Почему при сварке много шлака - GazSnabStroy.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Почему при сварке много шлака

Шлаковая фаза при сварке плавлением

Шлаковая фаза при сварке плавлением

Шлаком называется неметаллический покров на поверхности металла шва. Он образуется за счет плавления электродного покрытия, флюса, шихты порошковой проволоки или за счет металлургических процессов, протекающих при сварке (например, при сварке в углекислом газе).

Назначение шлака – получить желаемое направление процессов при сварке, а именно:

– защитить расплавленный металл от взаимодействия с газовой фазой;
– обеспечить необходимые сварочно-технологические свойства процесса: минимальное разбрызгивание, хорошее формирование шва, стабильное существование дугового разряда, газовыделение из металла шва, легкую отделимость шлаковой корки от поверхности закристаллизовавшегося металла шва;
– обеспечить протекание требуемых металлургических процессов в зоне плавления – раскисления, легирования, рафинирования, связывания водорода в соединения, нерастворимые в металле;
– замедлить остывание металла шва после сварки.

По своему составу шлаки представляют сложную систему из оксидов и (или) нейтральных солей, между которыми могут происходить химические реакции, приводящие к образованию новых веществ. Главные шлаковые компоненты, применяемые в сварочных шлаках, можно разбить на четыре группы (табл. 9).

Таблица 9. Главные компоненты сварочных шлаков

КислотныеоксидыОсновныеоксидыАмфотерные оксидыНейтральныесоли
SiO2, TiO2, B2O3, P2O5, ZrO2Na2O, K2O, CaO, MgO, FeO, MnOAl2O3, Fe2O3, Cr2O3, V2O3KF, NaF, LiF, CaF2, BaF2, KCl, NaCl, MgCl2, Na3AlF6 (криолит)

В расплавленном состоянии основные оксиды взаимодействуют с кислотными или амфотерными и образуют химические соединения – комплексные оксиды, как правило, более жидкотекучие и легкоплавкие.

В настоящее время существуют две теории, описывающие строение жидких шлаков – молекулярная и ионная. Наиболее распространенной теорией строения жидких шлаков явилась молекулярная теория, развитая в основном Г. Шенком. В соответствии с молекулярной теорией, шлаки – это системы свободных и химически связанных неметаллических соединений (оксидов и пр.), между которыми имеется подвижное химическое равновесие. При этом с металлом взаимодействуют только свободные компоненты (в частности оксиды).

Более поздняя – ионная теория предполагает, что шлаки имеют строение ионного типа. В соответствии с этой теорией в жидких шлаках все оксиды и их химические соединения диссоциированы на ионы. В расплавленных шлаках находятся положительно заряженные катионы Ca 2+ , Mg 2+ , Mn 2+ , Al 3+ и др. и отрицательно заряженные анионы O 2- , F – , S 2- , SiO , TiOи др. Наибольший вклад в теорию электрохимии металлургических шлаков внесла школа О.А. Есина.

Молекулярная теория шлаков разработана достаточно детально, более удобна для практических расчетов равновесных систем. Поэтому в большинстве сварочной литературы сварочные шлаки рассматриваются как молекулярные растворы.

Важнейшие показатели хорошего сварочного шлака – его способность связывать оксиды, нитриды, сульфиды, фосфиды в прочные химические соединения, нерастворимые в металле и легко удаляемые в шлак.

Характер протекания металлургических процессов между металлом и шлаком зависит от химического состава шлака. Формально преобладание кислотных или основных характеристик шлака оценивается коэффициентом основности В или кислотности К.

Обычно в сварочных шлаках В = 0,6 ¸ 1,3, но уже при В > 1,1 ухудшаются сварочно-технологические свойства шлака.

Кислый шлак хорошо раскисляет стали за счет связывания FeO в комплексные соединения с SiO2, TiO2. Но большие скорости охлаждения не позволяют довести процесс до конца. Приходится применять и раскислители. Но кислый шлак не может рафинировать металл. Поэтому сырые (т.е. исходные) материалы должны иметь минимальное содержание серы и фосфора (не более 0,10 % каждого).

Основные шлаки не могут связать FeO в комплексы. Поэтому требуют большего количества раскислителей. Но они хорошо связывают серу и фосфор в комплексные соединения, удаляемые в шлак.

Шлак должен обладать следующими физическими свойствами:

  • температура плавления шлака должна быть на 200 ¸ 300 0 С ниже температуры плавления металла;
  • удельный вес шлака должен быть меньше удельного веса металла;
  • шлак должен обладать вязкостью на два порядка больше, чем металл (так, у сталей коэффициент вязкости h = (1 ¸ 2)×10 -3 Па.с, у шлаков – h = (0,8 ¸ 3)×10 -1 Па.с);
  • сварочные шлаки должны при расплавлении резко уменьшать свою вязкость, т.е. они должны быть короткими .
  • шлаковая корка должна легко отделяться от поверхности закристаллизовавшегося металла.

Шлаковая корка легко удаляется при отсутствии шпинелей в шлаках. Шпинели – это комплексные соединения типа MeR2O4, где в качестве элемента Ме выступают Fe, Mn, Mg, а в качестве элемента R – Al, Cr, V. Шпинель пристраивается к кристаллической решетке стали, поэтому ее тяжело удалять с поверхности металла шва. Кроме того, для хорошей отделимости шлака от металла шва необходимо, чтобы коэффициенты линейного расширения металла и шлака a существенно отличались по своим величинам. Обычно у сталей a×10 6 = 11,5 ¸ 14,0 1/ 0 С, у шлаков a×10 8 = 9,9 ¸ 11,5 1/ 0 С. Наилучшая отделяемость шлака наблюдается при малой его окисленности.

Температура плавления и удельный вес некоторых оксидов и соединений, образующихся при сварке сталей приведен в табл. 10.

Оксид или соединениеТпл, 0 Сg, г/см 3
FeO13705,9
MnO16004,7
SiO217102,5
TiO218504,2
Al2O320503,9
CaO25703,4
2FeO×SiO213204,3
MnO×SiO212853,6
2MnO×SiO213654,1
FeS11934,6
MnS16204,0

Шлаки имеют три состояния: жидкотекучее (h £ 1 Па×с), вязкое (h = 10 ¸ 10 2 Па×с) и хрупкое (h > 10 2 Па×с).

Те шлаки, у которых температурный интервал перехода из вязкого состояния в жидкотекучее небольшой, называются короткими. Длинные шлаки имеют значительно больший данный температурный интервал.

Короткие шлаки имеют вязкость почти постоянную в интервале температур 1200 ¸ 1400 0 С. При температуре около 1100 0 С вязкость коротких шлаков резко повышается и они затвердевают. Таким образом, короткий шлак быстро затвердевает с поверхности, оставаясь жидким в зоне соприкосновения с кристаллизующимся металлом. Это обеспечивает как свободный выход газов из металла, так и соответствующее формирование шва. Короткие шлаки – основные.

Длинные шлаки более густые, их вязкость медленно снижается в интервале 1000 ¸ 1400 0 С. Такие шлаки постепенно переходят сначала из жидкого состояния в густое, потом – в тестообразное, а затем – в твердое.

У длинных шлаков трудно установить температуру начала их затвердевания. Переход из тестообразного состояния в твердое у длинных шлаков сопровождается нарастанием вязкости, при котором перегруппировка частиц, необходимая для получения кристаллической решетки, затрудняется. Поэтому длинные шлаки не кристаллизуются, а переходят в стекловидную массу.

Длинные шлаки – это обычно кислые, силикатные шлаки. Чем больше содержание SiO2 в шлаке, тем выше его вязкость. Длинные, густые, медленно затвердевающие шлаки менее активны по отношению к металлу и отличаются худшими формирующими свойствами.

От вязкости шлака зависит его газопроницаемость, т.е. способность пропускать выделяющиеся из металла газы. Скорость выделения газов из металла зависит от их давления над поверхностью металла. Если у шлаков плохая газопроницаемость, то на поверхности металла создается повышенное давление газов, препятствующее их дальнейшему выделению. В этом случае в шве может образоваться пористость, а на поверхности шва – мелкие вмятины, штриховатость, побитость.

Густые шлаки обладают плохой, а маловязкие подвижные шлаки – высокой газопроницаемостью. В жидкотекучих шлаках быстрое выделение газов из металла сопровождается попутным «захватом» частиц шлаковых включений и более полным очищением металла шва. Поэтому важно правильно подбирать соответствующие добавки к шлаку, чтобы влиять на его вязкость в нужном направлении.

Лучшим разжижителем шлаков, особенно основных, является фтористый кальций CaF2 (плавиковый шпат). Уменьшают вязкость также хлориды, оксиды (TiO2, K2O, Na2O, MnO). Особенно благоприятно влияние TiO2, который способствует получению короткого шлака.

Для сварки более желательны маловязкие, легкоподвижные, быстро затвердевающие шлаки. Этому условию больше всего удовлетворяют короткие, основные шлаки.

Главные шлаковые системы по составу компонентов делятся на три типа: оксидные – силикаты и основные, оксидно-солевые и солевые. Силикаты применяют для сварки малоуглеродистых и низколегированных сталей, основные шлаковые системы – для сварки нержавеющих высоколегированных сталей. Оксидно-солевые шлаки применяют для сварки средне- и высоколегированных сталей и для наплавки, солевые – для сварки алюминиевых и титановых сплавов.

По строению шлаки должны иметь не более трех главных компонентов. Например, кислые электродные покрытия построены на основе SiO2-FeO-MnO, основные на базе CaO-SiO2-CaF2, плавленые флюсы для сварки малоуглеродистых сталей на основе SiO2-MnO-CaF2.

По содержанию двуокиси кремния SiO2 и закиси марганца MnO оксидные флюсы (шлаки) разделяют на несколько категорий.

По содержанию SiO2:

– бескремнистые (SiO2 содержится в виде примесей в количестве не более 5 %);

– низкокремнистые (содержание SiO2 = 6 ¸ 35 %);

– высококремнистые (содержание SiO2 > 35 %).

По содержанию MnO:

– безмарганцовистые (MnO содержится в виде примесей не более 1 %);

– низкомарганцовистые (содержание MnO до 10 %);

– среднемарганцовистые (содержание MnO = 15 ¸ 30 %);

– высокомарганцовистые (содержание MnO > 30 %).

Согласно рекомендации Международного института сварки (МИС) сварочные флюсы по химическому составу делятся на группы, приведенные в табл. 11.

Таблица 11. Классификация сварочных флюсов по содержанию основных составляющих

УсловноеобозначениеСодержание базовыхсоставляющих, %Тип флюса
MSMnO + SiO2 > 50Марганцево-силикатный
CSCaO + MgO + SiO2 > 60Кальцево-силикатный
ARAl2O3 + TiO2 > 45Глиноземно-рутиловый
ABAl2O3 + CaO + MgO > 45Глиноземно-основный
FBCaO + MgO + MnO + CaF2 > 50Фторидно-основный
ST/легирующийНет данныхСпециальный

В зависимости от коэффициента активности флюса Аф флюсы можно классифицировать на четыре группы:

– высокоактивные (Аф > 0,6);

– активные (Аф = 0,6 ¸ 0,3);

– малоактивные (Аф = 0,3 ¸ 0,1);

– пассивные (Аф 60 м/ч). В противном случае S не ставится.

а – флюс допускает применение переменного тока, а при сварке на постоянном токе ставится буква в.

Буквы x, y, z означают требуемое напряжение холостого хода источника питания: X – Uxx £ 65 B; Y – Uxx = 65 ¸ 80 B; Z – Uxx > 80 B.

Последние три цифры означают химическую активность флюса по углероду, марганцу и кремнию.

Если коэффициент до 4, то происходит окисление элементов, 5 – флюс нейтрален, от 6 до 9 – прирост элементов.

Серия статей МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ:

Характерные ошибки и дефекты сварки

Корневые дефекты шва

При наплавлении первого валика вдоль корня стыкового шва проникновение металла в корень может быть недостаточным в силу недостаточной силы сварочного тока или чрезмерной скорости сварки. Причина может также заключаться в слишком большом диаметре электрода для данной канавки. При слишком большой силе сварочного тока может произойти прожог корня шва.

Дефекты сплавления

Если сила тока недостаточная или слишком высокая скорость сварки, могут произойти несплавления между наплавленным и основным металлом.

Несплавления могут иметь место и в том случае, если используется слишком маленький электрод при сварке на большом участке холодного основного металла. В этом случае следует использовать электрод большего диаметра и подогревать основной металл.

Дефекты кромок шва

Дефекты кромок могут произойти в силу чрезмерной силы сварочного тока. Однако такие дефекты могут возникнуть и при правильном токе, если дуга будет слишком длинной или если не­правильно перемещается электрод. При сварке снизу вверх в вертикальном положении при коле­бательном движении электрода последний нужно на мгновение прижимать к каждой стороне вали­ка, чтобы металл хорошо проник в шов и чтобы избежать дефектов кромки шва. Дефекты кромки могут быть индикаторами разрыва в сварном соединении.

Читайте также:  Расход углекислоты при сварке полуавтоматом

Поры в сварном шве

Поры в шве могут образоваться из-за содержания влаги в покрытии электрода, особенно при сварке электродами с основным покрытием. Кроме того, причиной образования пор может быть мокрый или влажный основной металл свариваемого изделия. Такой шов ухудшает прочность соединения.

Тепловые трещины

Тепловые трещины могут образоваться во время и сразу после периода охлаждения шва по двум основным причинам:

Из-за включений в основном металле, которые имеют тенденцию к сегрегации и могут об­разовать слой в середине шва. Этот слой препятствует сращиванию кристаллов. К таким вещест­вам прежде всего относятся углерод и сера. В случаях, когда тепловые трещины вызваны такими веществами, перейдите на электрод с основным покрытием. Если же трещины появились при сварке электродом с основным покрытием, значит данный металл является несвариваемым.

Напряжение через шов может вызвать появление тепловых трещин, даже если основной металл не сегрегирует в шве В определенный промежуток критической температуры, сразу же после коагуляции валика шов имеет очень слабую способность к деформации и, если усадка ме­талла больше, чем растяжение шва, образуется трещина. Этого можно избежать, зажав свари­ваемую деталь специальным зажимным приспособлением, которое ограничивает усадку металла.

Тепловые трещины появляются в середине валика и представляют собой прямую трещину на поверхности.

Усадочные трещины

Усадочные трещины образуются тогда, когда способность шва к деформации (вязкость) меньше, чем реальная усадка. Такие трещины обычно бывают поперечными и вызываются значительной продольной усадкой. Чтобы избежать образования таких трещин, лучше всего использовать электроды с основным покрытием.

Водородные трещины

Трещины в металле шва образуются под воздействием водорода и могут образоваться в стали любого типа, которая прошла закалку или закаляется во время сварки. Сталь с высоким пределом текучести будет содержать определенное количество упроченной структуры, обычно это мартензит. Чем выше точка плавления, тем выше риск образования водородных трещин, они образуются в основном металле,, который непосредственно прилегает к зоне плавления, и, сочетаясь со сварочным напряжением, образуют трещины в металле шва.

Для сварки закаленной стали можно использовать только сухие электроды с основным покрытием, т. к. в этом случае выделяется очень мало водорода. Влажные электроды выделяют очень много водорода. Другими источниками водорода являются ржавчина, масло, краска или конденсация вдоль сварочной канавки. Подогрев канавки, скажем, до 50°С значительно снизит количество водорода.

Включения шлака в шов

Шлак состоит из неметаллических частиц с покрытия электрода. После каждого валика необходимо тщательно удалять весь шлак. Для этого используйте обрубочный молоток и проволочную щетку. Частицы шлака, попавшие в шов, серьезно снизят прочность соединения. Старайтесь избегать выжигания выемок, т. к. попавший туда шлак трудно удалить.

При подготовке сварочной канавки убедитесь, что она имеет достаточный зазор для обеспечения хорошего сплавления и облегчения удаления шлака. Удалите окалины и ржавчину со свариваемой поверхности и проверьте, правильно ли вы выбрали электрод для данной сварочной позиций.

Много шлака при сварке

Много шлака при сварке

Главный побочный эффект от дуговой сварки – это сварочный шлак. Он представляет собой побочный материал неметаллического происхождения, который состоит либо из расплавленного электронного покрытия плавящегося электрода (при ручной дуговой сварке, в том числе при сварке инвертором) либо из расплавленного сварочного флюса (автоматическая сварка под флюсом).

Этот материал является побочным, потому что после непосредственного соединения он подлежит удалению. В случае, когда по каким-то причинам он начинает контактировать с затвердевающей деталью и становится уже частью полученного шва – это является серьезным дефектом. Такой результат называется шлаковыми включениями. Они визуально видны на поверхности изделия. Удалить шлаковые включения, когда они уже полностью находятся в затвердевшей детали можно только путем сверления, чтобы потом сварить его заново.

Главная причина возникновения шлаковых включений – это ситуация, когда небольшой объем металла слишком быстро застывает, в результате чего весь шлак не успевает «выйти» за пределы области сварочной ванны. При наличии этого дефекта эксплуатация соединения по назначению будет невозможна.

Шлаковые включения могут быть макроскопические и микроскопические. Первые появляются в случае плохой зачистки кромок либо вообще её отсутствия. Они представляют собой сферический материал, с удлиненными хвостами. Избежать их появление можно путем тщательного очищения кромок соединяемых деталей. Микроскопические включения могут возникнуть в процессе возникновения химических реакций в процессе сварки, когда металл кристаллизуется.

Полное устранение такого производственного брака невозможно, при незначительных шлаковых включениях соединение может быть признано качественным. Существуют определенные условия и признаки, при которых устанавливается допустимое значение наличия такого вида брака на изделии. Такие допустимости устанавливаются в зависимости от количества, расположения и размера дефектного шва; от процентного соотношения площади всего брака к площади наплавленного металла на изделии; от удельного веса наплавленного металла.

Основные причины появления шлаковых включений.

  1. Быстрое застывание металла небольших объемов, в результате чего шлак не успевает выйти за границы сварочной ванны.
  2. Применение электродов и флюса большого удельного веса и/или из тугоплавких материалов.
  3. Малые показатели раскисления металла. Раскисление подразумевает процесс исключения из уже мягкого металла молекул кислорода. Кислород для него является вредной составляющей, которая ухудшает качество.
  4. Высокие показатели силы поверхностного натяжения шлака. При этом, он не всплывает на поверхность.
  5. Плохо зачищены кромки деталей или валики шва.
  6. Низкое качество электрода, а точнее его покрытия, плавление которого осуществляется неравномерно, его частицы попадают в сварочную ванну.
  7. Не соблюдение правил и техники и режимов соединения деталей (выбор неподходящей скорости, угла наклона электрода), изменение длины дуги без причины.
  8. Непрофессионализм сварщика. Если вам нужно качественное изделие, лучше привлечь к этому нелегкому делу специалиста в этой области. Если вы хотите сделать все сами, то прежде чем браться за ответственную сложную работу, нужно наработать практику с несложными соединениями.

Так выглядит сварочный шлак после удаления со шва

Профессиональные сварщики умеют сразу же отличить шлак от металла при сварке и «выгонять» его в процессе работы, однако, у каждого свои советы, как это сделать. Некоторые утверждают, что лучше использовать новые электроды, в которых покрытие более темное, а металл красного оттенка (это не касается рутиловых электродов), другие говорят, что металл более жидкий, а шлак вязкий. На его вязкость влияет температура.

Чтобы шлак не закрывал сварочную ванну, необходимо регулировать положение электрода. Положение должно быть таким, чтобы направление газа от испарения покрытия электрода выдувало данный дефект на поверхность шва. Сварщику ни в коем случае нельзя оставлять его в сварочной ванне. Сварочный шлак должен оперативно поддаться процессу кристаллизации и без особых усилий удаляться.

Попадание шлака в готовое соединение бывает неизбежно, такой дефект если не невозможно устранить, то зачастую очень сложно. Именно поэтому существуют допустимые нормы наличия «лишних» включений в уже сваренном изделии. Например, в межгосударственном стандарте касательно строительных стальных конструкций (введен в действие в 2001 году). В приложении к этому документу предусмотрены требования к качеству сварных соединений, допустимые дефекты. Требования в части шлаковых включений указаны в таблице ниже.

Длинные дефектыHe допускаются
Короткие дефекты:
h ≤ 0,2 Sh ≤ 0,25 Sh ≤ 0,3 S
угловой шовh ≤ 0,2 Kh ≤ 0,25 Kh ≤ 0,3 K
Максимальный размер включения2 мм3 мм4 мм

Таким образом, чтобы обеспечить правильное появление шлака на поверхности сварочного шва, необходимо знать, как его отличить от металла. В случае, если заметно, что шлак остается в сварочной ванне и не выходит наверх, нужно изменить угол наклона электрода. Перед процессом соединения необходимо позаботиться о надлежащем состоянии кромок, а также о правильном выборе режимов и параметров. Электроды нужно выбирать высокого качества, тогда и сварной шов будет качественный. Если соблюсти все условия, тогда шлак будет не вязкий, низкого удельного веса, с малым поверхностным натяжением. Только в этом случае, шлаковые соединения будут взаимодействовать с деталью, увеличивая его показатели раскисления, удаляя кислород. И только тогда сварочный шлак будет легко выходить на поверхность шва. Здесь не обойтись без профессионализма сварщика, выполняющего работу. Он должен уметь отличить шлак от металла при сварке, знать, почему вообще он появляется. Только опытный специалист сумеет сделать качественное и прочное соединение.

Электросварка – практические рекомендации

Что такое сварочный шов

Сварочные швы по металлу представляют собой неразъёмное соединение, которое делается при помощи сварки под воздействием высоких температур.

Сварные соединения имеют несколько зон соединения, которые образуются во время самого процесса сварки:

  1. Сварной шов – этот участок сварного соединения образуется вследствие кристаллизации или в результате какой-либо деформации, которые произошли при сварке. Чаще всего имеют место и кристаллизация, и деформация в месте сварки.
  2. Металл шва – образуется в результате плавления основного металла. Как правило, расплавленную или оплавленную часть конструкции соединяют с нужным элементом посредством «прилипания». После остывания металла шва, скрепление полностью завершается.
  3. Основной металл – это та основная часть, которая подвергается плавлению или сварке.
  4. Зона сплавления – эта зона обычно находится на границе или между основным или металлом шва.
  5. Зона термического влияния – это участок основного металла, который не подвергается расплавлению, но структура и свойства которого изменяются в результате нагрева при сварке или наплавке.

Так, сварные швы могут делиться на несколько типов:

Стыковые – этот тип соединения состоит из двух элементов, которые примыкают к друг другу торцевыми поверхностями. Данный тип сварных швов очень лёгкий в техническом построении и используется довольно часто.

Нахлёстанное – это тот тип, в котором все сварные элементы располагаются параллельно друг к другу. Чаще всего они должны дополнительно частично перекрывать друг друга.

Угловое – в этом типе сварного соединения все элементы свариваются между собой под определённым углом.

Тавровое – данный тип соединения схож с угловым, но здесь требуется приваривать исключительно к боковой поверхности.

Торцовое – здесь вам нужно будет приваривать боковые поверхности материала друг к другу.

Основы электросварки

Разобравшись с видами и типа соединений сварных швов, можно переходить к основам электросварки. Если вы планируете обучаться самостоятельно, то вам необходимо будет запастись всеми необходимыми материалами. Так как с первого раза практики вас, скорее всего, ожидает небольшой провал, то лучше запастись большим количеством материала.

Также важно знать некоторые термины и обозначения перед началом работ:

  1. Сварная дуга – это раскалённый до невероятно высоких температур (порядка 5-7 тысяч) газ, так что обращаться со сваркой нужно предельно аккуратно, иначе вы рискуете нанести себе или окружающим серьёзные ожоги.
  2. Дуговая сварка – этот вид сварки делается при помощи электрической дуги, которая нагревает газ до невероятно высоких температур. При соприкосновении с поверхностью металлического изделия, металл начинает плавиться вследствие чего образуется так называемая – «сварочная ванна». После остывания металла появляется сварной шов.
  3. Аргонодуговая сварка – практически, как дуговой вид сварки, только в качестве разогреваемого газа здесь необходимо использовать аргон. Данный вид сварки очень хорошо подходит для различных прутьев арматуры толщиной не более 5 миллиметров.

Подготовительные работы

По причинам, которые были описаны выше, все сварочные работы лучше всего проводить в помещении, где нечему гореть, в противном случае вы рискуете устроить пожар. Найдя пожаро-безопасное помещение, необходимо подготовить все нужные для работ материалы. Прежде всего подумайте о своей защите, приобретите специальную сварочную маску, перчатки для сварки, а также желательно дополнительно приобрести специальный костюм, который сделан из огнеупорного материала.

Когда вы уверены, что обезопасили себя от случайной искры или ожога, вам нужно приобрести все необходимые инструменты для работ. В их число входят:

  1. Вам в обязательном порядке понадобится сам сварочный аппарат.
  2. Также нужен будет небольшой комплект электродов, которые будет проводить достаточное количество электричества для нагрева газа до нужной температуры.
  3. Специальный небольшой молоточек, который понадобится для того, чтобы оббивать ненужный шлак.
  4. А также щётка с жёсткими ворсинками для удаления различного рода мусора.
  5. Трансформатор. Благодаря ему обычный переменный электрический ток, который проходит через наши розетки, будет преобразован в постоянный. Большинство сварок на мировом рынке работают только с помощью постоянного тока.

Как правильно варить электросваркой

Когда всё готово для начала сварочного процесса обязательно тщательно проверьте поверхность тех элементов, которые собираетесь сваривать между собой, на наличие на них ржавчины или любых других дефектов. При обнаружении таковых, рекомендуется попытаться их устранить или заменить дефектные элементы на более качественные.

Теперь, когда всё готово к работе можно приступать:

  1. Сначала требуется прикрепить специальный зажим массы к своей рабочей заготовке и вставить электрод в держатель на сварке. Затем нужно попытаться поджечь дугу. Электрод необходимо устанавливать под углом около 70 градусов относительно заготовке. Для поджигания дуги, необходимо провести по заготовке электродом со скоростью примерно 7-10 см в секунду. Со стороны это будет выглядеть так, как будто вы поджигаете спичку. При появлении характерного треска и искр загорится сама газовая дуга. Если всё это произошло, то значит у вас всё получилось.
  2. Затем, устанавливаем электрод примерно под таким же углом. После установки вам будет необходимо соприкоснуться с рабочей заготовкой, и тут же немного поднять электрод так, чтобы в итоге получился небольшой зазор в 3-5 миллиметров между поверхностью металла и электродом. После соприкосновения с металлом дуга начинает гореть. Однако будет плавиться не только металл заготовки, но и самой дуги. Старайтесь поддерживать размеры зазора и одновременно перемещать электрод по горизонтали или вертикали (зависит от того в какую сторону вам нужно).
  3. Также во время процесса сварки, если вы приблизились слишком близко (также это может быть связано с малым напряжением) к поверхности металла, то ваш электрод может прилипнуть. Для того чтобы он отлип, поводите им из стороны в сторону. Затем обратно зажгите дугу.
  4. Старайтесь как можно лучше настроить трансформатор. Ведь если тока будет слишком много, то металл расплавится, как масло, а если тока слишком мало, то дуга попросту погаснет.

Как правильно варить шов

Немного разобравшись с работой дуги и самой сварки приступаем к выполнению швов. Швы в нашем случае делятся только на горизонтальные и вертикальные.

Ниже расположена небольшая инструкция для каждого из этих типов:

1. Горизонтальный шов

Делать такой шов проще простого. Достаточно всего лишь постепенно вести дугу по горизонтали, соблюдая зазор в 3-5 миллиметров. Также желательно как можно лучше закрепить материал, на который вам нужно сделать шов.

При сварке нужно вести дугу не сильно быстро, но и не сильно медленно – это нужно для того, чтобы зазор между металлическими материалами постепенно залился оплавившимся металлом и при этом успел остыть.

2. Вертикальный шов

Процесс сварки вертикальных швов довольно сильно схож с процессом сварки горизонтальных швов, только в этом случае вам нужно сваривать под другим углом. Самый главный принцип в сварке вертикальных швов – это соблюдать определённое правило – никогда не вести дугу слишком быстро или слишком медленно. Так как в этом случае если металл будет подвергаться большому нагреву (дуга идёт слишком медленно) он будет понемногу стекать вниз, а при условии, что дуга идёт слишком быстро у вас может получиться некачественный шов.

Ваша задача должна состоять в том, чтобы слить обе кромки, плавя их сварочной дугой, одновременно направляя туда же капли металла из раскаленного до состояния жидкости конца электрода.

Как правильно варить трубы

Процесс сварки труб с помощью электросварки довольно трудоёмок и требует определённого уровня мастерства и аккуратности. Если вы желаете самостоятельно учится сваривать трубы, то лучше всего дня начала попробовать трубы на толстом металле.

Небольшая инструкция:

  1. Раскладываем все трубы на специальном столе или стенде, на которых вам будет удобно с ними работать.
  2. В этом способе вам нужно будет сваривать трубу в два шага. Первый шаг свариваем первое полукольцо в одну сторону, затем второе в другую. Здесь следует использовать методику ведения «сверху вниз», используя 4-миллиметровый электрод с органическим напылением.
  3. Если вы свариваете трубы с маленьким диаметром, старайтесь их сваривать непрерывной дугой, если же диаметр трубы крупный, то сваривайте её с помощью способа, приведённого во 2-м пункте.

Как удалить шлак

Во время проведения работ у вас может образоваться различного рода дефекты в местах сплава – шлак. Перед тем как приступить к уборке шлака, необходимо дать шву остыть. Когда вы убедились, что шов остыл, постучите по нему небольшим молотком (лучше всего приобретите специальный для удаления шлака).

После постукивания шлак основной слой шлака отлетит сам, оставшиеся слои можно убрать при помощи наждачки.

Причины появления большого количества сварочного шлака

При сварке над местом соединения металла (швом) образуется черная рыхлая корка — шлак сварочный. Он состоит из расплавленного флюса или обмазки электродов, окисленного металла. В процессе плавления и соединения свариваемых материалов и электрода он закрывает плавильную ванну. Благодаря шлаку шов остывает медленно, без доступа кислорода, и не окисляется.

Попав непосредственно в шов, расплавленные отходы становятся причиной быстрого разрушения металла. Исключить попадание окислов в шов можно изменением режимов сварки и положения детали.

Как отличить шлак от металла

Чтобы не допустить подтекания и засорения шва, необходимо знать, как отличается шлак от металла при сварке. Как правило, это разные по плотности и вязкости материалы, которые нагреваются с разной скоростью. В начале сварки металл начинает плавиться и становится красным. После завершения сварки он быстрее остывает и темнеет. Шлак выдувается из ванны на поверхность. В начале работы он темный, плохо прогретый. Остывает медленнее и становится светлее металла.

Зачистив шов и постучав по немку молотком, легко распознать металлический блеск чистой стали и черные матовые включения.

В шлаках нет чистого железа, он состоит из окислов, которые образуются при плавлении металла и флюса. Состав незначительно изменяется в зависимости от обмазки стержня, но в основном состоит из одних и тех же веществ. В таблице приведены данные по 3 видам электродов, используемым наиболее часто:

Вещество, оксидСодержание, % УОНИСодержание, % ОММ-5Содержание, % Ц-3
железа7,913,218,5
титана2,215,212,2
марганца4,628,913,7
кальция423,68,1
диоксид кремния43,339,147,5

Состав зависит от материала самого стержня, обмазки. Частично оксид железа получается в результате контакта материала с воздухом при большой температуре.

Сварочный шлак как предпосылка возникновения сварочных включений

На начальном этапе окислы защищают горячий металл от быстрого охлаждения, закрывают шов сверху, перекрывая доступ воздуха. Затем их надо убирать, чтобы проверить качество соединения, наличие дефектов в виде неметаллических включений, волчков.

При сварке деталей большой толщины последовательно накладывается несколько швов. Неочищенный шлак будет препятствовать нормальному контакту, гасить дугу. Он останется в виде неметаллических включений — дефектов.

Причины, по которым дефект необходимо удалять после работы

Шлаковые включения имеют пористую структуру и состоят из оксидов. Они снижают прочность металла. Сразу после охлаждения, когда он становится черным, сварочный шлак следует удалять. Он пористый, хрупкий без прочных связей.

Флюс и пары шлака над ванной предотвращают окисление металла при сварке, способствуют созданию однородной структуры. После отхода его от детали в процессе остывания он становится ненужным, препятствует дальнейшей обработке детали. В процессе эксплуатации изделия оксиды из шлака могут вступить в химическую реакцию с железом. Куски, отвалившись, поломают механизм.

Основные причины появления шлаковых включений

Когда происходит быстрое охлаждение сварочного шва, шлак не успевает выйти наружу и застывает в металле. Причинами служат:

  • малое напряжение,
  • затекание шлака с ванны перед электродом,
  • неправильно подобранный диаметр,
  • ржавый и грязный металл,
  • неравномерное перемещение инструмента.

На упаковке с электродами указано рабочее напряжение. Его можно немного превысить, тогда кипящий металл в ванной будет выбрасывать шлак. Необходимо подбирать правильное положение свариваемого металла, приподнять его со стороны завершения шва. Электрод держать не строго перпендикулярно, а на 10–15 ⁰ наклонить в сторону себя.

Металл в месте сварки должен быть блестящим. Его надо очистить от бытовых и промышленных отходов, окалины, масла. Они мешают контакту электрической дуги со сталью, ухудшают нагрев и расплавление материала в ванной.

Чтобы замедлить остывание сварочного шва и дать возможность шлаку свободно выйти, крупногабаритные детали и легированные металлы предварительно подогревают до 200–400⁰. Это снимает напряжение и позволяет варить сталь с высоким содержанием углерода и легирующих веществ.

Почему когда варишь электродами образуется много шлака

В процессе сварки растворяется обмазка электродов или флюс. Выгорает часть железа, серы и фосфора из свариваемого материала. Электрическая проводимость шлака меньше, чем у металла, поэтому он хуже прогревается, гасит дугу. Повышенное напряжение и неправильно выбранные параметры работы, электроды способствуют выгоранию металла, окислению железа и других элементов стали.

Причина того, почему много шлака, кроется в его структуре. Все вещества, образующиеся в результате плавления металла от электрической дуги, легче стали, не имеют между собой прочных связей и всплывают на поверхность.

Сварка инвертором для начинающих, как варить без шлаковых включений

Инвертор превращает переменный ток в постоянный и позволяет менять полярность. Сварка на обратных токах обычно дает меньше шлака.

Преимущества инвертора перед обычным сварочным аппаратом в его малых размерах и работе от тока с бытовым напряжением 220Вт и частотой 50 Гц. Для новичков важно иметь возможность плавно менять силу тока.

Инверторные аппараты имеют дополнительные функции дуги:

  • облегченное зажигание,
  • аварийное отключение при залипании,
  • форсажное зажигание.

Все они упрощают работу неопытного сварщика и предотвращают залипание электрода.

Как избавиться

Избавиться от шлака при сварке инвертором можно изменением полярности тока и движением электрода от минуса к плюсу. При работе с тонким металлом необходимо учитывать его быстрое охлаждение и нельзя давать высокое напряжение, лист может прогореть. Нельзя задерживаться долго на одном месте, нужно равномерно и быстро перемещать дугу. На тонкий лист крепится клемма от «–», на электрод подается «+». Толстый лист греется и остывает дольше, чтобы шлак успел выйти, на свариваемый металл подается минус, на электрод плюс.

Строительный справочник | материалы – конструкции – технологии

Вы здесь

Дефекты сварочных швов и причины их образования

Все отклонения от технологических параметров, вызванные небрежностью в работе, нарушением режимов и внешними причинами, часто не зависящими от сварщика, могут привести к возникновению дефектов в сварочном шве и околшовной зоне, попадающей в область термического воздействия. К дефектам приводит и нарушение технологических приемов как самого процесса сварки, так и некачественная подготовка, неисправность оборудования, отклонения от норм качества сварочных материалов, влияние погодных условий, низкая квалификация сварщика.

Возникновение дефектов часто связано с металлургическими и тепловыми явлениями, возникающими в процессе образования сварочной ванны и ее кристаллизации (горячие и холодные трещины, поры, шлаковые включения и т.д.; Эти дефекты снижают прочность и надежность сварного соединения, его герметичность и коррозионную стойкость. Все это может оказать значительное влияние на эксплуатационные возможности всей конструкции и даже вызвать ее разрушение.

Дефекты сварочных швов могут быть наружными и внутренними.

Наружные дефекты сварочных швов

К наружным дефектам сварных швов (рис.1) относят нарушение размеров и формы шва, подрезы и другие отклонения, которые могут быть обнаружены при внешнем осмотре сварного соединения.

Нарушение формы и размеров сварного шва чаще всего вызваны колебаниями напряжения в электрической сети, небрежностью в работе или низкой квалификацией сварщика, проявляющейся в неправильном выборе режимов, неточном направлении электрода и методике его перемещения. Дефекты проявляются в неодинаковой ширине сварочного шва по его длине, в неравномерности катета угловых швов, чрезмерной выпуклости и резких переходах от основного металла к наплавленному. Отклонения от размеров и формы сварного соединения, проявляющиеся в угловых швах, связаны с неправильной подготовкой кромок, неравномерной скоростью сварки, а также с несвоевременным контрольным обмером шва. При автоматической и полуавтоматической сварке эти дефекты чаще всего связаны с колебаниями напряжения, проскальзыванием проволоки в подающих роликах, нарушениями режимов сварки.

Непровар — местное отсутствие сплавления между свариваемыми элементами, между основным и наплавленным металлом или отдельными слоями шва при многослойной сварке. Причинами непровара являются некачественная подготовка свариваемых кромок (окалина, ржавчина, малый зазор, излишнее притупление и т.д.), большая скорость сварки, смещение электрода с оси стыка, недостаточная сила тока. В результате непровара снижается сечение шва и возникает местная концентрация напряжений, что в конечном итоге снижает прочность сварного соединения. При вибрационных нагрузках даже мелкие непровары могут снижать прочность соединения до 40%. Большие непровары корня шва могут снизить прочность до 70%. Поэтому если непровар превышает допустимую величину, участок шва подлежит удалению с последующей переваркой.

Подрез — дефект, наиболее часто встречающийся при сварке. Он выражен в виде углубления по линии сплавления сварного шва с основным металлом. В результате подреза происходит местное уменьшение толщины основного металла, что приводит к снижению прочности. Особенно опасен подрез в случаях, когда он расположен перпендикулярно действующим рабочим напряжениям. Подрез возникает обычно при повышенном напряжении дуги с завышенной скоростью сварки, когда одна из кромок проплавляется глубже, жидкий металл стекает на горизонтальную плоскость и его не хватает для заполнения канавки. При сварке угловых швов подрезы возникают в основном из-за смещения электрода в сторону вертикальной стенки, что вызывает значительный разогрев, плавление и стекание металла на горизонтальную полку. В стыковых швах подрезы образуются при сварке на больших токах и при неправильном положении присадочного материала. К подрезу могут привести увеличенные углы разделки кромок. Этот дефект обнаруживается визуально и при отклонениях выше установленной нормы полежит переварке с предварительной зачисткой. Подрезы небольшой протяженности, ослабляющие сечение шва не более чем на 5% в конструкциях, работающих под действием статических нагрузок можно считать допустимыми. В конструкциях, работающих на выносливость, подрезы недопустимы.

Наплыв — проявляется в виде натекания металла шва на поверхность основного металла без сплавления с ним. Наплывы резко изменяют очертания швов и тем самым снижают выносливость констукции. Причиной этого дефекта может стать пониженное напряжение дуги, наличие окалины на свариваемых кромках, медленная сварка, когда появляются излишки расплавленного присадочного металла. Чаще всего наплывы возникают при сварке горизонтальных швов на вертикальной плоскости. При сварке кольцевых поворотных стыков наплывы могут возникать при неправильном расположении электрода относительно оси шва. Наплывы большой протяженности недопустимы.

Прожог — сквозное проплавление обычно возникает из-за большого тока при малой скорости сварки. Проявляется он в виде сквозного отверстия в сварочном шве, которое возникает в результате утечки сварочной ванны. При многослойной сварке прожог возникает в процессе выполнения первого прохода шва. Причинами прожога могут стать – завышенный зазор между свариваемыми кромками, недостаточная толщина подкладки или неплотное ее прилегание к основному металлу, что создает предпосылку для утечки сварочной ванны. Прожог может образоваться при внезапной остановке подачи защитного газа. При сварке поворотных кольцевых стыков прожоги вызываются неправильным расположением электрода относительно зенита. Дефект обнаруживается визуально и переваривается после предварительной зачистки. Ожоги вызываются попаданием жидкого металла на участки, которые находятся вне сварного шва.

Незаваренный кратер — дефект сварного шва, который образуется в виде углублений в местах резкого отрыва дуги в конце сварки. В углублениях кратера могут появляться усадочные рыхлости, часто переходящие в трещины. Кратеры обычно появляются в результате неправильных действий сварщика. При автоматической сварке кратер может появляться в местах выводных планок, где обрывается сварочный шов. Кратеры часто являются причиной начала развития трещин и поэтому недопустимы. Их зачищают и заваривают.

Поверхностное окисление — окалина или пленка оксидов на поверхности сварного соединения. Поверхностное окисление зависит от плохой защиты сварочной ванны, качества подготовки свариваемых кромок, неправильной регулировки подачи защитного газа, его составом, большим вылетом электрода.

Свищ — воронкообразное углубление в сварочном шве, развивающееся из раковины или большой поры. Причиной развития свища чаще всего является некачественная подготовка поверхности и присадочной проволоки под сварку. Дефект обнаруживается визуально и подлежит переварке.

Рис. 1 Наружные дефекты сварных швов, выявляемые внешним осмотром: А — подрез; Б — наплыв; В — прожог; Г — незаваренный кратер; Д —свищ.Рис. 2. Трещины в сварном шве и околошовной зоне: А — продольная горячая трещина; Б — холодная трещина в околошовной зоне.

Внутренние дефекты сварочных швов

Трещины бывают холодные и горячие (рис. 2). Трещины могут быть как наружными, так и внутренними. Это самые опасные дефекты сварного соединения, часто приводящие к его разрушению. Проявляются они в виде разрыва в сварном шве или в прилегающих к нему зонах. Сначала трещины образуются с очень малым раскрытием, но под действием напряжений их распространение может быть соизмеримо со скоростью звука, в результате чего происходит разрушение конструкции. Причинами образования трещин являются большие напряжения, возникающие при сварке. Чаще всего трещины проявляются при сварке высокоуглеродистых и легированных сталей в результате быстрого охлаждения сварочной ванны. Вероятность появления трещин увеличивается при жестком закреплении свариваемых деталей.

Горячие трещины — появляются в процессе кристаллизации металла при температурах 1100 —1300°С вследствие резкого снижения пластических свойств и развития растягивающих деформаций. Появляются горячие трещины на границах зерен кристаллической решетки. Появлению горячих трещин способствует повышенное содержание в металле шва углерода, кремния, водорода, никеля, серы и фосфора. Горячие трещины могут возникать как в массиве шва, так и в зоне термического влияния. Распространяться горячие трещины могут как вдоль, так и поперек шва. Они могут быть внутренними или выходить на поверхность.

Холодные трещины — возникают при температурах ниже 120°С, то есть сразу после остывания сварочного шва. Кроме того, холодные трещины могут возникнуть и через длительный промежуток времени. Причиной появления холодных трещин являются сварочные напряжения, возникающие во время фазовых превращений, приводящих к снижению прочностных свойств металла. Причиной появления холодных трещин может стать растворенный атомарный водород, не успевший выделиться во время сварки. Причинами попадания водорода могут служить непросушенные швы или сварочные материалы, нарушения защиты сварочной ванны.

Поры — представляют собой полости внутри шва, заполненные не успевшим выделиться газом (в первую очередь водородом). Они могут быть округлой или вытянутой формы, а их размеры зависят от размеров пузырьков образовавшихся газов. Поры могут быть одиночными или развиваться целой цепочкой вдоль сварочного шва. Основными причинами появления пор являются: присутствие вредных примесей в основном или присадочном металлах, ржавчина или другие загрязнения, не удаленные со свариваемых кромок перед сваркой. Повышенное содержание углерода также способствует появлению пор. Поры могут появляться при нарушениях защиты сварочной ванны, повышенной скорости сварки. Основной причиной появления пор при сварке плавящимся электродом является отсыревшее покрытие. Одиночные поры не опасны, но их цепочка влияет на прочность сварного соединения. Участок сварочного шва, в котором присутствуют поры, подлежит переварке предварительной механической зачисткой.

Шлаковые включения — это дефекты сварного шва, выраженные в наличии полостей, заполненных не успевшим всплыть шлаком. Образование шлаковых включений происходит при некачественной подготовке свариваемых кромок и присадочного материала, завышенной скорости сварки или плохой защите ванны. При сварке в защитных газах шлаковые включения встречаются редко. Шлаковые включения могут иметь размер до нескольких десятков миллиметров и поэтому являются очень опасными. Участок шва, на котором шлаковые включения превышают допустимые нормы, подлежит вырубке переварке.

Вольфрамовые включения — возникают при нарушении защиты сварочной ванны при сварке неплавящимся вольфрамовым электродом. Кроме этого вольфрамовые включения возникают при коротких замыканиях или завышенной плотности тока. Особенно часто встречаются вольфрамовые включения при сварке алюминия и его сплавов, в которых вольфрам нерастворим.

Оксидные включения — образуются в результате образования труднорастворимых тугоплавких пленок. Чаще всего они возникают вследствие значительных поверхностных загрязнений или при нарушениях защиты сварочной ванны. Являясь прослойкой в массиве шва, оксидные включения резко снижают прочность сварного соединения могут привести к его разрушению под приложенной в процессе эксплуатации нагрузкой.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector