Сварка стали водородно-кислородным пламенем

Свариваемость низкоуглеродистой стали водородно-кислородным пламенем проверяли на прямоугольных пластинах из стали 08кп толщиной 0,8 мм, стали 08пс толщиной 0,8; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0 мм (ГОСТ 1060-74). Пластины толщиной 0,8 и 1,0 мм сваривали с от-бортовкой и встык без зазора; толщиной 1,5 мм — только встык без зазора, а толщиной 2,0 и 3,0 мм — с зазором (табл. 19).

Перед сваркой пластины зачищали до блеска пламенем горелки и металлической щеткой на ширину 20-30 мм с каждой стороны. Особое внимание уделяли сборке образцов. При сварке пластин встык, особенно толщиной до 1,0 мм, устраняли превышение одной кромки по отношению к другой, а также контролировали величину зазоров. При толщине пластины до 1,5 мм зазор не должен был превышать 1 /2 толщины свариваемого металла.

Для сварки использовали электролизно-водный генератор с газовой горелкой.

В устройстве для регулирования состава газовой смеси происходит разделение (гремучего) газа на две струи, одна из которых остается «чистой», а вторая — насыщается парами неэтилированного бензина А-72. Смешивание струй «чистой» и насыщенной парами бензина гремучего газа происходит в смесительной камере горелки. Характер горения регулируется изменением с помощью вентилей горелки соотношения гремучего газа, обогащенного парами углеводородных соединений, и «чистого» гремучего газа. При наличии в газовой смеси паров бензина пламя становится светящимся с ярко выраженным ядром, что позволяет визуально регулировать характер горения пламени.

Проведенные исследования показали, что для увеличения рас-кислительного потенциала в расплавленном металле шва необходимо, помимо добавления в газовую смесь углеводородных соединений, применять при сварке легированную раскислителями присадочную проволоку марок Св08Г2С, Св07ГС, Св08Г2СЮ, Св08ГЮ, Св08ГСЮ и Св08Г2С4.

При сварке стали нормальным пламенем, полученным при сжигании водородно-кислородной смеси с парами жидких углеводородных соединений, использование низкоуглеродистой присадочной проволоки Св08,Св08А без раскислителей не дало требуемого качества сварного шва. Только при сварке стали нормальным пламенем с использованием присадочной проволоки, легированной раскислителями, возможно получение удовлетворительного формирования сварного шва, и сварное соединение достигает механической прочности не ниже основного металла.

При сварке стали окислительным пламенем, полученным при сжигании чистой водородно-кислородной смеси, практически невозможно получить удовлетворительное сварное соединение при использовании любой из перечисленных выше марок сварочной проволоки. Механическая прочность сварного соединения чрезвычайно низкая, плохая форма шва.

Для оценки качества сварного соединения проводили металлографические исследования структуры металла на зернистость по ГОСТ 5634-65 и проверку степени загрязнения металла шва неметаллическими включениями по эталонным шкалам в соответствии с ГОСТ 1778-70 и ГОСТ 801-78, измерения микротвердости металла сварных швов и механические испытания сварных соединений — по ГОСТ 6996-66 на статический изгиб и статическое растяжение.

Оценку загрязнения металла шва неметаллическими включениями проводили под микроскопом по пятибальной системе методом Ш по ГОСТ 1778-70, сравнивая с эталонами стандартной шкалы. Мик-роструктурные исследования полированных образцов сварных швов в темном и светлом поле позволили при стократном увеличении выявить степень загрязнения швов неметаллическими включениями.

В соответствии с пятибалльной шкалой неметаллические включения были классифицированы следующим образом: оксиды строчечные — ОС; оксиды точечные — ОТ; силикаты хрупкие — СХ; силикаты пластичные — СП; силикаты недеформирующиеся — СН; сульфиды — С; нитриды и карбониты строчечные — НС; нитриды и карбониты точечные — НТ; нитриды алюминия — НА.

Результаты оценки загрязнения сварного шва неметаллическими включениями представлены в табл. 20. Травление щелочным пикратом натрия показало, что сложных неметаллических включений в сварном шве нет. Не обнаружены в структуре шва нитриды. Это связано с незначительным временем нахождения металла в расплавленном состоянии, небольшим подсосом воздуха в факел пламени.

Наиболее характерными включениями являются точечные и строчечные оксиды. Присутствие оксидов объясняется тем, что раскислители, находящиеся в расплавленном металле, активно вступают в реакцию с продуктами горения пламени.

Наличие сульфидов и силикатов в металле шва в основном вызывается переходом серы и кремния в металл шва из присадочной проволоки. Сульфиды были обнаружены при сварке металла присадочной проволокой Св08Г2С и Св07ГС, в которой содержание серы было 0,025% и 0,016% соответственно.

Анализ данных, представленных в табл. 20, показывает, что на количество, характер расположения и строения неметаллических включений влияет скорость сварки и химический состав присадочной проволоки.

Чем больше содержится в проволоке кремния, марганца и алюминия, тем большее количество оксида железа восстанавливается раскислителями и тем больше оксидов, преимущественно марганца, образуется в структуре сварного шва. Чем больше времени формируется сварной шов, т. е. чем меньше скорость газовой сварки, тем больше неметаллических включений образуется в структуре, тем они крупнее. Это обусловлено тем, что с увеличением времени сварки происходит более интенсивное восстановление оксидов железа, которые образуются при окислении кислородом из воздуха и кислородом диссоциированных продуктов газового пламени.

Таким образом, для получения качественного сварного шва с минимальным количеством строчечных неметаллических включений, равномерным расположением точечных включений небольших размеров по сечению шва для газовой сварки низкоуглеродистой стали предпочтительно применение присадочной проволоки Св07ГС, Св08Г2СЮ и массово применяемой Св08Г2С. Сварные швы, выполненные с использованием указанной присадочной проволоки, отличаются хорошей формой шва.

Данные, полученные при измерении микротвердости сварных швов, выполненных различной присадочной проволокой, подтверждают результаты исследования формирования микроструктур. Микротвердость металла во всех исследованных случаях находится в интервале 1500-2300 МПа (табл.21), что соответствует свойствам феррито-перлитной структуры с наличием грубого пластинчатого перлита. Независимо от химического состава присадочного материала, времени сварки твердость швов, в основном, определяется содержанием углерода.

Незначительное повышение твердости наплавленного металла, по сравнению с твердостью основного металла, обусловлено тем, что присадочная проволока содержит различные легирующие элементы, которые используются как раскислители. Присутствующие в шве кремний и марганец, остающиеся после раскисления, растворяются в феррите и повышают его твердость и прочность.

Для сварки стальных деталей указанных выше толщин применяли стандартные сварочные горелки типа Г2-04 и ГЗ-ОЗ. Из них предварительно удаляли инжектор. Это необходимо потому, что «чистый» гремучий газ и газ, обогащенный углеводородными соединениями, подаются в горелку под равным давлением. В табл. 22 приведены зависимости абсолютного давления газовой смеси в газовой системе ЭВГ от номера наконечника и расхода газовой смеси. Изменение давления влияет на скорость истечения газовой смеси и выбирается таким образом, чтобы предотвратить обратный удар, с одной стороны, и выдувание расплавленного металла сварочной ванны и образование прожогов, с другой.

Динамическое давление струи продуктов горения замеряли зондом Грея в рабочей зоне пламени на расстоянии от торца наконечника горелки, равном длине ядра пламени. Исследования показали, что при давлении в газовой системе ЭВГ 106-107 кПа и расходе газовой смеси, вытекающей из наконечника №2 диаметром 1,15 мм, равном 250-280 л/ч, давление струи продуктов горения составляет от 20 до 60 мм водяного столба. Причем давление продуктов горения водородно-кислородной смеси без добавок ниже, а с парами бензина и спирта — выше. Давление струи продуктов горения холодной газовой смеси при тех же параметрах составляет 140-180 мм водяного столба.

Проведенные исследования показали принципиальную возможность использования пламени для сварки стальных деталей толщиной до 3 мм. При этом для управления окислительно-восстановительными процессами в сварочной ванне и получения нормального сварочного пламени необходимо добавлять в гремучий газ пары неэтилированного бензина или пары других жидких углеводородных соединений и использовать присадочную проволоку с раскислите-лями типа Св08ГС или Св08Г2С.

Данный раздел создан на основании материалов Книги: "Обработка материалов водородно - кислородным пламенем" Корж В. Н., Попиль Ю.С. 2010г.