Тепловые процессы, протекающие при сварке

Важной характеристикой при сварке является погонная энергия (Дж/см), которая характеризует количество теплоты, введенное в единицу длины однопроходного валика

(1.11)

Но, по (1.8) ,

тогда: (1.12)

Расчеты показывают, что в случае сварки углеродистых сталей ручной дуговой или автоматической сваркой под слоем флюса можно использовать уравнение:

(1.13)

где: – сечение шва измерено в мм²

При горении дуги тепло распространяется в разные стороны от шва. В случае полубесконечных пластин температуру в ее любой точке на расстоянии от центра дуги можно определить по формуле:

(1.14)

 

где: – коэффициент теплопроводности, Вт/см °С;

– расстояние от центра дуги до рассматриваемой точки, см;

– коэффициент температуропроводимости, см²/с.

v – скорость перемещения электрода см/с.

Таблица 1.2.

Материал	Коэффициент теплопроводности, , Вт/см °С	Объемная теплоемкость, Дж/см^3 °С	Коэффициент температуропроводимости, , см^2/с
Низкоуглеродистые и низколегированные стали	0,38–0,42	5,04–5,25	0,053–0,09
Нержавеющие аустенитные стали	0,25–0,34	4,74–4,83	0,053–0,07
Медь	3,7–3,78	3,86–3,99	0,95–0,96
Латунь	1,18	3,48	0,34
Алюминий	2,73	2,2	1,0
Титан	0,1	2,85	0,06

Если же , то (1.15)

при и это параболическая зависимость.

Электроды для сварки сталей

Сталь – это сплав железа с углеродом, содержание которого меньше 2,14%. Стали бывают конструкционные и инструментальные. В конструкционных сталях углерода не более 0,8%. В зависимости от содержания вредных примесей углеродистые стали бывают обыкновенного качества: Ст0, Ст1, Ст2, Ст3 и качественные: сталь 10, сталь 30, сталь 45 и т.д.

Если в сталь для улучшения ее свойств вводят дополнительно другие элементы, то такие стали называются легированными, а элементы – легирующими.

В маркировке легированных сталей элементы обозначаются следующими буквами:

В – вольфрам, М – молибден, Г – марганец, К – кобальт, С – кремний, Х – хром, Ю – алюминий, Н – никель, Ц – медь, Т – титан, Ф – ванадий, Б – ниобий и т.п. Так, сталь 38Х2МЮ содержит 0,38%, С, 2% хрома, 1% молибдена, 1% алюминия.

Углеродистые стали бывают низкоуглеродистые, содержащие углерода менее или ровно 0,25; среднеуглеродистые <0,50%; высокоуглеродистые, содержащие углерода более 0,50%.

Легированные стали бывают низколегированными, когда сумма легирующих элементов ≤3%, среднелегированными, когда эта сумма больше 3%, но меньше 10%; и высоколегированными, если больше 10 %.

Электроды для сварки должны быть близки по химсоставу к свариваемому материалу.

Их изготавливают из специальной сварочной проволоки диаметрами: 0,3; 0,5; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10,0; 12,0 мм.

Для сварки углеродистых сталей используют проволоку Св-08 (содержащую углерода 0,08 %); Св-08Г, Св-10ГА и др.

В случае сварки легированной и высоколегированной сталей применяют, например, проволоку Св-08Г2С, Св-20ГСТЮА, Св-12Х13, Св-01ХІ8Н9 и т.д. ГОСТ 2246-70.

Электроды выпускаются для сварки углеродистых сталей, теплоустойчивых низко- и высоколегированных сталей. Кроме этого, выпускаются электроды для наплавки металла.

Электроды для сварки углеродистых сталей в соответствии с ГОСТ 467-75 обозначаются буквой Э, после которой следуют цифры, соответствующие минимальному значению гарантируемого временного сопротивления разрыву сварного шва, выполненного данными электродами. Например, Э-42 означает тип электрода, которого равно 420 МПа. Если в конце маркировки стоит буква А, то это означает, что данный электрод обеспечивает более высокие пластические свойства металла шва. Например, Э-42А.

Электроды для сварки теплоустойчивых сталей по ГОСТ 9467-75 обозначаются буквой Э, а буквы, следующие за ней, указывают на химический состав электрода. Например, Э-10Х3МIВФ означает, что в состав электрода, кроме железа, входит 0,10 % углерода, до 3 % хрома, до 1 % молибдена, а ниобия и ванадия менее 1 % каждого.

Требования на электроды для высоколегированных сталей определяет ГОСТ 10062-75. Они маркируются аналогично, например, Э-08Х24Н6ТАФМ. Такой же принцип маркировки и электродов, которые предназначены для наплавки с целью повышения износостойкости. Они регламентируются в соответствии с ГОСТ 10051-75. Пример маркировки – Э-70Х3СМТ.

Качество сварного шва определяется не только составом сварочной проволоки, но и покрытием. Наиболее распространенные качественные покрытия, в состав которых входят стабилизирующие добавки, окислы, содержащие атомы легкоионизирующихся щелочных металлов (CaCO₃, NaCО₃ и др.), газообразующие, защищающие образовавшуюся каплю металла от взаимодействия с воздухом и состоящие из пищевой или древесной муки, крахмала, декстрина или целлюлозы, шлакообразующие, защищающие ванну жидкого металла от воздействия воздуха и состоящие из окислов титана, кремния, алюминия, кальция, железа и марганца, а также плавикового шпата (CаF₂), легирующие в виде феррохрома, ферромолибдена и др. раскисляющие, восстанавливающие закись железа и состоящие из ферромарганца, ферросилиция, ферротитана и алюминия, а также связывающие, в качестве которых чаще всего используют жидкое стекло.

Толщина покрытия – в зависимости от отношения диаметра покрытого электрода Д к диаметру электродного стержня бывает тонкой – М; средней – С; толстой – Д; особо толстой – Г. Стандартная длина электродов диаметром 1-3 мм составляет 250-350 мм, а диаметром более 3 мм – 450 мм.