может ока-
заться полезной в отношении дегазации металла. Ранее
было указано, что в пузырьки, образованные первона-
чально окисью углерода, могут проникать другие газы.
Иначе говоря, кипение ванны (бурное выделение пу-
зырьков СО) может при благоприятных условиях (за-
медленном охлаждении) способствовать удалению газов,
обладающих хорошей растворимостью в жидком ме-
18
2*
19
талЛе, й получению плотного шва. В металлургии стали
на это указал в своей работе „Производство стали"
В. Е. Грум-Гржимайло, отметивший, что азот и водо-
род выделяются из стали, сопутствуя окиси углерода,
выделение которой дает толчок для выделения этих
газов.
Вторым источником окиси углерода в атмосфере
дуги является реакция (6), развивающаяся в каплях
присадочного металла при их прохождении через ду-
говой промежуток, и образование СО за счет углерод-
содержащих компонентов покрытий, главным образом,
органических — муки, крахмала, декстрина, целлюлозы,
а также ферросплавов. Окись углерода, образовавшаяся
над сварочной ванной, не может вызывать пористости
ввиду ее малой растворимости в металле ванны. Нао-
борот, если увеличение количества окиси углерода
сопровождается уменьшением содержания других газов
(водорода, азота) над сварочной ванной, окись угле-
рода должна рассматриваться как защитный газ, вытес-
няющий другие газы из атмосферы дуги.
Некоторым подтверждением сказанного выше о воз-
можном положительном воздействии окиси углерода
могут быть опыты А. Е. Асниса и Л. М. Гутман [3],
производивших наплавку под флюсом на пластины
с различным содержанием углевода поверх валиков,
наложенных электродами марки Э-34. При этом сравни-
валась степень поражения наплавленного металла по-
рами. Оказалось, что при одном и том же содержании
углерода в проволоке, количество пор значительно
уменьшилось при наплавке на пластины с увеличенным
содержанием углерода (0,25% вместо 0,12%). В данном
случае можно предположить, что лучшая дегазация
наплавленного металла явилась следствием более ин-
тенсивного кипения сварочной ванны в условиях до-
статочно продолжительного ее существования в жидком
состоянии. Однако эти опыты не позволяют сделать
вывод об общем положительном влиянии повышения
содержания углерода на склонность к порообразова-
нию, противоречащий многочисленным наблюдениям,
тем более, что они были проведены только на стали
двух марок.
Отрицательное действие окиси углерода следует
считать значительным в особых случаях обильного ее'
пЛрпао11111П1>1 и неблагоприятных условий выделения
(быстрин охлаждение, глубокая и узкая жидкая ванна
и up ), кик, например, при сварке чугуна, высокоугле-
piMUfi TUX iталей, применении высокоуглеродистой про-
нолокк и т. и. Необходимым условием сварочного
припессп становится прекращение реакции (6j до за-
iнердеппппя металла, главным образом, путем приме-
нении режима, замедляющего остывание сварочной
Н1Н111Ы, и правильного дозирования раскислителей в элек-
тродных покрытиях и флюсах.
Гвинее подавление прямой реакции (6) путем при-
менения раскислителей (кремния, алюминия и других)
может принести к отрицательным результатам по сле-
дующим причин।м:
I) ofipii loiiaiine окиси углерода может оказаться
сдвинутым но времени к моменту кристаллизации ме-
1Нллп сварочной ванны, в результате чего может воз-
никнуть пористость из-за позднего выделения СО;
2) при наличии в сварочной ванне других газов
(водорода, азота) торможение выделения СО (успоко-
ение ванны) замедляет их выделение, что также мо-
жет привести к повышенной пористости за счет водо-
рода или азота.
Об этом свидетельствует работа Л. М. Яровинского
и В. В. Баженова [45]. Дополнительное введение в по-
крытие электродов ЦМ-7 раскислителей — ферросили-
ция, алюминия, графита в количестве 1,2 и 3% к весу
сухих компонентов покрытия привело к уменьшению
выгорания углерода и к значительному увеличению
содержания водорода в металле шва, причем склон-
ность к образованию пор увеличилась.
Вреднре действие алюминия на образование пор
при введении его в покрытия в количестве более 1%
(в частности, при введении алюминия в покрытия ОММ-5
и ЦМ-7) установили также Г. Д. Шевченко (в своей
диссертации) и Г. И. Погодин-Алексеев [27].
Влияние водорода. При отсутствии загрязнений на
свариваемом и электродном металле водород вносится
в атмосферу сварочной дуги, главным образом, из
электродных покрытий или флюсов. Количество водо-
рода, растворенного в основном и электродном металле,
очень мало, но может значительно повыситься, если
эти металлы подвергались химическому травлению.
20
21
Источником водорода в электродных покрытиях яв-
ляются: влага, оставшаяся после прокалки, а также
дополнительно поглощенная из воздуха, кристаллиза-
ционная вода отдельных компонентов и органические
компоненты.
При сварке под флюсом источником водорода яв-
ляется влага, содержащаяся во флюсе. И. В. Кирдо [И]
показал, что даже при просушке при температуре
105° во флюсе остается вода в виде адсорбированной
поверхностной пленки. При неаккуратном хранении
влажность флюса увеличивается.
Особенно значительно содержание водорода в ат-
мосфере дуги увеличивается при наличии на сваривае-
мом металле и электродной проволоке загрязнений —
ржавчины, масел и т. п. И. В. Кирдо и В. В. Подга-
ецкий [Ю], [41], [И] показали, что введение ржавчины
в разделку шва значительно увеличивает содержание
водорода в атмосфере дуги (так при 0,5 г ржавчины
на 100 мм шва количество водорода возросло при
сварке под флюсом АН-3 от 14 до 24,5%).
На водород как на основную причину образования
пор при дуговой сварке впервые указал И. Д. Давы-
денко [7] и В. Д. Таран [37]. В настоящее время эта
точка зрения получает поддержку научного коллектива
Института электросварки им. Е. О. Патона [12], [10],
[41], [И]. К ней присоединились также некоторые ра-
ботники ЦНИИТМАШ [45], коллектив которого ранее
целиком стоял на точке зрения первенствующей роли
окиси углерода.
В пользу водорода как основной причины образо-
вания пор при достаточном его количестве в атмо-
сфере дуги говорят следующие соображения. Высокая
температура дуги способствует диссоциации водорода
на атомы, в виде которых он растворяется в жидком
металле, и, следовательно, насыщению металла водо-
родом. Если во время кристаллизации, при которой
растворимость водорода резко понижается, металл пе-
ресыщен водородом, начинается бурное его выделение
' образованием газовых пузырей. В практике стале-
литейного дела это явление называется водородным
кипением.
Опыты И. В. Кирдо показали [10], [11], что склон-
ть к образованию пор неизменно возрастает с уве-
HI'U'iiiihm (и'пночною содержания водорода в твердом
нннлвкленном м< тилле. Характерно, что в этих опытах
и ОП14ТНХ Л М. Яровпш кого и В. В. Баженова [45]
пир уж linn порист in ть наблюдалась, начиная с примерно
(|ДН1Ш1и>|1(>1 о остаточного содержания водорода в ме|ал-
'ie пит порядка 6 6,5 мл па 1С0 г.
Тикам образом, хо| опю известная способность ато-
мщики <> водорода лиф фундировать в твердом металле,
проявляющаяся в выделении водорода из металла даже
при комнатной температуре, не может явиться возра-
жением против оценки водорода как главной причины
образования нор гри определенных условиях сварки. Эги
еглоппя будут нами рассмотрены подробнее в следую-
щем разделе.
Наконец, в данном разделе необходимо кратко
осiniioiiiiTbcH па атомководородной сварке, качествен-
ное выполнение которой в свете высказанных положе-
ний может показаться невозможным. Известно, что
при этом способе сварки содержание атомарного водо-
рода в атмосфере дуги является наибольшим. Однако
действие любого газа надо рассматривать в связи с ус-
ловиями существования сварочной ванны, главными из
которых являются скорость охлаждения и длительность
существования в жидком виде. Сам процесс атомново-
лородной сварки позволяет регулировать в широких
пределах тепловую мощность дуги и нагрев металла
и направлении наиболее полного удаления водорода
из ванны.
Влияние азота. Основным источником азота при
снарке является воздух. В основном металле и элек-
тродкой проволоке содержание азота незначительно
(0,( 01—0,008% по весу в мартеновской стали, 0,014—
•0,02%—в бессемеровской стали, 0,008 — 0,016%—в элект-
ростали) [44]. Азот в стали и других сплавах железа
находится в виде нитридов, в твердом растворе, а также
в газообразном состоянии —в порах и в микропорах
144], [8]. Последняя форма нахождения азота в металле
подтверждается рядом исследований, при которых про-
изводился анализ газов, выделяющихся при механи-
ческой обработке стали под различными жидкостями.
Этот факт дает основание полагать, что при затверде-
вании стали имеет место выделение азота вследствие
разложения нитридов.
23
Особенно велико содержание азота в наплавленном
металле при дуговой сварке электродами марки Э-34
(0,12—0,20%). Поэтому при повторных наплавках на
такой металл необходимо считаться с высоким содер-
жанием в нем азота.
Азот может вызывать пористость сварных швов.
В пользу этого свидетельствует резкое уменьшение
растворимости азота при переходе стали из жидкого
в твердое состояние (рис. 1). Так же, как и в случае
других газов, выделение свободного азота в процессе
кристаллизации может вызвать образование пор.
Для подтверждения действия азота на пористость
нами была произведена наплавка на железо, содержа-
щее 0,04% углерода, голыми электродами из того же
материала. При такой наплавке должно происходить
значительное насыщение металла кислородом и азотом,
всегда имеющее место при сварке голыми или тонко-
покрытыми электродами (марка Э-34). При наплавке под.
флюсом последующего валика теми же электродами
наплавленный металл второго слоя получился весьма
пористым. Учитывая, что в металле наплавки содержание
углерода весьма мало и, следовательно, образование
окиси углерода должно быть незначительным, можно
заключить, что основной причиной образования пор
в данном случае являлось действие азота, находивше-
гося в значительном количестве в наплавке первого слоя.
Это подтверждается также несколько иначе постав-
ленными опытами Фаста [39] по наплавке валиков на
пластину из железа, практически не содержащего угле-
рода. Эти опыты показали, что при наплавке голым
безуглеродистым электродом количество пор практи-
чески не уменьшилось по сравнению с материалами,,
содержащими 0,1% углерода, что выгорание углерода
и образование СО играют второстепенную роль в об-
разовании пор.
И. И. Фрумин, И. В. Кирдо и В. В. Подгаецкий [41]
вводили различные газы в полость, в которой горит
дуга при сварке под флюсом. При введении 500 мл
смеси из 21% кислорода и 79% аргона на 10Э мм шва
был получен совершенно плотный шов. При введении
такого же количества воздуха, а также смеси из 79%-
азота и 21% аргона и сварке в одинаковых условиях,
был получен весьма пористый шов. Эти опыты на-
.24
unimio покн 1ЫН11ЮГ роль азота в образовании пор при'
iiltioMiriii4i<( кой снарке
II II кирдо |11| обратил внимание на то, что при
ннюмп I шн'( кой снарке зачищенных пластин из мало-
У1лгродн( гой ( тали па нормальном сварочном режиме
увеличение длины дуги, сопровождавшееся ростом
iHiiipioioMiiiH дуги от 31 до 52 в, вызвало резкое уве-
Hi'iei не содержания азота в атмосфере дуги (от 12
до И Г'"), причем в шве возникли поры. Это также сви-
че |ел1.( myei о значительном влиянии азота на обра-
loHHinie пор.
Гнкпм образом, можно считать доказанным, что при
( нарке (ie । а<>< гаючпой газовой или шлаковой защиты
М1ЧИЛЛП н ayie п сварочной ванне от действия воздуха
iiioi является основной причиной образования пор.
Борьба с проникновением азота в металл осущест-
клнспя путем защиты металла в дуговом промежутке
н сварочной ванне от воздуха, а именно — применением
кун топокрытых электродов, сварки под флюсом и га-
ншой защиты. В случае автоматической сварки под
флюсом азот частично проникает в зону дуги из воз-
душных промежутков между зернами флюса и пузырь-
коп воздуха в самих зернах. С этой точки зрения бо-
лее благоприятные условия сварки будут при примене-
нии стекловидных флюсов с более высоким насыпным
несом.
Большие зазоры в сварных соединениях являются
причиной подсоса воздуха и одним из возможных
источников проникновения азота в металл сварочной
имины, что особенно нежелательно при автоматической
( парке. Поэтому все средства борьбы с протеканием
металла в зазор, применяемые при этом способе сварки
(флюсовые подушки и т. п.), й повышение качества
<борки должны рассматриваться также как средства
борьбы с порами.
Влияние кислорода. Вследствие образования при
высоких температурах прочных соединений кислорода
с различными элементами, кислород не может вызы-
вать пор. Его роль в образовании пор, несмотря на
возможное значительное содержание в атмосфере дуги
при сварке является косвенной, так как кислород—это
составная часть одного из основных газов сварочного
процесса — окиси углерода.
25
ВЛИЯНИЕ СОСТАВЛЯЮЩИХ МЕТАЛЛА ШВОВ
МАЛОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ НА СКЛОННОСТЬ
К ОБРАЗОВАНИЮ ПОР
Многокомпонентность сплава и специфические осо-
бенности сварочного процесса делают задачу оконча-
тельной оценки влияния отдельных составляющих
металла сварного шва на его склонность к образованию
пор весьма сложной, тем более, что значительное вли-
яние оказывает способ сварки, ее тепловой режим,
состав обмазок, флюсов и т. п. Поэтому приводимые
в сварочной литературе отдельные данные не могут
быть перенесены без критического подхода на все слу-
чаи сварочной практики, т. е. рассмотрены в качестве
общих законов. Необходимо твердо помнить, что эти
данные находятся в тесной взаимосвязи с условиями
произведенных опытов.
Причины пористости сварных швов, выполненных
ручной дуговой сваркой, изучены в настоящее время
еще недостаточно. Для автоматической сварки под
флюсом получено больше экспериментального мате-
риала.
Работы И. И. Фрумина, И. В. Кирдо и В. В. Под-
таецкого [12], [41] показали, что при автоматической
сварке под кислыми флюсами повышение содержания
кремния в металле шва в пределах от 0,1 до 0,4%
уменьшает склонность к образованию пор. Интенсив-
ность влияния кремния зависит при этом от состава
применяемого флюса.
Данные этих же исследований, а также данные,
приводимые К. В. Любавским [19], указывают на поло-
жительное действие увеличения содержания марганца
'в металле швов, сваренных под флюсом, на их склон-
ность к порам, хотя имеются значительные расхожде-
ния в оценке интенсивности этого действия.
Опыты Е. И. Лейначука [41] по сварке под основ-
ным флюсом с большим содержанием плавикового
шпата (38%) показали, что присадка в шов алюминия
до 0,11% уменьшила склонность к образованию пор.
Такое же действие оказал титан (содержание до
Ю,05°/<) и ванадий (до 0,49%).
Сера при узком пределе, в котором эта примесь
обычно находится в стали и сварных швах, практически
26
пи имеет •iiii'u'Iiihi для образования пор. При большом
ипгрнацй1,|||1 металла серой, в том числе и местного
Kiij>Hi(Ti,|>i,i 011,1 может вызвать пористость повидимому
iii'/lWi "i,l‘ "’|1,||’|<>|'Ш1ия газов H2S и SO2, а также
«кУ|,,,'|||,н‘||ия вязкости жидкого металла.
(1>осф('Р не оказывает отрицательного влияния на
|<:||{ об этом свидетельствуют данные
II A, JliHir'HKoio |17].
О ро in углерода, являющегося источником обра-
lOHiiiiini <>|,т||Т1 yi лерода, было уже сказано выше.
II .|ц|< ночнице следует подчеркнуть, что возмож-
iiorni р''1 улпропанпя состава металла шва с целью
борьбы ' порами ограничиваются необходимостью по-
лушчшн 'HiuiMiuii.iibix показателей по другим важней-
шим ( ной'Iним шва — прочности, пластичности, склон-
ши in К "6pirioiniiiiiio трещин и т. п.
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
:на ПОРИСТОСТЬ ШВОВ
ВЛИЯНИЕ СПОСОБА СВАРКИ
В данном разделе сравниваются наиболее распро-
)"i|)iiin*ii|ll,ie 11 настоящее время способы дуговой сварки—
ручной» автоматической и полуавтоматической сварки
под (рднх'ом. Опыт применения автоматической сварки
пол фЛ1°сом показал, что при одинаковых составе
и чис г<’те поверхности основного и электродного ме-
тпллп *11(,т способ сварки обладает большей чувстви-
1РЛЫ|О(’11,10 к образованию пор по сравнению с ручной
г|41)|)1«,Й толстопокрытыми электродами. Это в значи-
гглыгой мере объясняется следующими особенностями.
Iip()||,l’<'f!l:
I. Iбольшой скоростью сварки и, следовательно,
болып,1ми» чем пРй ручной сварке, скоростями охлаж-
дения жидкой ванны (см. раздел „Влияние скорости
• порк1,1 У, Условий охлаждения11).
2. Образованием более глубокой, чем при ручной
гш1|>кс> жидкой ванны, особенно при однопроходной
<Ц|||)Ке листов большой толщины и связанным с этим
ухудпгением условий удаления газов.
3, Отсутствием возможности манипулирования ду-
27
гой, чем часто пользуется опытный сварщик по ходу
процесса для предупреждения образования пор на от-
дельных участках шва.
Производственный опыт применения полуавтомати-
ческой шланговой сварки и автоматической сварки тон-
кой (до 2 мм) проволокой, а также лабораторные иссле-
дования [3], [29] показали, что пористость при неблаго-
приятных условиях (наличие ржавчины и т. п.) при
указанных способах сварки значительно меньше. Причина
этого еще не вскрыта в достаточной степени. Она не мо-
жет быть объяснена мелкой грануляцией применяемого
при сварке флюса. В. В. Подгаецкий [29] показал, что при
одном и том же размере зерен флюса АН-348-Ш склон-
ность к образованию пор при автоматической сварке
больше, чем при полуавтоматической. Основной при-
чиной этого является, невидимому, большая длитель-
ность существования ванны жидкого металла при
полуавтоматической сварке, имеющая место при пони-
женных сварочных режимах.
Из сказанного отнюдь не вытекает, что в получе-
нии качественных швов преимущества остаются на сто-
роне ручной сварки. Зависимость качества шва от
личных особенностей работы сварщика, хотя и может
иногда оказаться полезной, является одним из корен-
ных недостатков ручной сварки. При правильно раз-
работанной технологии и строгом ее соблюдении ав-
томатическая сварка, исключающая прямую зависимость
качества шва от квалификации сварщика, обеспечивает
стабильность получения качественных швов. Широкое
внедрение автоматической сварки в промышленность
является поэтому одним из важных мероприятий пс
повышению качества сварных швов вообще и по борь-
бе с пористостью в частности.
ОБРАЗОВАНИЕ ПОР
ПРИ СВАРКЕ ПО ЗАРЖАВЛЕННОМУ МЕТАЛЛУ
Ржавчина является продуктом коррозии стали, т. е
процесса разрушения ее химическими и электрохими-
ческими агентами. Она не представляет собой какого-
либо определенного химического соединения. Состаь
и внешний вид ржавчины зависят от ее возраста и со-
става металла. Недавно образовавшаяся ржавчина имеет
И(рл1обурый unci и содержит гидраты закиси и окиси
железп. При увеличении возраста ржавчина темнеет,
и ни лип ее все более приближается к составу гидрата
iihiiiii железа ‘Л-'е/• 3112О. Окись железа может об-
I нои инти, несколько различных гидратов, поэтому в об-
щим виде формулу гидрата окиси железа можно за-
HiirtUT. и виде т |-’свОя • /г 11,0. В состав ржавчины может
11Кп/|цг|> 1икже гидрат закиси-окиси железа, например
|%(>4 • II.,О.
Iiikiim образом, ржавчина содержит в себе воду
и И11пчнтелы1ом количестве, повидимому, в форме кон-
। 1И1уцио|1по<1 попы. Содержание воды в гидрате окиси
железп !•'(•()• 11 ,<) составляет 20% по весу, а в гидрате
Ilina "I’* ‘ ;,1I/) 14,4%. Кроме того, следует учесть,
ню |1жп|1чнш1 обладает повышенной гигроскопичностью,
и iieiy.'ii.'inTc чего происходит непрерывное поглоще-
ние плпгн из воздуха, даже тогда, когда он не насы-
щен водяным варом.
Очевидно, что легче всего ржавчина отдает влагу,
поглощенную из воздуха, которая в значительной мере
иснпряется на некотором расстоянии от сварочной
ипнпы вследствие нагрева основного металла до тем-
пературы выше 100°. Конституционная вода удаляется
из ржавчины при значительно более высоких темпера-
турах, н поэтому при приближении сварочной ванны
К апржпвленному месту содержание влаги в нем еще
дпетнточно высоко. В процессе сварки происходит
iieci.Mii бурный вследствие своей кратковременности
процесс испарения содержащейся в ржавчине влаги.
I (ростым подсчетом можно показать, что объем обра-
зу нпцеюся пара во много раз больше объема воды.
Диже если не учитывать происходящей при высоких
температурах частичной диссоциации водяного пара, то
па основании уравнения состояния газов
pv = RT,
Где: р —давление (в кг!см2);
V—-объем моля (18г) водяного пара (в см3);
R — газовая постоянная моля пара, равная
82 кг см/град моль;
Т — абсолютная температура пара в градусах шкалы
Кельвина;
При р = 1 шпм и Т = 2773°К, р* 227СОО см3.
28
29
Это значит, что при температуре 2500° объем пе-
регретого водяного пара превышает объем воды
в 12600 раз.
На испарение воды и перегрев пара до температуры
2500° расходуется 31248 кал на один моль. Эта тем-
пература взята для ориентировочного подсчета, так
как примерно при ней происходит кипение жидкой
ванны; в столбе дуги температура значительно выше.
При высоких температурах сварочной ванны и осо-
бенно столба дуги происходит заметная диссоциация
пара, которая также протекает с поглощением тепла.
Таким образом, совокупность процессов испарения,
перегрева и диссоциации водяного пара ведет к ох-
лаждению ванны расплавленного металла и повышению
его вязкости. Все это вызывает ускорение кристалли-
зации металла и ухудшает условия выделения газов.
Хорошая растворимость водорода так же, как
и азота, в жидкой стали препятствует дегазации сва-
рочной ванны, когда она еще достаточно разогрета,
а малая их растворимость в твердом металле способ-
ствует выделению большого количества этих газов
в период кристаллизации сварочной ванны.
Таким образом, водород становится при сварке
заржавленного металла основной причиной образова-
ния пор.
В связи с наличием свободного кислорода диссоци-
ированный водяной пар является сильно окисляющей
смесью газов. Окисление железа водяным паром можно
представить реакциями:
Fe + H2OXFeO + Н2, (8)
3FeO + Н2О X Fe3O4 + Н2, (9>
2Fe3O4 + Н2О 3Fe2O3 -f- Н2. (W>
Высшие окислы Fe2O3 и Fe3O4 в железе практи-
чески не растворяются, однако при взаимодействии их
с железом образуется растворимая закись железа FeO.
Реакции (8), (9), (10) являются экзотермическими,
что определяет тенденцию смещения подвижного рав-
новесия вправо при понижении температуры.
Таким образом, благодаря наличию водяного пара
даже при хорошей механической изоляции металла
зо
И iyir и <впрочпой шише от воздуха (например, при
muoMiri пиеской сварке под флюсом) происходит доба-
uiHIIKie ок тление металла и снизанное с ним выгора-
ть углерода. Опыты 11. В. Кпрдо и В. В. Подгае-
цшни 112| показали, что наряду с увеличением коли-
щпиш водорода в атмосфере дуги при наличии ржав-
чины в lone сварки увеличивается и количество СО,
По н меньшей степени. Увеличение количества СО
и (nii.ui с общим увеличением объема выделяющихся
н дую пгов, а также уменьшение содержания угле-
poiiii и шве с увеличением количества ржавчины под-
1нгрж тки процесс окисления железа водяным паром.
Гнкую же роль шрает безводная часть ржавчины,
прет 1пплн1о|цая собой окислы железа. Вследствие-
1Ш1|11модгйстн11>1 с железом ванны и растворения в ней
они дополни гелыю окисляет ванну и приводит к доба-
вочному выгоранию углерода с образованием СО:
Fe3O4 4- Fe -* 4FeO. (11>
Чисть FeO переходит в шлак, а часть остается в ме-
11Ы1ЛС. Очевидно, что такое же действие оказывает
икилипп, остающаяся на металле после прокатки, го-
|И1'1СЙ штамповки и некоторых операций термообра-
ботки (например, отжига). В связи с этим очень важно
шить степень опасности, которую она представляет..
Современные электроды и флюсы для автоматической
сворки позволяют сваривать сталь при наличии на ней
iiHiKorn слоя сухой окалины без возникновения пор.
•то объясняется тем, что сухая окалина не содержит
кош тн гуционной воды и ее действие значительно сла-
бее, чем действие богатой влагой ржавчины. Кроме-
того, па прокатном металле толщина слоя окалины,
обычно невелика. По имеющимся данным, она нахо-
н.игся в пределах от 0,01 до 0.07 мм.
Опыты К. В. Любавского [19] наглядно показали,,
‘по при наличии ржавчины главной причиной образо-
вания пор является водород. В этих опытах при одном-
li том же сварочном режиме (ток 600—650 а, напря-
жение дуги 35—37 в, скорость сварки 32 м/час) и
флюсе ОСЦ-45 для появления наружных пор понадо-
билось ввести в шов порошкообразной окалины 1,4 г,
и ржавчины всего 0,6 г на 100 мм шва. По данным
1Н11)лнза, окалина в этих опытах имела следующий.
35.
состав: 68,0% Fe2O3, 30,5% FeO и 1,05% Fe, а ржавчи-
ша — 83,28% Fe2O3, 5,70% FeO и 10,70% H2O. Если пе-
ресчитать указанное выше количество окалины и ржав-
чины на содержание кислорода и водорода, то оказы-
вается, что 1,4 г окалины вводит в зону дуги и сва-
.рочной ванны 0,38 г (0,012 моля) кислорода, а 0,6 г
ржавчины вводит 0,21 г (^,№1 моля) кислорода и
0,007 г (0,0035 моля) водорода. Таким образом, до-
бавочное выгорание углерода, вызванное кислородом
влаги и безводного остатка ржавчины, имеет второ-
степенное значение для образования пор при сварке
по заржавленному металлу.
С действием сухой окалины необходимо считаться
и удалять ее перед сваркой только в случаях, когда
ее количества значительно, а именно, на деталях, про-
ходивших горячую штамповку или отжиг.
Все сказанное здесь о ржавчине и ее вредности в
полной мере относится и к ржавчине на электродной
’проволоке и влаге на металле, в обмазках и флюсах.
Борьба с пористостью от ржавчины идет по пути
предохранения металла от ржавления, очистки его
перед сваркой, а также разработки технологии сварки,
;менее чувствительной к наличию ржавчины. Именно
такое комплексное решение вопросов борьбы с пори-
-стостью может дать и дает успешные результаты.
Действительно, защита металла от коррозии возможна
только при его хранении и обработке в сухих, защи-
щенных от атмосферных осадков складских и произ-
водственных помещениях. Она практически не может
быть обеспечена при хранении металла и при работах,
лроизводимых на открытом воздухе. К последним от-
носятся сварочные работы в судостроении и на строи-
тельстве, область применения которых весьма велика
и еще более расширяется по мере внедрения цельно-
сварного мостостроения. С другой стороны, очистка
кромок перед сваркой значительно увеличивает трудо-
-емкость и стоимость работ. В отдельных случаях (за-
чистка в уже собранной конструкции) она не может
.дать желаемого результата, так как ржавчина заби-
вается в зазоры между свариваемыми деталями и с тру-
.дом удаляется оттуда.
Более подробно производственные меры по борьбе
с пористостью освещены ниже.
.32
|1О1'И( I (К II. 111*11 1 ПАРКИ ЗАГРЯЗНЕННОГО МЕТАЛЛА
При 11(>111<куратпоЙ смазке металлообрабатывающих
• Kiiiicon и нодьемпотрапспортпых устройств загрязняет-
ся металл смазочными маслами. Это загрязнение может
HiiiiiiiribCM уже после очистки металла от ржавчины.
Hiр i мпзочпыс материалы минерального происхожде-
нии являются продуктами последних стадий перера-
flOlKii нефти и по химическому составу представляют
«обой смесь тяжелых предельных и непредельных угле-
II>дороден. Содержание влаги в маслах ничтожно. Го-
priiiii* их возможно только за счет кислорода воздуха,
iiiii кик II составе минеральных масел кислород от-
। VH ।нус। Температура вспышки большинства мине-
|||Г11>цых масел находится в пределах от 135° до 323°,
1Н1< *но опп воспламеняются еще до соприкосновения
4'о । нпрочной ванной. Продукты горения масел пред-
ГГ/111ЛЯЮГ собой в основном окись углерода и пары
iio'iiJ. Обогащение парами воды атмосферы над сва-
рочной ванной и влечет за собой появление сильной
норнегости.
ПОРИСТОСТЬ ПРИ СВАРКЕ ПО ПРИХВАТКАМ
Уже первые опыты автоматической сварки под
«флюсом показали, что при выполнении прихваток
лектродами марки Э-34 (ГОСТ 2523-51) в местах при-
х ниток неизменно наблюдается сильная пористость.
1(ористости не бывает, если прихватки выполнены ка-
чественными электродами (для малоуглеродистой стали
мирок Э-42, Э-42А). При ручной сварке этими же
'лектродами наружной пористости в местах прихваток
обычно не наблюдается, независимо от применяемых
при прихватке электродов, что объясняется меньшей
скоростью процесса и большей длительностью суще-
ствования жидкой сварочной ванны при ручной сварке.
11ричина пористости при сварке по прихваткам, вы-
полненным электродами Э-34, заключается, главным
образом, в высоком содержании в металле прихваток
наота (0,12—0,20%). Повторное расплавление прихваток
сопровождается поэтому сильным газообразованием.
Гик как при применении электродов Э-34 в металле
hiнн резко увеличивается содержание кислорода (до
й 323 зз
0,15—0,30%), то имеет также место процесс образова-
ния и выделения окиси углерода. Однако, как было
показано выше, действие окиси углерода, как при-
чина пористости, очевидно, имеет второстепенное зна-
чение.
Металл, наплавленный электродами с толстыми по-
крытиями, содержит небольшое количество кислорода
и азота, которые близки к содержанию этих элементов
в нормальной мартеновской стали. Так, например, при
покрытии ОММ-5 содержание кислорода в металле
шва (по данным А. А. Алова [1]) составляет 0,05%,
а азота — 0,015%. Этим и следует объяснить отсутствие
пор при наплавках под флюсом на сварные швы, вы-
полненные этими электродами.
При изготовлении новых сварных изделий автома-
тическая сварка под флюсом по металлу, наплавленно-
му электродами Э-34, естественно, не применяется,
и необходимость в такой работе может возникнуть
лишь, например, при повторной наплавке изношенных
поверхностей. Хотя такие случаи становятся все более
редкими, покажем на их примере специальный способ
борьбы с порами, разработанный А. Е. Аснисом и
Л. М. Гутман [3]. Этот способ заключается в примене-
нии проволоки с повышенным содержанием углерода
(до 0,44%). Химический анализ наплавленного металла
показывает, что при этом происходит значительное
выгорание углерода из электродной проволоки. Так,
увеличение содержания углерода в электродной про-
волоке от 0,10 до 0,44% не изменило его содержания
в наплавленном металле (0,10%), а количество пор
резко уменьшилось. Это свидетельствует о том, что
углерод проволоки интенсивно выгорает в обогащен-
ной кислородом атмосфере дуги.
Наряду с отмеченным выше активизирующим воз-
действием кипения ванны на выделение газов (в дан-
ном случае в уменьшении пористости) значительную
роль играет, невидимому, повышение концентрации
окиси углерода в атмосфере дуги. При этом снижается
парциальное давление азота над жидкой сварочной
ванной, и облегчается его удаление из металла. Влия-
ние окиси углерода на величину парциального давле-
ния азота и водорода в атмосфере дуги и уменьшение
склонности к образованию пор будет сильнее, если
34
пцнп yi ii'piijin получнеия при пыгоранпи углерода
II принт u нгреписн капелек ри> плавленного электрод-
пи; н через дуговой промежуток.
нлпяпиг: ОБМАЗОК II ФЛЮСОВ
До IIIX Пор ври разработке состава электродных об-
мять вопрос об нх влиянии па восприимчивость свар-
ных 1ПНОВ к ржавчине па металле не изучался. В лите-
ратуре по снарке имеются отдельные указания на то,
чю илек I роды типа УОПИ-13 более чувствительны к
пн 1НЧ1НО ржавчины, чем электроды типа ЦМ-7 [35].
I Iiimii OI.I >111 ирон шедена проверка чувствительности элек-
tроток ;>ММ-5, ЦМ-7 и УОНИ-13/45 к наличию ржав-
чины па поверхности металла. При этом было установ-
ило, чю для указанной цели непригодна наплавка
пплпкон па плоскость, так как условия охлаждения
металла являются более благоприятными, чем при
пН1(>матнческой сварке под флюсом. Сварка тавровых
образцов позволяет полнее выявить чувствительность
•Лектродон к ржавчине. Еще лучшие результаты дает
нробп на излом шва таврового соединения. Такие про-
бы пока шли, что при наличии ржавчины электроды
М)| II1-13/45 дают внутренние, идущие от корня шва
поры. Имеются также отдельные наружные поры.
В вшах, выполненных при этих же условиях электро-
нами ОММ-5 и ЦМ-7, наружных пор не наблюдалось,
но были единичные внутренние поры.
При испытании электродов на склонность к образо-
1П1ПИК) пор нельзя, таким образом, ограничиваться только
цвет ним осмотром швов.
Установлено, что поры образуются при сварке
электродами, содержащими органические компоненты
(крахмал, декстрин), прокаленными при температуре
пыше 220° [14]. Повидимому, в данном случае проис-
ходит частичное разложение органических компонен-
тов, уменьшающее защитное действие этих электродов.
Кроме того, установлено, что повышенная влажность
'Лектродных покрытий также приводит к образованию
пор в сварных швах. Исследования, проведенные в Ин-
ституте электросварки АН УССР [40], а также иссле-
дования Н. Н. Крюковского [14], показали, что содер-
жание влаги в покрытиях до 4—5% является еще
а* 35
безопасным. Однако при изготовлении электродов не-
обходимо добиваться получения меньшей влажности,
так как покрытия электродов поглощают влагу из
воздуха во время хранения.
Рис. 5. Форма образца для испытания на восприимчивость
к ржавчине [19].
Большая чувствительность автоматической сварки
к ржавчине сделала необходимым включить в число
технологических характеристик флюсов их восприим-
чивость к ржавчине и образованию пор. К. В. Любав-
ским в ЦНИИТМАШ была разработана простая мето-
дика изучения этой технологической характеристики
флюса.
Сущность методики состоит в следующем. В про-
строганную на металле канавку (рис. 5) равномерным
по ее длине слоем вводится определенное количество
порошкообразной ржавчины. До опыта ржавчина хра-
нится в герметически закрытом сосуде во избежание
поглощения влаги из воздуха. За критерий оценки
восприимчивости флюса к наличию ржавчины принят
вес последней, приходящийся на 100 мм длины шва
и вызывающий образование наружной пористости
(рис. 6). Цифры на рис. 6 показывают количество вве-
денной ржавчины.
36
I |и ль-допиинс флюсов по ука-
’1111П10Й Mf'iH'liuie, npoii.'iiieAciiiioe
||Ц О Hill I IIIIIII.IX ибрпзпдх при
||Ц|||П1||ОПЫХ (|Г>щеу потребитель-
ниц i ипрнчных режимах, позво-
ДЙУ1 ироичнщ in сравнительную
ПНГПОу фл|01оп, I’nciipocTpaiicii-
П1«|и н ши ioiiiii.ee время флюсы
I)( 11 1г> и АН-348 способствуют
V MC'iiniiieiiiiio восприимчивости
। нпричной 1Ы1ПП.1 к ржавчине,
ф in в All 3-18 обладает несколь-
ко По.ТЫИей Ч VIIC'I вптслыюстью к
loiiHlHiiiiie, чем флюс ОСЦ-45.
I'luiiiiriiiiiiiiiiini и последнее время
11 ц< I и I у 11 >м электросварки АН
,У( ( I' улучшенная марка флюса
AII.'IIK-A отличается, наряду с
улучшением ряда технологиче-
iiiiix свойств, и меньшей воспри-
имчивостью к ржавчинепо сравне-
нию С флюсом АН-348. Для уяс-
нении прогресса, достигнутого
i прочной техникой в этом от-
ношении, достаточно сказать, что
>i in образования наружных пор
при снарке под широко применяв-
шимся и промышленности до
|'ЫК года флюсом АН-3 достаточ-
но ппедепия 0,16 г ржавчины на
|( мм шва. Тогда как в тех же
условиях наружные поры при
флюсе ОСЦ-45 появляются после
ннедеппя 0,4—0,6 г ржавчины на
UN.) мм шва.
I 'наработанные акад. К. К. Хре-
новым и Д. М. Кушнеревым ке-
рн мпвеские неплавленные флюсы
113| для автоматической сварки
понизали хорошие свойства в от-
ношении восприимчивости к ржав-
чине. Флюс Д-97 менее чувст-
вителен к ржавчине, чем флюс
Рис. 6. Ступенчатая проба на склонность к порам при введении ржавчины [41].
37
ОСЦ-45, флюс Д-70 и бесфтористые флюсы БФ-34 и
БФ-40 равноценны ему.
Многочисленные испытания флюсов различного со-
става, проведенные в Институте электросварки АН
УССР и ЦНИИТМАШ показали бесспорное благотвор-
ное действие входящего в состав большинства совре-
менных флюсов фтористого кальция CaF2 на воспри-
имчивость сварочной ванны к ржавчине. Первоначально
К. В. Любавский [19] объяснил этоявляние снижением
вязкости расплавленного шлака с соответствующим
увеличением газопроницаемости жидкого шлака над
кристаллизующейся частью сварочной ванны, что долж-
но, по его мнению, приводить к облегчению удаления
из металла окиси углерода, а также к усилению пе-
рехода закиси железа из металла в шлак. Таким об-
разом, эта трактовка вопроса базируется на признании
окиси углерода основной причиной образования пор.
Переход газового пузырька из жидкого металла в
шлак связан с уменьшением его скорости вследствие
большей вязкости и меньшей плотности шлака. Умень-
шение количества движения газового пузырька про-
исходит под действием силы, приложенной к нему со
стороны шлака и направленной внутрь сварочной ван-
ны. Это равносильно приложению к газовому пузырь-
ку дополнительного внешнего давления. Однако при
слабом сцеплении жидкого шлака с металлом это до-
полнительное давление не может сколько-нибудь за-
метно превышать давление столба вышележащего слоя
расплавившегося и порошкообразного флюса, которое
незначительно. Газопроницаемость жидкого шлака не
имеет в данном случае такого большого значения, как
для формовочных смесей в литейном деле. В послед-
нем случае недостаточная газопроницаемость приводит
к значительному повышению давления газов и затруд-
няет их удаление из отливки.
Указанная выше трактовка основной роли CaF2 во
флюсе не может быть согласована со следующими
опытными данными. И. В. Кирдо и В. В. Подгаецкий
производили сварку в герметической камере при по-
вышенном давлении [12]. При этом оказалось, что дав-
ление 0,4ати не увеличивает пористости, вызванной
искусственным введением ржавчины. По тем же дан-
дым, в шве, сваренном под очень вязким флюсом
38
0*>ы|||н и. нм) in 'О nyitt при темперпiуре поры
ОН уiLiiitinnill 11йМгп11Л1 я лишь внешний ппд ninii: пн
14 (I !IUP< pXlllit П1 11он1П1Л11Г1. углубления, предг|;1вляш-
inii ||>бп11 гн nr'iiii кп пузырьков гпж1, вышедших па
ilDhi'pKlidi in ннииы и пндержпппых шлаком
G npyinll <тороны, понижение вязкости paciriaivieii-
11111П ф lloi и Путем нпедеппи вместо плавиковою niii.i-
ifl .iiyiiitiu ll iiiimin не оказывает сильного влияния па
4 к innн<h i в К порам, хотя эффект снижения вязкости
при чом । пльнее |11|.
I iiioiM ortpiiioM, положительная роль плавикового
пинии ДО1ЖПП быть отнесена к связывающему дейст-
III1UI, hoiopo’ фюр оказывает в дуге на водород.
<> мм ин и и пне <П)| ) связывания имеются различные
пре'И inn шипи
II II кирдо и В. В. Подгаецкий [12] считают, что
»иободпый фтор, образовавшийся в дуге при расщеп-
ШН1П1 пиров фтористого кальция и фтористого крем-
ния, <оедппяек я с водородом с образованием фтори-
। ни о попорола 11F, обладающего высокой устойчи-
IIIB fi ю при температурах дуги и ничтожно малой по
I 1ШШНИК1 с водородом растворимостью в железе.
4 1|(111Ы111Гнпем температуры связывание водорода фтором
ш ni'iiiiiiieii я. В результате уменьшается количество
। пибодиого водорода и вызываемая им пористость шва.
Рпеемптривая этот вопрос сточки зрения процессов,
tipdiii ходящих в дуговом разряде, Д. М. Рабкин [31]
И1.1ГКП 1ЫШ1СТ следующее предположение. Согласно сов-
ременным физическим представлениям, водород раст-
иорпетгя в металле в виде протона, образующегося
при отрыве электрона от атома водорода. Фтор обра-
зует и дуге отрицательные ионы, являющиеся источ-
ник) im дополнительных электронов. Эти ионы препят-
< । пуки отрыву электронов от атомов водорода и таким
обрнюм уменьшают его растворение в металле.
Флюсы, содержащие значительное количество CaF2,
ч|блпд|||от некоторыми отрицательными свойствами —
Пониженной устойчивостью горения дуги и загрязне-
нием воздуха вредными газами. Поэтому возникла за-
И|ЧН повышения устойчивости горения дуги, а также
пи хождения заменителей плавикового шпата, не выде-
iflioimix вредных газов. Решение первой задачи вве-
шнпем в состав флюсов соединений щелочных и ще-
39
лочноземельных металлов — калия, натрия, кальция
(например, флюс ОСЦ-45А)— показало повышенную
склонность к образованию пор при сварке под такими
флюсами. Это объясняется следующим образом:
1. Введение натрия и калия снижает температуру
столба дуги, что уменьшает связывание водородафто-
ром. Возможно также частичное связывание фтора нат-
рием и калием [12], [10].
2. Водяной пар в дуге диссоциирует на водород
и газообразный гидроксил, не растворимый в жидком,
металле:
Н2О^Н + ОН. (12)
Пары щелочных и щелочноземельных металлов,за исклю-
чением магния, обладающего при высокой темпера-
туре меньшим средством к кислороду, чем водород
и кальций, разрушают гидроксил с образованием до-
полнительного количества водорода [31], [30]:
Са + ОН^СаО + Н. (13)
Полная замена плавикового шпата другими компо-
нентами в шихте для плавки флюсов пока не достиг-
нута. Уменьшение содержания этого компонента во
флюсах типа ОСЦ-45 с сохранением постоянной кис-
лотности путем замены его окисью кальция СаО>
привело к увеличению восприимчивости флюсов к ржав-
чине [20]. Такой же результат получается при умень-
шении содержания CaF2 во флюсе АН-348 [30]. Д, М. Раб-
кину [30] удалось повысить технологические свойства
флюса АН-348, в том числе и уменьшить восприимчи-
вость к ржавчине путем уменьшения содержания СаО
от 6,5—9,5% до 4%, CaFa—от 6—7,5% до 3,7—4,3%,. уве-
личения содержания MgO от 0,7—3,5% до 8,5—9-,5%-
и полного исключения щелочей (флюс АН-348-А).
Наиболее сложным является вопрос о влиянии кис-
лотности флюса. Установлено, что для опытных без-
марганцовистых флюсов с увеличением отношения
„ СаО + MgO
SiO2
(уменьшением кислотности) склонность к образованию
пор при сварке кипящей стали малоуглеродистой про-
волокой и наличии ржавчины увеличивается. При от-
iiiniiniimi II—1,1> норы получались лаже при чистом
Мини н1 |IU| II них опытах основность флюсов созда-
iiil пн l.. I iiihiiiiIm образом, за счет высокого содержания
I Hl • (УМ,,’) 13,2%) при примерно постоянном содержа-
нии I al „ (К,() 9,3%). Такое влияние кислотности флюса
It, II JliuAiini hull объясняет тем, что при увеличении
> |ин р>| iiiihii । пободпон S1O2 в шлаке происходит луч-
шей 111Н11.1П11П1Н' закиси железа и более полное раски-
। н пни mini.
< iptioh стороны, опыты, проведенные в институте
идсмро) iiiipi.li, показывают [41], что основной флюс
ин ниш SKX., 29,9% МпО, 10,3% СаО, 16,5% CaF2
II 3,1"» NnJ) обладает такой же восприимчивостью
к р idiiiHinie, как кислый флюс состава 49,6% SiO2,
'I, % Mui I, 13,7% СаО и 2,6% CaF2. Эти данные под-
t iiepih Пиот высказанное Д. М. Рабкиным мнение об
о|||||Ц1Г1ел||Пом действии окиси кальция на свойства
флннп и отношении образования пор и еще раз под-
•irpKiiiiiiioT важнейшую роль CaF2. И. И. Фрумин,
II, В. Кирдо и В. В. Подгаецкий считают [41], что
кремний играет роль передатчика фтора от флюса к во-
тприду и атмосфере дуги, так как при сварке подкис-
И.1МИ флюсами выделяется значительное количество-
ilrt'OplK'Wro кремния SiF4 вследствие реакции
2 CaF2 4- 3 SiO2 = 2 CaSiO3 Д S1F4. (14)
1|рн сварке под основными флюсами, невидимому
преимущественное значение имеет испарение CaF2.
II гик, роль фтора в борьбе с образованием пор-
в пш гоящее время более или менее ясна. Вопрос
о к. шпини кислотности флюса требует еще дальней-
lili'Hi изучения. Можно предполагать, что действие
кислотности флюса должно быть более значительным
u тех случаях, когда водород, как причина пористости,
иг1(Л1()'1иется и на первое место выступает действие
(>К1Н и углерода.
ВЛИЯНИЕ ПОЛЯРНОСТИ
В связи с увеличивающимся применением полуавто-
мгнпиеской сварки под флюсом большее применение
пцлучпет постоянный ток. Установлено, что при сварке
пн постоянном токе и обратной полярности пористость
iiiHoii уменьшается. Причина этого явления заложена,
несомненно, в сложных процессах, происходящих
41?
в мощной сварочной дуге и еще недостаточно изу-
ченных. Д. М. Рабкин связывает это явление с раз-
личными условиями растворения водорода в сварочной
ванне различной полярности [31]. Если ванна является
катодом (обратная полярность), вблизи нее имеется
избыток электронов. Основываясь на положении, что
водород растворяется в металле в виде заряженной
элементарным положительным зарядом материальной
частицы — протона, можно предположить, что избыток
электронов у катода препятствует образованию прото-
нов и, следовательно, растворению водорода.
Дальнейшее углубленное изучение процессов в дуге
приблизит нас к более полному решению вопроса
о влиянии параметров дугового разряда, в том числе
рода тока и полярности, на склонность металла шва
к образованию пор.
ВЛИЯНИЕ ДЛИНЫ ДУГИ
Значительное увеличение длины дуги при ручной
и автоматической электродуговой сварке приводит
к увеличению пористости. Удлинение дуги при ручной
сварке увеличивает продолжительность прохождения
электродного металла через дуговой промежуток, что
приводит к более интенсивному окислению и азотиро-
ванию металла. При сварке под флюсом увеличение
длины дуги приводит к увеличению количества рас-
плавляемого флюса и значительному увеличению со-
держания азота в атмосфере дуги. Азот, как это уже
указывалось ранее, поступает из промежутков между
-зернами и из самих зерен флюса.
Из сказанного не следует, что длина дуги во всех
•случаях должна поддерживаться минимально возмож-
ной. Оптимальная длина дуги определяется также ря-
дом других факторов, как-то: устойчивостью процесса,
глубиной проплавления, необходимостью получения
благоприятной формы шва и др. Она зависит также от
типа применяемого электродного покрытия. Например,
покрытия типа УОНИ-13 требуют применения наиболее
короткой дуги. Удлинение дуги при сварке электро-
дами этого типа приводит к плохой защите сварочной
ванны шлаком, отдельные участки шва оголяются, что
может привести к образованию пор.
|Н||||||||||‘ I 1<(1|‘(Н III < ВАРКИ и У( ДОНИЙ ОХЛАЖДЕНИЯ
Л in билри полного удаления газон п< сварочной
biililiH непОхидпмо, чтобы длительность ее пребывания
и минном пн ЮЯПНН была возможно большей. Нод
i ннулыни ii.ui пребывания металла в жидкой ванне
iiiiiiHMiiM।« и продолжительность нахождения металла
и IU4IHIX) |»п« положенных па оси сварного шва, в жидком
н.п iHiiiiiiii при установившемся тепловом процессе
(||*1|11<п I )пп II1IUICIIT от выделяющейся при сварке теп-
1ППОЙ мощпогтп, условий отвода тепла, определяющих
II ।ину । варочной ванны, и от скорости сварки.
Условия ошода тепла в атмосферу и окружающий
Mi’iit ы| определяются, главным образом, наличием шла-
iihbuII «iiiiiiiiы поверхности ванны, геометрическими
рнмигрнмп ।впрнваемых деталей, типом сварного сое-
miiiviniH н тсплофизическими свойствами металла (теп-
1 нпоподногтыо, теплоемкостью, удельным весом).
1'аар||ботаппая Н. Н. Рыкалиным теория тепловых
принтов сварки позволяет с достаточной точностью
рушить ряд вопросов технологии, в том числе и вопрос
и рпимернх сварочной ванны. По данным Н. Н. Рыка-
ilniii и К. В. Любавского [33], а также И. А. Липе-
ilhiiio |16], приближенно можно принять, что длина
||||||Ц|>1 пропорциональна напряжению U и величине тока
/ душ:
7 l = kUI, (15)
I де к коэфициент пропорциональности, зависящий от
условий сварки (рода тока, полярности на электродах,
«шклопа электрода к изделию, типа флюсов и обмазок,
1ПЛ1ЦПНЫ металла и т. д.) и выраженный в миллимет-
рах ни патт.
I In основании зависимости (15) можно определить
мятпмальное время пребывания металла в сварочной
«1Й1ПЮ /млх:
, IklJ Г
/мах = -7 = -уу“ сек, (16)
I in ч — скорость сварки (в мм'сек).
Вне зависимости величины k от конкретных усло-
ш1Й сварки, на основании уравнения (16) можно сде-
411'11. следующие выводы:
I. Увеличение скорости сварки при неизменной теп-
‘пшой мощности источника тепла приводит к умень-
42
43
шению длительности пребывания металла в сварочной
ванне и, значит, к увеличению склонности к образо-
ванию пор.
2. Для борьбы с образованием пор при увеличении
скорости сварки необходимо увеличить мощность дуги.
Так как увеличение напряжения дуги сверх оптималь-
ного является в отношении порообразования фактором
неблагоприятным, увеличение мощности дуги должно
производиться, главным образом, за счет увеличения
сварочного тока.
Влияние увеличения скорости охлаждения вслед-
ствие теплоотдачи в металл и окружающую среду ана-
логично влиянию увеличения скорости сварки. Поэтому
в начале шва, когда тепловой процесс сварки еще не
установился, имеет место значительный перепад темпе-
ратуры от шва к основному металлу и усиленное ох-
лаждение шва. Вследствие этого при недостаточной
мощности источника тепла (дуги, газовой горелки) или
при неправильном манипулировании источником тепла
в начале шва часто образуются поры.
Опыты по автоматической сварке под флюсом АН-3
на морозе показали определенную тенденцию к уси-
лению пористости с понижением температуры [22].
Однако современные флюсы вполне допускают сварку
на морозе без образования пор, так как сочетание их
свойств с увеличением мощности дуги и уменьшением
скорости сварки может понизить температурную гра-
ницу начала образования пор ниже любой, практически
возможной низкой температуры ведения работ.
Точно так же недостаточная тепловая мощность
дуги при сварке толстого металла может привести
к образованию пор. С этой точки зрения в неблаго-
приятных условиях находится первый слой многослой-
ного шва, который по этой причине, а также благодаря
большой склонности к образованию трещин необходимо-
выполнять, поддерживая достаточный для удаления1
газов тепловой режим.
ПОРИСТОСТЬ ШВОВ ПРИ ГАЗОВОЙ СВАРКЕ
При газовой ацетилено кислородной сварке имеет
место частичное растворение водорода в сварочной
ванне. Этот процесс тормозится меньшей степенью»
Il< I 1>ИtIHIIIIII МО 'В'КУ JDIpllOI (I |1О.ДПрО/||| К I II ЮНОМ 11'111-
MBHII, IIIIIIIH.il llltIH IOMIIO|III I У pil которою ГОГГ11НЛЯ0Г
U|HIM«’|i»io illliO .1150", При пой темпера гуре и атмо-
i|]ii|iIHiM inn iriiini i leiiein. niircoiiii.'iiiiiii водорода pnnii.i
U(w4*| li li> время кик при луговой снарке степень
tn11 <i)iHi)HUЦ Mojiiipoiiii и столбе дуги достигает' 11,97.
Крпмн Tin ii, him npoiieci газовой сварки даст большую
Hilly |Н11О|ренп основного металла с малым в резуль-
Iflir uiiiio персппдом тепла от шва к основному мс-
1Я IIV и сопровождается замедленным охлаждением
Mi fil l in шин I Ipin и (.очный металл вводится непосред-
iih шн> в жидкую вишу, и ею расплавление не со-
11р||||||ждпг к н капель ним переходом через газовую
• pp'IV, lull» при ivronoil снарке по методу Славянова
<мгin । iliMci кпм тлектродом). Поэтому правильная тех-
llllliil iliilpliii и эффективная газовая защита от действия
iiuiiyxii обеспечивают хорошую защиту от насыщения
iiiiiiMH и । отлают условия для наиболее полного уда-
Ii iiiih П13ОП образовавшихся в самой ванне и посту-
iiiiitiniix н нее извне.
Ill ГУ Шествующих способов газовой сварки правая
и р1<н 1.Н('1 п этом отношении наибольший эффект, так
। ш< при юм способе пламя горелки направлено на
шин, in H.IIIIIIHIC расплавленного металла замедляется,
II МСТплл полисе изолирован от воздуха
llnpyiiieiiiie защиты металла от воздуха, а также
нормп. ii.itoi о для данного материала соотношения газов
и ниппой I меси приводит к нарушению правильного
цачгпнн реакций в сварочной ванне, усиливаются ре-
iihlinii, снизанные с газообразованием. При сварке стали
||лимя с избытком кислорода или с избытком ацетилена
।пдейстнусг усилению реакции образования окиси уг-
iupri/i,n ii металле, что при недостаточно благоприятных
V iiiniiiix остывания металла и выделения газов приво-
П11 к образованию пор. При сварке без специальных
ф.тюсон выделение газов может быть заторможено из-
бы точным содержанием кремния в основном или при-
1ИДПЧ11ОМ металле. Пористость может быть также вы-
Унпнп ат рязнением проволоки серой.
Отмоченные выше причины пористости, связанные
с рпдличпого рода поверхностными загрязнениями ос-
новного и присадочного металла в полной мере сох-
|niioiior свое значение и для газойой сварки.
44
45
Значительная пористость при газовой сварке может'
быть вызвана сильным перегревом сварочной ванны
и быстрым ее охлаждением.
Таким образом, важнейшими условиями получения
плотных швов при газовой сварке являются правиль-
ный состав газовой смеси и такая техника сварки, при
которой осуществляется полная и непрерывная защита
расплавленного металла от действия воздуха и замед-
ленное охлаждение сварочной ванны.
ПОРИСТОСТЬ ПРИ СВАРКЕ В СРЕДЕ
ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ
Как уже было указано, чистые инертные газы не
могут быть причиной образования пор в сварных швах.
Поэтому для сварки различных металлов требуется
более или менее высокая чистота технических инерт-
ных газов. А. Я- Бродский [4] приводит следующие
данные о влиянии примесей в инертных газах. Присут-
ствие в гелии углеводородов недопустимо. При содер-
жании в нем водяного пара или водорода в количестве
0,2—0,3% образуется значительная пористость. При-
меси азота уменьшают скорость сварки, и поэтому его
содержание в техническом гелии не должно превы-,
шать 1,8%. Установлено, что содержание влаги в тех-
ническом гелии увеличивается по мере снижения дав-
ления в баллоне. При появлении пор в швах необходимо
сменить баллон.
Наибольшее ограничение для технического аргона
накладывается по водороду (не более 0,1%). Количество
допустимых примесей азота и кислорода зависит от
рода свариваемого металла. При сварке нержавеющих
и жароупорных хромоникелевых сталей допускается
содержание азота до 18%, кислорода до 1%, углекис-
лого газа до 0,2%, воды до 0,5%. При сварке алюми-
ниевых и магниевых сплавов количество примесей должно
быть минимальным (водорода не более 0,01%, азота не
более 0,2%, кислорода не более 0,003%).
Кроме водорода, причиной образования пор при
сварке углеродсодержащих сплавов является также
окись углерода, образующаяся под действием кисло-
рода, содержащегося в газе. При сварке в среде инерт-
ных газов флюсы не применяются и поэтому не про-
46
•ПН11>н|| Ш иуи । ni'iiiinro piicKinvieiiiiH металла. Для
г iHip'iMii, н тикже дли борьбы с окислением
ЙНМ1Н11ШII11'И iikiniiii стппопнтся необходимой защита
*г |*iilildll ( К'1'iiiii.i тип от действии воздуха.
loMllilhil ' мирки (скорость, расход газов, расстоянье
о| uiii,iii I'upiviKii до поверх пости свариваемых листов,,
ни UHiiioliir lipin пдочпого металла и горелки) должна
Пып. iiiKufl) 'Инбы обеспечивалась наиболее эффектив-
iiilii пиши и мгтилли от воздействия воздуха. В част-
ной II, поток In in должен направляться на поверхность
ри< и И1пл1чп1"| о металла. С увеличением скорости сварки
iioi i6 д 11 ц н mi 1 VI'” । н <i и нит ь расход газа.
IHH'MI н»1 и» 111*11 ЛТОМНОВОДОРОДНОЙ СВАРКЕ
I HiUlliiiMH причинами возникновения пор при атом-
нннпдпрпдной снарке являются: чрезмерная подача во-
HipiHiu и ненрвипльная техника сварки, при которой
CMHpo'iiiiiii нпппп находится в расплавленном состоянии
1|иД|>сти(очное время. Так как при этом способе сва-
рпнпСМЫЙ металл не включен в цепь электрического*
KIKH („коспеннпя дуга"), горелка может быть отведена
in । мнричной панны без обрыва дуги. В результате
poiiiorn iinpyiiioiiiiH нормального расстояния горелки
о гпнрочпоЛ ванны может быть нарушена газовая за-
при а металла. Поэтому горелку нужно отводить от
lliHii медленно, до затвердевания металла. Для атом-
||<1М(1Л(|родной сварки остаются, таким образом, в силе
('ШЛлнные ранее указания о необходимости эффективной"
liinitioft защиты сварочной ванны от действия воздуха..
ПОРИСТОСТЬ ПРИ СВАРКЕ СПЕЦИАЛЬНЫХ
МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
ПОРИСТОСТЬ ПРИ СВАРКЕ ЧУГУНА
ОДНИМ из затруднений, с которым приходится ветре-
4111 in а при сварке чугуна, является пористость наплав-
1(4111010 металла. Основной ее причиной является вы-
lopiiiiiie углерода, сопровождающееся обильным выде-
.К'ннем окиси углерода. Для полного выделения этого
Iпчи ия сварочной ванны необходимо иметь большой
ибЫ’М металла, находящегося одновременно в расплав-
шнпом состоянии, и сохранять его длительное время
47Г
в этом состоянии. Этим объясняется, что наиболее
плотные швы получаются при горячей сварке. При
этом способе объем жидкого металла достигает нан
большей величины (иногда до 150 мл).
Перегрев ванны и быстрое ее охлаждение в то
время, когда еще происходит интенсивное выделение
газов (жидкая ванна „играет"), приводит к получению
пористого металла. Поэтому, если ванна по каким-либо
причинам подверглась сильному перегреву, необходимо
медленно охладить ее, незначительно нагревая жидкий
металл и прилегающие участки; когда ванна полностью
успокоится, нужно прекратить подогрев и медленно
охладить заваренное изделие.
При дуговой сварке выгорание углерода и газообра-
зование усиливаются с увеличением длины дуги. При-
менение специальных обмазок позволяет ограничить
доступ кислорода к металлу, уменьшить газообразова
ние и замедлить остывание шва. Получение плотного
металла при холодной сварке чугуна электродами с
тонкими стабилизирующими покрытиями является не-
возможным (мы не рассматриваем здесь другой поло-
жительной роли специальных обмазок, заключающейся
'в уменьшении отбела металла шва и подкалки ме
талла в зоне термического влияния).
При холодной сварке чугуна медным электродом
< обверткой из жести или по способу стахановца
А. Г. Назарова — комбинированным пучком стальных
и медных электродов — причиной образования пор
являются также факторы, вызывающие пористость при
сварке меди (см. раздел „Пористость при сварке меди
и ее сплавов"). Для устранения пор в этом случае не-
обходима интенсивная шлаковая и газовая защита ме-
талла от окисления. А. Г. Назаров усиливает газовую
защиту бумажной обверткой пучка электродов, либо
вводит в состав пучка в качестве раскислителя латун-
ную проволоку [25].
ПОРИСТОСТЬ ПРИ СВАРКЕ ЖЕЛЕЗОКРЕМНИСТЫХ
СПЛАВОВ
В Советском Союзе находят применение химически
стойкие отливки из высококремнистых сплавов желез,'!
типа ферросилида (14,5—18,0% Si, 0,30—0,8% С, 0,3—
0,8% Мп, около 0,1% Р, около 0,07% S и околи
I All* И lllTIlX.IOptl, II t III Hill KOIlipQI I) IIXlHIHI' 111КЖ1»
1 1,1* Ml rlllfljirilf», ) I II I'llJIllIII.I XlipilKTcpiliyiOICII llll-
HHlIlfMlllltlM < ИНГрЖИПИСМ I II Kill, ( K.'ll III III H I |.|l 1 жидкого
Mr nil ill I. i о i« >i и u.'ioi ti.i - и и и > и быстрым аагнерцеваппем
н Mil чин lipoMioii v rio! температур (20—25").
I hi 1ПППЫМ шт леион,чиня К 11. Ващенко [5|, при
й1Н< p и imililli фгрро< плпда количество газон, выдсляю-
nl.il । и и । жидкого металла, составляет в среднем 1,17 мл
пй 1<И1 f мигйл hi. В состав выделяющихся газов вхо-
И1| и in шишом нодород (80—82%), а также азот
I • IU%), i»iiHcii углерода (3—8%), метан (2—4%) и
I и hili II ill I I I (no I %)
111 к oni ч। и 11i.i<> исследования по сварке указанных
iiiiiiiiiiii |П|, [211 пики шли значительные затруднения в
iiii'iV'll’lllin пни пы х шпон. Электросварка тонкопокры-
НМП МРКтроднмп тою же состава, что и основной
и ifiii при обычных режимах и технологии, обеспечи-
iiflmiiiiix получение плотных швов при сварке мало-
VI iupti,/ilii гой стали, для ферросилида и антихлора
РСеГДП дпет пористый шов. При этом поры, как пра-
iili.id) ригиолиппотся у основания валика, что лишний
рн । Поп гнерждаст большую насыщенность металла
I dllMlI,
При । парке угольным электродом и обычной техно-
пи ни пористость получается несколько меньшей, а при
11|чипоЛ («арке на обычном режиме —еще менее выра-
iiwHiliin, чем при сварке металлическим электродом.
I liiiiUTKii применить различные толстые покрытия при
обычной технологии не увенчались успехом — получить
плотный шов не удавалось.
Причинами пористости здесь, повидимому, являются:
I) большая насыщенность металла газами (главным
обрнзом, водородом);
'.') большая газопоглощающая способность жидкого
мнтмллн;
Я) малый промежуток затвердевания металла;
4) in медленное выделение газов из жидкого металла.
После многочисленных опытов плотный наплавлен-
ный металл удалось получить путем установления спе-
* Состав ферросилида приведен по предельным (нижним и верх-
п!< «Од качениям для обеих марок (С-15 и С-17) согласно ГОСТ
I ,'1'Л
49
циального режима сварки. Для получения плотного
шва сварку необходимо вести по режиму, обеспечи-
вающему хороший прогрев кромок до начала присадки
'металла электрода или присадочной проволоки, вы-
держку металла в жидком состоянии при температу-
рах, близких к затвердеванию \ и медленное охлаж-
дение наплавки.
При сварке металлическим электродом опытный
сварщик, манипулируя электродом, может поддержать
этот режим посредством прогрева кромок длинной ду-
гой, наплавки металла короткой и нормальной дугой
и последующего выдерживания металла в жидком со-
стоянии путем прогрева длинной дугой. По аналогич-
ной схеме следует вести процесс и при сварке уголь
ным электродом.
При газовой сварке сначала прогревается основной
металл, затем наплавляется присадочный металл, и
после некоторого поддержания жидкой ванны при
температурах, близких к затвердеванию, путем обо-
грева металла скользящим пламенем дается медленное
охлаждение.
Газовая сварка позволяет наиболее легко выдержать
необходимый режим. Однако и при газовой сварке
неправильный режим вызывает пористость металла
шва. При недостаточном прогреве кромок поры распо-
лагаются у основания шва, при перегреве жидкой
ванны весь металл шва получается очень пористым
(рис. 7).
Таким образом, опыт сварки железокремнистых
сплавов, содержащих значительное количество водо-
рода, указывает на весьма важную роль технологии
и техники сварки, обеспечивающих хорошую дегаза-
цию жидкого металла.
ПОРИСТОСТЬ ПРИ НАПЛАВКЕ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ
Быстрорежущие стали содержат значительное ко-
личество углерода. Так, сталь марки РФ-1 содержи!
0,70—0,80% С, а сталь марки ЭИ-184—0,8—1%. При
наплавке инструмента из этих сталей причиной пори-
1’пг. 7. Влияние режима сварки па пористость швов при
сварке ферросилида.
н iitiin, ныполненный при правильном режиме газовой сварки (металл
Hi па няшный); б—жидкая ванна при газовой сварке сильно перегрета
(ивгпчл шни весьма пористый). В обоих случаях двухсторонний шов по-
ifii hin с усилением (верхнее фото) и после шлифовки (нижнее фото
1 На поверхности жидкой ванны должна сохраняться пленю
двуокиси кремния.
50
стости является окисление металла шва и выгорание
углерода. Для наплавки этих сталей имеет большое
значение техника и технология сварки. Для получения
плотной наплавки необходима защита сварочной ванны
от действия воздуха и применение ванного способа
наплавки.
Указанный способ заключается в следующем. На-
плавляемая поверхность, искусственно или естественно
огражденная со всех сторон, образует основание ванны
жидкого металла. В начале сварки ванна должна быть
образована на всей площади основания и затем, до
конца наплавки, должна находиться в жидком состоя-
нии. Обрыв дуги или отвод газовой горелки должен
производиться только после прекращения кипения ме-
талла, когда поверхность ванны станет спокойной.
Такой способ сварки дает необходимый тепловой ре-
жим для наиболее полного удаления газов из жидкой
ванны.
ПОРИСТОСТЬ ПРИ СВАРКЕ МЕДИ И ЕЕ СПЛАВОВ
При оценке склонности наплавленного металла при
сварке меди к образованию пор необходимо учитывать
следующие факторы:
1) повышенную растворимость водорода в жидком
металле по сравнению с его растворимостью в твердом
металле;
2) повышенную склонность к окислению;
3) высокую теплопроводность металла, способствую-
щую быстрому охлаждению шва.
Наличие растворенной закиси меди Си2О в расплав-
ленном металле увеличивает его вязкость и приводи
при наличии растворенного водорода к реакции
Н2 + СиаО = 2 Си + Н2О, (17)
сопровождающейся интенсивным выделением водяного
пара. Примесь серы приводит к образованию сернис
того газа.
При сварке меди большое значение имеет степей
раскисленное™ основного металла, применение раскис
лителей и правильный тепловой режим. Задача раскис-
ления меди является наиболее актуальной также потому
что раскисление способствует уменьшению хрупкого
сварного шва.
11 рп меняем ня при сварке меди в качестве флюса
ЯУрП Я' должна содержать кристаллизационной воды.
При (цирке латуни образование пор связано, глав-
ным tiftpn.ioM, с испарением цинка, т. е. пористость не
мн |мг'Ц'»| гн юной. В данном случае необходимо макси-
мц 1i.ini предотвратить потери цинка из сплава путем
У । MipPHliH процесса сварки и применить при газовой
। парки окислительное пламя, создающее защитную
н шину окиси цинка на поверхности сварочной ванны.
При снарке оловянистой бронзы также происходит
tn linpriiiie олова, вызывающее образование пор. Однако
। пцгржнппе олова в сплаве относительно невелико.
II oirci. становится существенной газовая пористость,
прогни которой принимаются такие же меры, как и при
।парне меди. При газовой сварке окислительное пламя
Но допускается. Так как алюминий уменьшает раство-
римость водорода в меди, полезно в состав присадоч-
ной проволоки вводить алюминий.
Сплав меди с никелем (мельхиор) обладает большой
(нособпостью к газопоглощению, что объясняется
ininiiiiicM никеля. Применение специальных обмазок,
i|uiKicoH позволяет получить удовлетворительную плот-
ное и. сварных швов на мельхиоре при дуговой и ra-
il шой сварке.
ПОРИСТОСТЬ ПРИ СВАРКЕ АЛЮМИНИЯ
И ЕГО СПЛАВОВ
11ри сварке алюминия и его сплавов имеются сле-
дующие неблагоприятные в отношении образования
Пор факторы:
I) повышенная способность жидкого алюминия к
поглощению водорода и чрезвычайно резкое падение
ригтиоримости водорода при переходе металла в твер-
<0' состояние;
) значительное содержание газов в отливках из
Алюминиевых сплавов, в особенности при их плавке
н Сизовых печах и отливке во влажную землю [13];
.4) небольшая плотность жидкого металла умень-
ШПЮщая скорость всплывания газовых пузырьков.
Главной причиной образования пор при сварке алю-
миния является водород. Источниками водорода в сва-
рочной ванне являются: влага, адсорбированная по-
52
53
верхностной пленкой металла из воздуха; остаточная
влага флюсов или обмазок; водород, находящийся во
внутренних порах основного металла; водород газового
пламени или газов при дуговой сварке.
Окись алюминия является весьма гигроскопичной.
Весьма гигроскопичны также флюсы и обмазки, при-
меняемые при сварке алюминия и его сплавов. Поэтому
флюсы должны сохраняться в герметически закрытых
сосудах. При дуговой сварке металлическими электро-
дами с обмазками необходимо производить прокалку
электродов при наибольшей температуре, еще допус-
кающей сохранение целости покрытия. Эта температура
зависит от состава покрытия, главным образом, от на-
личия в его составе летучих или легкоплавких состав-
ляющих. Обмазку электродов и их прокалку удобнее
производить перед началом сварки.
В заключение отметим, что образование хлористого
алюминия в результате реакций между флюсом и
окисью алюминия, а также искусственное введение его
в сварочную ванну играет, повидимому, положитель-
ную роль в отношении дегазации сварочной ванны.
В металлургии дегазация алюминиевых сплавов произ-
водится обработкой их хлористыми солями цинка,
титана и алюминия. Дегазирующее действие этих со-
лей объясняется интенсивным испарением хлористого
алюминия, который возгоняется при 183е. Парообраз-
ный хлористый алюминий, удаляясь из жидкого ме-
талла, увлекает за собой водород, что сходно с про-
дувкой металла инертным газом [13].
ВЛИЯНИЕ ПОРИСТОСТИ НА ПРОЧНОСТЬ
И МЕТОДЫ ВЫЯВЛЕНИЯ ПОР
ХАРАКТЕР РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОР В НАПЛАВЛЕННОМ
МЕТАЛЛЕ
Количество пор, их размер и расположение в шве
могут быть различны в зависимости от причин, обус-
ловивших их возникновение. Поры могут быть распре-
делены в металле сварных швов равномерно, отдель-
ными группами, в виде цепочки вдоль шва и в виде
единичных включений. По сечению шва поры распола-
гаются либо у его основания, либо по линии сплавле-
154
ИНН < III ИОННЫМ МГ||1Л.'Н»М, и иногда нронн.п.иинот всю
in ilii V Шип
I'fliiliOMijpiiiiii пори..и. (pin. 8) обычно наблю-
ййнни при ши loiiiiiio действукнцнх факторах тсхполо-
l ii>int ши и iipiiiieii i свирки (загрязненный металл, пека-
ir* i|ii’lilli.H' 1,1 chiроды и флюсы и т.п.).
Рис. 8. Равномерная пористость.
I imiiioiioe расположение пор обычно связано с ме-
। П1ЫМП пиру тениями нормальных условий технологи-
щ i holo процесса, например: в начале шва, при обры-
hfl. nyi и и кратерах, при случайных удлинениях дуги,
при пн y ii'Tiiiiii сплошного слоя обмазки, местных за-
I pH 1ЦИ1111ЯХ II т. п.
I'm пределение пор в виде цепочки вдоль шва
(pili U) наблюдается в тех случаях, когда газообраз-
1'нг. 9. Расположение пор цепочкой вдоль шва [42].
iii.m продукты наиболее интенсивно проникают по оси
Hinn, например, при подсосе воздуха через зазор между
громкими, а также в ряде других случаев.
Гпппнчпые поры образуются при случайных откло-
iiPiiiiMX от нормальных условий сварки.
Pin положение пор у основания валика или корня
hiнп (рш . 10) имеет место в случаях повышенной на-
55
Рис. 10. Расположение пор по границе сплавления.
Рис. 11. Поры пронизывают весь шов:
вверху-внутренняя пористость [21]; внизу—поры б виде свищей выходят:
на поверхность [9].
11<||Цг|||||и гп газами основного металла, особенно при
|>Ы(?гром охлаждении сварочной ванны (наплавка отдель-
ными циклями, наплавка маломощным источником тепла
hi хплодн1.1н металл большого сечения). Такой же ха-
piiiiirp расположения пор может быть обусловлен по-
Uiaiilrinii.iM газообразованием у основания шва.
I 'н кнпвая пористость, пронизывающая всю толщу
Hinn (рис. 11), связана с газообразованием наибольшей
1НШЧ11 нпности, например, при автоматической сварке-
lio яп ржи вл сипом у металлу.
ВЛИЯНИЕ ПОРИСТОСТИ НА ПРОЧНОСТЬ
СВАРНЫХ ШВОВ
I пк как поры в сварных швах часто являются
внутренним, скрытым от глаз наблюдателя дефектом,
весьма важно знать, какое влияние они оказывают на
прочность сварных швов. Эго позволяет в каждом
конкретном случае установить пределы пористости по
количеству пор и их распределению в шве, которые
Р1ЦР могут быть допущены при приемке сварных кон-
I(рукций.
11пличие пор уменьшает рабочее сечение шва, в
нпяульт'яте чего снижается его механическая прочность.
(Уменьшение прочности при статической нагрузке за-
висит от количества и размера пор, их вида и харак-
ir’pii расположения. Небольшое количество шаровид-
ных пор, равномерно распределенных по сечению шва,
nidi.илнает незначительное влияние на прочность шва.
I (поборот, расположенные в строчку вытянутые поры,
ссобепио проходящие через всю толщу шва, свищи
рмлко уменьшают опасное сечение шва (рис. 12). Сле-
I!уст заметить, что пористость дополнительно снижает
придел прочности швов, выполненных электродами
Мирки Э-34, низкие механические свойства которых,
и in ионном, зависят от высокого содержания в металле'
iliiui кислорода и азота. Это видно из различия в удель-
ном носе металла, наплавленного электродами Э-34 и
• •Г.’, «Удельному весу металла, наплавленному электро-
дпмн Э-34, равному 7,5—7,6 г)мл, соответствует умень-
1Ы< пне рабочего сечения стыкового шва по сравнению
। плотными швами на 3—5%.
Гпзоиая пористость заметно снижает пластичность
57
Рис. 12. Схема газовых пор
(свищей), расположенных в
строчку, пронизывающих
металла. Особенно отрицательно действуют норы ш<
прочность сварных соединений, работающих при удар-
ных и особенно знакопеременных нагрузках. Как
известно, при таких нагрузках концентрация напряже-
ний оказывает существенное влияние на прочность,
особенно заметно снижая предел усталости металла'
Поры, хотя и в меньшей сте-
пени по сравнению с другими
видами дефектов сварных шпон
(трещины, непровары, шлако-
вые включения), являются ис-
точником местной концентра-
ции напряжений. Поэтому,
естественно, что наибольшим
пределом усталости обладают
плотные швы, полученные при
автоматической сварке под
флюсом и ручной сварке элек-
тродами с толстым покры-
тием. Металл таких швов в
этом отношении равноценен
основному металлу. Швы, вы-
всю толщу шва и резко полненные электродами марки
снижающих его прочность. Э-34, обладают низкой виб*ра_
ционной прочностью, причем
испытания на усталость дают большую неоднородность
результатов. По данным Г. А. Николаева и А. С. Гель-
мана [26] испытание стандартных стыковых образцов
из малоуглеродистой стали на знакопеременный изгиб
< симметричным циклом дали предел усталости при
электродах Э-34 от 8 до 13 кг 1мм2, причем наибольшие
значения (12—13 кг/мм2) были получены после пред-
варительного отбора образцов, включавшего рентгенов-
ское просвечивание.
Предел усталости малоуглеродистой стали составляет
ют 45 до 55% ее предела прочности, т. е. примерно
в два раза выше приведенных значений.
Исследования С. Т. Назарова [24] показали, что
ударная вязкость сварного шва падает с увеличением
размера газовых пор в направлении толщины шва.
Вызываемая наличием пор местная концентрация
напряжений оказывает также отрицательное влияние
на результаты испытания сварных образцов на загиб
огласно ОСТ 7687. Это испытание является одним из
юновных при проверке квалификации сварщиков и
даче ответственных сварных изделий. Особенно вред-
юе действие оказывают поры в растянутой зоне шва.
’фактика показывает, что поры, наряду с другими
дефектами шва, являются очагами разрушения, в ре-
зультате чего угол загиба образца падает ниже нормы
паже при удовлетворительных результатах испытания
ia разрыв.
СПОСОБЫ ВЫЯВЛЕНИЯ ПОРИСТОСТИ И ИСПЫТАНИЯ
НЕПРОНИЦАЕМОСТИ СВАРНЫХ ШВОВ
Кроме указанного выше серьезного влияния пори-
стости на механические свойства сварных швов, в кон-
струкциях, к сварным соединениям которых предъяв-
ляется требование непроницаемости (сосуды для жид-
костей и газов, котлы, суда и т. п.), поры являются
одной из важнейших причин нарушения сплошности
сварных швов. Такие конструкции, согласно действую-
щим техническим условиям, подлежат обязательным
испытаниям на непроницаемость (плотность). Существу-
ющие методы испытания плотности не указывают на
характер выявляемых при них неплотностей (поры,
непровары, трещины). Это затрудняет проверку ка-
чества технологического процесса и его наладку. По-
этому, наряду с испытаниями непроницаемости, контро-
лирующими обычно всю протяженность сварных швов
и являющихся завершающими при сдаче готовой про-
дукции в ответственных конструкциях, применяется
ряд способов предварительного выявления пористости
сварных швов. В зависимости от степени их сложности
контролируется все изделие или же испытания носят
выборочный характер. Простейшим из этих способов
является широко распространенный в производствен-
ной практике наружный осмотр швов. Такой осмотр,
производимый невооруженным глазом или с помощью
лупы, дает возможность выявить поры, выходящие на
поверхность шва. При автоматической сварке необхо-
димо также выявлять наличие рябин, „побитости" шва.
Они всегда сопровождаются ноздрями в снятой со шва
шлаковой корке и свидетельствуют о склонности швов
к образованию пор. Хотя побитость шва не является
59
58
браковочным признаком, она должна служить тревож
ным сигналом.
Методы контроля с помощью магнитного порошки
недостаточны для выявления внутренних пор. По дан
ным С. Т. Назарова [24] дефекты шарообразной формы
выявляются этими методами с большим трудом. Легче
обнаруживаются вытянутые поры, ориентированные
определенным образом по отношению к магнитному
потоку и расположенные на глубине до 7 мм. Боль -
шей чувствительностью к глубоко залегающим дефек
там обладает дефектоскоп системы К. К. Хренова и
С. Т. Назарова, но он не дает определенных данных
о природе дефекта и применим только для стыковых
швов.
Люминесцентный метод контроля [24], [28] пригоден
только для выявления пор, выходящих на поверхность
шва.
Проверка швов на пористость с применением спо-
собов металлографического контроля производится в
выборочном порядке на образцах, сваренных при за-
данном режиме, реже на образцах, вырезанных из
сварного шва, либо на засверленных в шве местах
(способ засверливания). Макроисследование изломов
сварных швов или травленых шлифов дает возмож-
ность обнаружить видимые невооруженным глазом или
при небольшом увеличении поры и другие дефекты
швов. Исследование под микроскопом выявляет ми-
кропоры.
Все большее применение в промышленности полу-
чают рентгеновское просвечивание сварных швов и
просвечивание гамма-лучами. Дороговизна и трудоем-
кость этих методов контроля заставляют применять их
в качестве выборочных. Следует указать, что мини-
мальный размер пор, выявляемых этими методами, за-
висит от толщины шва в направлении просвечивания
и чувствительности метода.
Чувствительностью метода называется способность
выявлять дефекты малых размеров. Она характери-
зуется наименьшим размером дефекта, выраженным
в процентах от толщины просвечиваемой стали, при
которой получается контрастность снимка, достаточ-
ная для распознавания дефекта. В среднем для стали
чувствительность рентгеновского снимка составляет
60
2—3% и для гпммп снимка—3—4%. Чувствительность
рентгеновскою метода падает с увеличением толщины
металла, а чувствительность просвечивания гамма-лу-
чами при этом, наоборот, увеличивается. В результате
для стали толщиной более 50 мм последний метод
является более чувствительным (чувствительность
около 2%)1.
Чувствительность обоих методов уменьшается с
уменьшением удельного веса просвечиваемого металла.
Поэтому поры в сварных швах легких металлов и их
сплавов при прочих одинаковых условиях выявляются
труднее, чем в стали.
Просвечивание обычно производится в направлении,
нормальном к поверхности шва. На негативном снимке
поры обнаруживаются в виде точек, густота почерне-
ния которых зависит от размера пор в направлении
просвечивания.
По OCT 2С019-38 установлена трехбальная система
оценки качества сварных швов по рентгенограммам.
Швы, в которых поры носят характер частой сетки или
строчки (рис. 13), оцениваются баллом I и бракуются.
Швы с единичными порами (рис. 14), оцениваемые
баллом II, и швы плотные (рис. 15), оцениваемые бал-
лом III, принимаются как годные.
Плотность сварных швов может быть испытана сле-
дующими способами: 1) смачиванием керосином; 2) дав-
лением жидкости (гидравлическое испытание); 3) сжа-
тым воздухом или газом (пневматическое испытание);
4) смесью воздуха и аммиака (способ С. Т. Назарова);
5) люминесцентным. Техника всех этих испытаний опи-
сана в литературе по контролю сварочных работ
[24], [28].
Жидкость тем более просачивается через мелкие
отверстия в сварном шве, чем меньше ее вязкость и
поверхностное натяжение. С этой точки зрения луч-
шими свойствами обладает керосин. Смачивание керо-
сином производится обычно при испытаниях стыковых
швов изделий, которые по конструктивным особен-
ностям затруднительно налить жидкостью или подверг-
нуть внутреннему давлению (например, открытые сосуды
1 Чем число, выражающее чувствительность, меньше, тем сама
чувствительность метода выше.
6-323
61
большой емкости). Необходимо, чтобы смачивание ко
росином было обильным. Этот способ испытания не-
достаточен для надежного определения плотности
угловых швов (нахлесточных, тавровых).
РкС. 13. Рентгенограммы неудовлетворительных швов
по пористости (балл 1):
вверху—поры в виде частой сетки; внизу-поры,
образующие цепочку.
Жидкостью при испытании по второму способу слу-
жит чаще всего вода. Давление создается: 1) только
весом столба жидкости (испытание наливом); 2) насо-
сом или сжатым воздухом (налив и дополнительное-
давление); 3) напором струи воды (испытание плотности
в судостроении). Следует заметить, что испытание на-
ливом водой может не дать результата, если сварные
швы были подвержены коррозии. Однако это не гово-
рит еще о надлежащей плотности таких швов.
При испытании наливом с дополнительным давле-
нием проверяются все швы независимо от глубины их
расположения под уровнем воды. При этом испытании
надо обратить внимание на полное удаление воздуха
из изделия при наливе его водой.
Воздух просачивается через значительно более
62
мелкие отверстия, нем пола. Опасность взрыва огра-
ничивает применение пневматических испытаний неболь-
шими давлениями (до нескольких атмосфер). Они ши-
роко применяются при проверке плотности швов нахле-
сточных соединений.
Рис, 14. Рентгенограмма удовлетворительного шва
(балл II). Единичные поры.
Разновидностью пневматических испытаний платности
сварных швов является разработанный в Институте
электросварки АН УССР новый способ проверки плот-
ности стыковых швов при помощи вакуум-камеры.
Сущность этого способа [32] состоит в том, что в. ва-
Рис. 15. Рентгенограмма хорошего шва (балл III).
куум-камере, установленной на шве, смоченном мыль-
ным раствором, насосом создается разрежение. Места
расположения дефектов выявляются, как обычно, по
появлению пузырьков на поверхности шва, которое
видно через прозрачную верхнюю крышку камеры.
Крупным достоинством этого способа является то, что
он может быть применен для стыковых швов в кон-
5*
63
струкциях, не образующих замкнутого пространен»;»,
удобного для проведения испытания внутренним дав
лением. Кроме того, он может быть использован в том
случае, если сварные швы доступны только с одной
стороны. Весьма удобен этот способ для проведения
исследований плотности сварных стыковых образцов
при наладке технологического процесса, проверке ка
чества электродов и т. п.
Первые три способа испытаний плотности требую!
применения мер борьбы с обледенением шва при низ
ких температурах.
Выявление неплотности по способу С. Т. Назарова
основано на химическом воздействии просачивающегося
через неплотности шва аммиака на бумагу, пропитан
ную раствором азотнокислой ртути. Индикатором на
аммиак может служить также фенолфталеин (предло
жение Ниистройнефть), который наносится на испытуе-
мые швы в виде водноспиртового раствора.
Способ С. Т. Назарова может применяться при лю-
бой температуре.
ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ МЕРЫ БОРЬБЫ
С ПОРИСТОСТЬЮ
МЕРЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ПОРИСТОСТИ
При изготовлении сварных конструкций борьба
с пористостью сварных швов должна начинаться уже
с первых стадий технологического процесса. Еще на
складе должны быть приняты меры по защите металла
от атмосферных осадков. После обработки детали
должны быть очищены в местах сварки и вблизи них
на расстоянии 20—30 мм от ржавчины, масла, краски
и других загрязнений. Литые, подлежащие приварке
детали, а также литье в местах дефектов, исправляе-
мых сваркой, должны быть тщательно очищены от ли-
тейной корки и формовочной земли. Тонкий слой ока-
лины после горячей прокатки удалять не обязательно,
но окалина, остающаяся после нагрева для штамповки
или отжига, должна быть удалена.
Производительным способом очистки металла явля-
ется очистка пескоструйными аппаратами Однако она
требует оборудования специальных камер и приводит
к запылению производственных помещений. Примене-
64
ние этого < in и и ш । itsnyi’i r'liinrih nniiCio.w рацио-
нальным для иных iriii.ii’li (ink кпк в литейных и об-
рубных цехах нт мн труйипн очистки мпляется одной
из операций гехполо!нческого процесса), а также для
очистки М(‘тал.'1а> поражеппого ржавчиной по всей по-
верхности. Для очистки мест сварки применяются пе-
реносные наждачные круги и электрические щетки.
Стационарные наждачные круги применяются для лег-
ких деталей, например, для очистки заготовок под
наплавку инструмента.
Ржавчина, масло, краска, окалина могут выжи-
гаться. Для этой цели применяются обычные паяльные
лампы, горелки для газовой сварки, подогревательное
пламя газовых резаков, а также специальные много-
пламенные горелки. Последние с успехом применяются
для очистки краски с металла старых конструкций в
ремонтных работах и при очистке окалины с крупных
штампованных деталей (например, днищ котлов и ци-
стерн). Ржавчина при этом прокаливается, а менее
опасный сухой ее остаток так же, как и окалина, легко
отделяется от металла, благодаря различию в коэфи-
циентах линейного расширения.
Серьезное внимание должно быть обращено на
упаковку и хранение проволоки, предназначенной для
автоматической сварки и изготовления электродов.
Ржавчина и другие загрязнения с электродных стерж-
ней удаляются в специальных вращающихся барабанах,
в которые стержни загружаются вместе с сухим песком
или древесными опилками. Опилки применяются для
снятия тонкого слоя смазки, которым стержни неиз-
бежно покрываются при правке и рубке проволоки на
правильно-рубильных станках. При сильном загрязне-
нии маслом обезжиривание производится бензином или
раствором каустической соды с последующей тщатель-
ной промывкой в воде и просушкой. Очистка бухт
проволоки для автоматической сварки при сильном ее
загрязнении значительно сложнее. Очистку можно
осуществить травлением в 10%-ном растворе серной
кислоты (лучше подогретой) с последующей нейтрали-
зацией в растворе едкого натра, тщательной промыв-
кой в воде и сушкой. Небольшие местные загрязнения
можно удалить вручную наждачной бумагой во время
перемотки бухт проволоки для зарядки кассет свароч-
65
них автоматов. Институтом электросварки разработана
специальная машина для этой цели. Очистку детален!
в местах сварки лучше всего производить за несколько
часов до сборки и сварки конструкции, в особенности,
если готовые изделия хранятся в сырых помещениях
или на открытом воздухе.
Вне зависимости от того, производилась ли очистка
деталей до их сборки, сварщик должен внимательно
осмотреть подлежащие сварке места и очистить их от
загрязнений, ибо при длительном хранении собранные
узлы могут заржаветь и загрязниться маслом. Очистка
собранных и прихваченных узлов производится руч-
ными стальными щетками, переносными наждачными
кругами и электрическими щетками. Такая очистка
менее эффективна, чем очистка отдельных деталей, так
цак ржавчина забивается в зазоры между деталями и
благодаря значительному скоплению в отдельных ме-
стах может вызвать сильную пористость. В соедине-
ниях внахлестку ржавчина вообще не может быть уда-
лена в месте соприкосновения собранных деталей.
Поэтому после очистки необходимо тщательно продуть
зачищенные места и зазоры между деталями сжатым
воздухом. В собранной конструкции наилучшие резуль-
таты дает прокаливание („выжигание") ржавчины пла-
менем газовой горелки. Им широко пользуются при
автоматической сварке на монтаже. Полуавтоматиче-
ская сварка тонкой проволокой менее чувствительна
к наличию ржавчины на свариваемых кромках и поэ-
тому требует менее тщательной очистки металла. До-
статочной оказывается обычная очистка металлической
щеткой.
Применение двухслойной автоматической сварки,
при которой первый слой шва, с целью выжигания
ржавчины, сваривается на большой скорости, причем
получается пористым, а второй слой дает окончатель-
ное сечение шва, нужно признать нерациональным, так
как это резко снижает эффективность автоматической
сварки, лишая ее одного из преимуществ — возможности
однопроходной сварки швов больших сечений. Этот
метод может быть оправдан в том случае, если на
отдельных участках шва из-за повышенного зазора
сварка производится первоначально на большой ско-
рости, причем шов получается пористый.
66
С мест, пип .'п-и in и к । iiuiihe,/hviiKiui i ицпсльпо уда-
ляться ВЛ.П.1, II II IIIMIH'0 Ilflt'MH — l.'IICI >1 Ш1ЛСД11.
Необходимо oA|hi i n i h < t'liiir пни* iiiiiiMiiiine па кон-
троль IMIDhllin III MI*||T|IO/Illliix oOmii.iok и флюсов со-
гласно техnii'iri ним yi лоциям. Влажность флюсов не
должна ii|ieiii.iiii.i 1 > 0,Г'/«. Многие электродные обмазки
обладаю! iioihjiiioiiiioH пи роекопичностью. Флюсы также
зпоглощают плату из воздуха. Поэтому их надо хра-
нить и теплых сухих помещениях. Полезно иметь не-
посредственно в сварочных цехах небольшие электри-
•ческие печи сопротивления для просушки электродов
и флюсов перед их применением. При работе в поле-
вых условиях сушку электродов и флюсов производят
«а жаровне, а также используют тепло выхлопных га-
зов двигателей внутреннего сгорания передвижных
сварочных агрегатов. Для этой цели на выхлопную
трубу двигателя надевается специальное устройство.
При изготовлении электродов необходимо, чтобы тол-
щина слоя покрытия находилась в пределах допусков,
так как недостаточное количество расплавленного
шлака на шве не только не обеспечивает полноты про-
текания необходимых химических реакций между ме-
таллом и шлаком, но ведет также к ускоренному
охлаждению шва. Необходимо строго контролировать
температуру прокалки электродов.
Прихватка при сборке под автоматическую сварку
должна производиться электродами марки Э-42, Э-42А,
Э-50. Даже при сборке под ручную сварку прихватки
необходимо выполнять электродами той же марки, ко-
торыми будут свариваться швы. Автоматическая сварка
по ручной подварке электродами марки Э-34 во всех
•случаях, когда автоматный шов может частично пере-
плавить металл ручного шва, недопустима.
При сварке для каждого материала должны приме-
няться электроды, флюсы и проволока проверенных
типов, а режимы сварки должны быть тщательно отра-
ботаны. Хорошо поставленный технический контроль
основных и вспомогательных материалов способствует
получению беспористых швов. В процессе сварки не-
обходимо создать условия, обеспечивающие макси-
мальное выделение газов из жидкого металла свароч-
ной ванны до затвердевания металла шва. Это может
«быть достигнуто посредством замедления затвердева-
67
ния жидкого металла и поддержания металла возможно»
больше времени в жидком состоянии. Последнее можно
осуществить достаточным прогревом основного металла.
Для этого в большинстве случаев достаточна правиль-
ная техника сварки — соответствующие манипуляции
концом электрода или горелкой, при которых полу-
чается хороший прогрев и провар кромок, подогрев
затвердевающей части сварочной ванны, перемешивание
металла в ванне.
Предварительный подогрев, проводимый при сварке
и наплавке некоторых специальных, а также средне- и
высокоуглеродистых сталей и при заварке дефектов
стального и чугунного литья, наряду с предупрежде-
нием полученья резких закалочных структур и обра-
зования трещин, способствует получению плотных
швов. При наплавке инструмента и заварке дефектов
литья рекомендуется применять ванный способ сварки,
обеспечивающий получение плотных наплавок. При
ручной сварке нужно следить за равномерным отло-
жением шлака на шве. При автоматической сварке
должна быть обеспечена равномерная засыпка флюса
вдоль линии шва, так как при недостатке флюса дуга
прорывается наружу, и шов становится пористым.
При дуговой сварке должна поддерживаться опти-
мальная для данной работы длина дуги, которая кон-
тролируется измерением напряжения на дуге. При га-
зовой сварке должен поддерживаться требуемый ха-
рактер пламени. При сварке в среде инертных газов
весьма важным является контроль чистоты применяе-
мых газов, их расхода и техники сварки.
ИСПРАВЛЕНИЕ ПОРИСТЫХ ШВОВ
Средства исправления швов, забракованных из-за их
пористости, обычно определяются техническими усло-
виями на изготовление отдельных видов продукции.
При большом количестве пор, расположенных в виде
сетки или строчки, швы, как правило, вырубаются и
завариваются вновь. Ручная подварка дефектных мест
без их вырубки не может обеспечить требуемой глу-
бины проплавления, достаточной для ликвидации наи-
более глубоко залегающих пор. Автоматическая под-
варка пористых швов без их вырубки допускается в.
том случае, гели режим обеспечивает необходимую
глубину проинрц, и размеры шва после подварки на-
ходятся I'liir п пределах допусков. Для заварки оди-
ночных пор рпцпоиально применять сварку электроза-
клепками под флюсом, при которой можно достигнуть
глубоюп о проплавления металла шва. Этот простой и
прошшодш единый способ с успехом применяется на
заводах при изготовлении ответственной продукции
(например, элементов сварных мостов на заводе
им. Молотова в Днепропетровске).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Пористость сварных швов является наиболее рас-
пространенным и опасным дефектом, уменьшающим их
прочность, пластичность и особенно непроницаемость.
Признание окиси углерода главнейшим фактором
•образования пор для всех случаев сварки железоугле-
родистых сплавов является неправильным. Исследова-
ния последних лет позволяют утверждать, что в боль-
шинстве случаев первенствующую роль в образовании
пор играют водород и азот. На основании исследова-
ний для различных наиболее часто встречающихся в
практике случаев пористости можно сделать следующие
выводы:
1. При сварке малоуглеродистой стали электродами
марки Э-34 основной причиной пористости является
.азот, поглощаемый из воздуха. Окись углерода явля-
ется второстепенным фактором. При сварке высоко-
углеродистых сталей роль азота снижается в связи с
уменьшением поглощения азота высокоуглеродистой
сталью и более обильным образованием окиси угле-
рода.
2. При сварке заржавленного металла, при влажных
•флюсах и обмазках, основной причиной пористости
является действие водяного пара, представляющего со-
бой источник большого количества водорода в атмо-
сфере дуги.
3. При сварке высокоуглеродистых сталей и чугуна
причиной пористости является образование окиси
углерода.
4. При сварке металла, загрязненного маслами,
основной причиной пористости является действие во-
дорода.
70
5. Ilpn гппркс no прихваткам и подварке шва, вы-
полненных чдектродими марки Э-34, основной причиной
nopiH ioi in нпляется действие азота.
1л>|н.Г|п е пористостью должна производиться в та-
ких 1.1.1ПНЫХ направлениях:
I. I*ш iiiiipeiiHe применения автоматической а полу-
автоматической сварки под флюсом и ручной сварка
элек! родами с толстыми защитными покрытиями, а в
особых случаях—сварки в среде* инертных газон.
2. Разработка сварочных материалов (электродов,
флюсов), обеспечивающих получение плотных швов
даже при наличии неблагоприятных условий сварки
(загрязнений ржавчиной и т. п.).
3. Тщательный технический контроль качества
исходных материалов.
4. Защита металла от загрязнений, хорошая меха-
ническая и химическая очистка металла.
5. Применение специальных приемов технологии и
техники сварки (сварка с подогревом, наплавка ванным
способом и др.).
6. Разработка и систематический контроль рацио-
нальной технологии сварочных работ.
ЛИТЕРАТУРА
1. А л о в А. А., Основы теории металлургии дуговой сварки
малоуглеродистых сталей. Сборник № 14 ЦНЙИТМАШ’а, „Вопросы
теории сварочных процессов", Машгиз, 1948,
2. А л о в А. А., Шлаковые и газовые поры при дуговой свар-
ке малоуглеродистой стали. „Вестник инженеров и техников", 1940
№ 11.
3. Аснис А. Е. и Г у т м а н Л. М., Новые меры борьбы с по-
рами при наплавке под флюсом. „Автоматическая сварка", 1950,
№ 4 (13).
4. Бродский А. Я., Дуговая сварка в инертной среде. Маш-
гиз, 1950.
5. Ващенко К. И., Химически стойкие отливки. Машгиз, 1946.
6. Гапчепко М. Н„ Сварка ферросилида. Труды завода
„Большевик", 1940.
7. Д а в ы д е н к о И. Д., Металлургические процессы при ду-
говой электросварке. „Автогенное дело", 1937, № 4.
8. Дьяконов А. и Самарин А., Анализ процесса абсорбции
газов металлами. Известия АН СССР, 1946, ОТН, № 1.
9. Институт электросварки АН УССР им. акад. Е. О. Патона,
Автоматическая сварка под флюсом. Под редакцией акад. Е. О. Па-
тона, В. В. Шеверницкого и Б. И. Медовара. Машгиз, 1948.
10. Кир до И. В., Исследование содержания газов в сварных
швах. Сборник трудов по автоматической сварке под флюсом, № 8,
изд. АН УССР, 1949.
11. Кир до И. В., О составе газов, окружающих дугу при
сварке под флюсом. „Автоматическая сварка", 1950, № 1 (10).
12. Кирдо И. В. и Подгаецкий В. В., О влиянии флю-
сов на пористость автоматного шва, вызванную ржавчиной. Сбор-
ник трудов по автоматической сварке под флюсом, изд. АН УССР,
1949, № 6.
13. Колобнев И. Ф. и Альтман М. Б., Газовая пористость
и методы борьбы с ней в алюминиевых отливках. ИТЭИН Госпла-
на СССР, 1948.
14. К р ю к о в с к и й Н. Н., К вопросу сушки и прокалки тол-
стопокрытых электродов. „Автогенное дело", 1948, № 5.
15. К у р о ч к и н К. Т., Я в о й с к и й В. И. и Г е л ь д П. В.,
Растворимость водорода в жидких сплавах железа. „Сталь", 1952.
№ 1.
16. Липецкий И. А., Ванна расплавленного металла при
72
элск1|»> niuniHI снарке и ее металлургические особенности. „Авто-
генно* iii hi", I1M5, № 5—6.
I* Липецкий И. А., Образование пор па поверхности на-
пл.тнл* (Нино мггилла. „Автогенное дело", I'llo, № II—12.
I । Л и и е ц к и й И. А. и Тр у ч л е р Л. И.. Образование внут-
ренние нор и наплавленном металле. „Антигенное дело", 1941,
№ I
!*. ». Л юбавский К. В., Me |,|ллургп>1 антома гпческой сварки
малое! юр илистой стали под флюсом. Сборник № 14, ЦНИИТМАИГа,
„Попри* 1.1 теории сварочных ироцессоп". Машгиз, 1948.
‘.' О. Л io б а в с к и й К. В. и Т и м о <|> е е и М. М„ Влияние ко-
лебания состава высокомарг<т|щопп*1ого флюса па его свойства
„Автогенное дело", 1951. .№ <>.
21. Малашенко С. В. н I а и ч е и к о М. Н„ Исследование
сварки и наплавки <|ieppoci).iiiaa. УКРНИИМАШ, 1934, „Рабочий
химик", 1935, № 1.
22. Медовар I». II., К вопросу о допустимости автоматиче-
ской сварки металлоконструкции при низких температурах. Сбор-
ник трудов по автоматической сварке под флюсом,изд. АН УССР,
1948, № 1.
23. Морозов А. Н., Водород и азот в стали. Металлург -
издат, 1950.
24. Назаров С. Т., Контроль качества сварных соединений.
Машгиз, 1950.
25. Назаров А. Г., Холодная сварка чугуна комбинирован-
ным пучком электродов. Трансжелдориздат, 1951.
26. Н и к о л а е в Г. А. и Г е л ь м а и А. С„ Сварные конструк-
ции и соединения. Машгиз, 1947.
27. Погодин-Алексеев Г. И., Теория сварочных процес-
сов. Машгиз, 1950.
28. Погоди н-А л е к с е е в Г. И. и Г а п ч е н к о М. Н., Кон-
троль сварочных работ. Машгиз, 1950.
29. П о д г а е ц к и й В. В., Флюс АН-348-Ш для автоматиче-
ской и полуавтоматическсй сварки. „Автоматическая сварка", 1950,
№ 4(13).
30. Рабкин Д. М„ Флюс АН-348-А. „Автоматическая сварка",
1951, № 4 (19).
31. Рабкин Д. М., Энергетическое исследование приэлектрод-
ных областей мощной сварочной дуги. „Автоматическая сварка",
1951, № 2 (17).
32. Раевский Г. В., Проверка плотности сварных швов при
помощи вакуум-камеры. Сборник трудов по автоматической сварке
под флюсом, изд. АН УССР, 1949, № 7.
33. Р ы к а л и н Н. Н. и Л ю б а в с к и й К. В., К вопросу о дли-
не сварочной ванны. „Автогенное дело", 1946, № 11—12.
34. Смителлс К., Газы и металлы. Металлургиздат, 1940.
35. Соколов Е. В., Электроды с качественными покрытиями
и их производство. „Автогенное дело", 1950, № 11.
36. Справочные материалы для сварщиков. Под редакцией
Г. А. Николаева. Машгиз, 1951.
37. Таран В. Д., Получение беспористых швов при сварке
газозащитными электродами. „Автогенное дело", 1940, № 8—9.
38. Т р у б и н К. Г. и О й к с Г. Н., Металлургия стали. Метал-
лургиздат, 1951.
73
39. Ф р у м и н И. И., Роль кислорода и азота при дуговой,
сварке (реферат). „Автоматическая сварка", 1951, № 2 (17).
40. ф р у м и н И. И. и Г а п ч е и к о М. Н., О сушке толсто-
покрытых электродов. „Автогенное дело", 1939, № 12.
41. Ф р у м и н И. И., К и р д о И. В. и По дга е цкий В. В.,
Образование пор в сварных швах и влияние состава флюса на
склонность к порам. „Автогенное дело", 1949, К» 10.
42. X р е н о в К. К. и К у ш и ер е в Д. М„ Автоматическая ду-
говая сварка под двойным флюсом. „Автогенное дело", 1950, Ns 5.
43. Хренов К. К. и Кушнерев Д. М., Керамические не-
плавленные флюсы для автоматической сварки. „Автогенное дело",.
1951, № 6.
44. Я в о й с к и й В. И. и Медведева Г. А., Определение
газов и включений в стали. Металлургиздат, 1945.
45. Я р о в и н с к и й Л. М. и Баженов В. В., Применение
углеродистого ферромарганца в покрытии высокопроизводитель-
ных электродов. „Автогенное дело", 1951, № 1.