LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Технологія металів. Машинобуд. → Підвищення якості металу шва при зварюванні електродами з кислим покриттям шляхом застосування чавунного порошку

порошку в покритті ільменітових електродів, в залежності від вмісту феромарганцю і ільменіту в електродному покритті, при умові що вміст вуглецю в наплавленому металі не перевищує 0,12 %


(%ЧП) мах = ,


де (%FeMn) і (%Ільм) – масові долі феромарганцю і ільменіту в електродному покритті;

Кспер. – коефіцієнт переходу вуглецю;

Км.п. – коефіцієнт маси покриття електродів;

[C]ч.п. – вміст вуглецю в чавунному порошку,

а також від вмісту марганцю в наплавленому металі при заданій його концентрації



де [Mn] – вміст марганцю в наплавленому металі, %;

КMnпер. – коефіцієнт переходу марганцю.

Експериментальні дані показують, що при однакових масових долях феромарганцю і чавунного порошку в покритті вміст вуглецю і марганцю в наплавленому металі змінюється в залежності від окислювальної здатності покриття, яка визначається кількістю ільменітового концентрату, що підтверджує правильність розрахункового методу.

Дослідження особливостей окислення вуглецю при зварюванні ільменітовими електродами. Припускається, що процес окислення вуглецю чавунного порошку, на стадії краплі протікає по по наступній схемі (рис. 1): в процесі плавлення електродного стрижня 1 і нагріву електродного покриття 2 до температури вище 1450 К у ньому розплавляються частки чавунного порошку 3 . Вуглецевий розплав, проходячи через шар рідкого шлаку 6, накопичується у вигляді прошарку вуглецевого розплаву 5 під краплею, що росте 4. Цей прошарок є ефективним відновлювачем. В результаті вміст вуглецю в краплі буде визначатися протіканням окислювально-відновлювальних реакцій між газовою фазою дуги 7 і рідкими фазами на кінці електрода – шлаком 6, вуглецевим розплавом 5 і металом краплі 4. Окислювачем вуглецю в розплаві є кисень, який розчинений в металі і надходить із шлаку [C] + [O] = CO. Для здійснення цієї реакції необхідне надходження кисню із шлаку 6 в розплав 5. Цей процес є багатостадійним і містить наступні стадії: дифузія молекулярного кисню до поверхні розплавленого шлаку із газової фази дуги; адсорбціонно-хімічна взаємодія кисню з іонами двохвалентного заліза вуглецевого розплаву в прилягаючому шарі шлаку О2 + 2Fe2+ + 3O2- = 2FeO2-; перенесення іонів кисню О2- через шар шлаку; зустрічна дифузія іонів Fe3+ і Fe2+ у шлаку; розряд іонів кисню на поверхні рідкого розплаву і розчинення атомарного кисню (О2-) = [O] + 2е; відновлення іонів трьохвалентного заліза (Fe3+) + е = (Fe2+); дифузія кисню і вуглецю у металі вуглецевого прошарку до місця реакції; хімічна реакція [C] +[O] = CO у вуглецевому прошарку; утворення і видалення СО.

СО у вигляді бульбашок переходить через кордон вуглецевий прошарок - крапля і потрапляє у метал останньої. При цьому, у процесі барботажу газові бульбашки переносять з собою в краплю невеликі об'єми вуглецевого розплаву, внаслідок чого вона пронизується великою кількістю бульбашок СО і включень чавуну, що піднімаються догори. У нижній, найбільш нагрітій частині краплі, що росте, протікає реакція доокислення вуглецю з виділенням СО в зону дуги, яка не завершилась у вуглецевому розплаві 9. При цьому залишковий вміст вуглецю у краплі, яка сформувалась 8 і проходить через стовп дуги 7, наближається до рівноважного з розчиненим киснем.


















Рис. 1. Схема процесу окислення вуглецю чавунного порошку на стадії краплі:1 – електродний стержень; 2 – електродне покриття; 3 – чавунний порошок; 4 – капля що росте; 5 – вуглецевий розплав; 6 – рідкий шлак; 7 – газова фаза дуги; 8 – сформована крапля

Визначені втрати вуглецю із чавунного порошку і графіту в електродному покритті ільменітового виду при зварюванні. Встановлено, що втрати вуглецю у складі чавуну вищі, ніж у графіту приблизно в 1,5 рази. Встановлено, що швидкість окислення зв'язаного у Fe-C сплав вуглецю на стадії краплі в 2 рази вища, ніж у графіту.

Розрахунок складу і основності шлаку проводили з метою оцінки окислювальної здатності електродних покриттів з чавунним порошком. Розрахункова основність дослідних електродів близька до 1 і незначно підвищується по мірі збільшення вмісту чавунного порошку, що пояснюється одночасним зменшенням вмісту ільменітового концентрату. Фактична основність близька до розрахункової, але має тенденцію до невеликого зниження при збільшенні вмісту чавунного порошку в покритті, що пояснюються зменшенням вмісту основного оксиду FeO у шлаку, внаслідок розкислення його вуглецем.

Дослідження впливу вмісту вуглецю в електродних покриттях на утворення пор у швах. Встановлено, що утворення пор у швах ільменітових електродів залежить від кількості і виду вуглецю, що вводиться в електродне покриття, а причини утворення пор мають деяку відмінність. При використанні графіту, за рахунок реакцій розкислення вуглецем в газовій і шлаковій фазах, знижується окислювальний потенціал покриття, що призводить до розвитку кремнієвідновлювального процесу, зменшенню швидкості виділення газів із металу шва і утворенню пор. При цьому поряд з провідною роллю водню в утворенні пор проявляється і підвищене виділення СО, що збільшується з ростом вмісту графіту в покритті. Виділення СО призводить до кипіння зварювальної ванни і утворенню пор і свищів при швидкому охолодженні шва.

Розкислення електродного металу чавунним порошком проходить, в основному, на стадії краплі і в зварювальну ванну переходить метал з низьким вмістом вуглецю, кисню і кремнію, тому кремнієвідновлювальний процес у ванні незначний. Відсутність надлишкового вуглецю (понад 0,08 %) не призводить до виділення СО, а причиною пор, як і у рутилових електродів, є водень. При введенні надлишкового чавунного порошку, для даної шлакової системи, можливе збільшення вмісту вуглецю у наплавленому металі і утворення пор по схемі, аналогічній графіту.

Дослідження впливу процесу розкислення вуглецем на вміст неметалічних включень у наплавленому металі. Вуглець вигідно відрізняється від інших розкислювачів тим, що газоподібний продукт реакції СО не залишається у вигляді включень, що погіршують якість металу шва. Розкислення вуглецем також дозволяє суттєво зменшити кількість неметалічних включень, що вже знаходяться в сталі за рахунок часткового відновлення оксидів заліза, марганцю, кремнію, титану та алюмінію за рахунок зміщення вправо , при підвищенні температури, рівноваги реакції (MexOy) + y[C] = x[Me] + y{CO}.

Експериментально встановлено, що розкислення чавунним порошком забезпечує перехід у зварювальну ванну більш чистого по неметалічним включенням металу в 1,3...1,4 рази у порівнянні з ільменітовими електродами. Це наближає їх до рівня рутилових, а графіт, що окислюється в основному в газовій і шлаковій фазі дуги, участі в розкисленні металу краплі практично не приймає.