Оценка эффективности патентованного средства компании "Arrow Chemicals" Water Based Anti Spatter при металлической дуговой сварке в защитной атмосфере
Автор Д-р С. А. Джонс, сертифицированный инженер, член Института сварки (Великобритания), член Американского общества по сварке (США)
Дата: 6 марта 2011г
Общие сведения о процессе.
Процесс металлической дуговой сварки в защитной атмосфере (SMAW), в Европе известный также как ручная металлическая дуговая сварка (ММА-111), - метод, позволяющий сваривать металл в любых пространственных положениях. Его недостатком является образование брызг, поднимающихся от дуги и сварочной ванны. Эта проблема ста новится особенно острой при сварке в следующих пространственных положениях: нижнем тавровых соединений, вертикальном (сварка снизу вверх) и потолочном - т.е. тогда, когда сила тяжести только усугубляет ситуацию. Схематичное изображение процесса приведено на рис. 1
Рис. 1
Средство "анти-брызги" призвано решить двойную задачу: во-первых, оно должно предотвращать налипание частиц расплава на поверхности, которые сложно защитить металлическими кожухами; во-вторых, оно должно быть безвредно для готового сварного изделия
Исходные данные
Основной металл Марка стали - SA-516V Grade 70 Массовая доля углерода - не более 0,27% Массовая доля марганца - 0,79-1,3% Массовая доля фосфора - не более 0,035% Массовая доля серы - не более 0,035% Массовая доля кремния- 0,13 - 0,45% Углеродный эквивалент (CEv) - 0,46 Размеры пластины 200мм х 100мм х 11мм Исходная температура изделия = 22 - 35o С |
Электрод |
Формат эксперимента и параметры сварки .
Постановка эксперимента.
Согласно плану, во время эксперимента было выполнено нескольких простых сварных швов (валиков), как показано на рис. 2.
Рис. 2
Перед первой серией экспериментов свариваемые поверхности были очищены от рыхлой окалины с помощью проволочной щетки. Согласно регламенту BS EN ISO 6947, вся сварка выполнялась в нижнем положении (РА).
Затем поверхности были обильно смочены раствором С830 (см. рис. 3-4, которые изображают степень смачивания поверхностей, необходимую для достижения двух основных целей эксперимента).
Первая цель эксперимента - оценить легкость, с которой могут быть удалены брызги расплава, вторая - оценить реактивность средства относительно сварочной дуги, способность конденсироваться и усиливать выделение водорода.
Второй фактор очень важен при выполнении сварки высокой интенсивности, которая может привести к образованию пор поверхности и всего изделия, более того, сварные изделия могут быть подвержены отсроченному крекингу под давлением водорода, зависящему от углеродного эквивалента, скорости охлаждения, остаточного напряжения и уровня водорода, сохранившегося в расплаве и зоне воздействия тепла (HAZ).
![]() |
![]() |
|||
Рис. 3
|
Рис. 4
|
Используемые параметры сварки.
Электрод для данной серии экспериментов может использоваться с переменным, постоянным отрицательным и постоянным положительным током; испытания проводились с использованием только одного вида электропитания - постоянного положительного тока, когда 2/3 проводимого тепла обеспечивается через электрод. Все параметры, при которых проводилась первая серия экспериментов, обозначены как Сварка 1 - 3; они соответствуют параметрам сварки, рекомендованным производителем.
Серия экспериментов 1: Сварка валика, наплавленного на пластину.
Рис. 5 |
Рис. 6 |
Сварка № 1 |
После однократного выполнения сварки можно заметить появление белого налета и отсутствие налипания брызг на поверхность. Более того, отсутствует пористость поверхности, что означает, что средство на основе воды при выбранных условиях достаточно инертно.
Сварка под номером два проводилась при меньшей силе тока (110А), чтобы оценить изменение плотности тока и то, как оно повлияло на эксперимент при сохранении остальных условий. Пластина была снова обработана раствором С830, как показано на рис. 7.
Сварка № 2 Полярность = постоянный положительный ток (обратная полярность) Сила тока = 110А Напряжение = 20В Скорость продвижения = 1,5 м/с КПД = 0,85 Потребляемая энергия на единицу длины = 1,25 кДж/мм Плотность тока = 13,7 А/ мм2 |
Рис. 7 |
Более низкая плотность тока при практически неизменной потребляемой энергии на единицу длины привела к образованию изотермической области, движущейся перед сварочной ванной, которая напоминает 'ударную волну'. При более детальном рассмотрении можно заметить, что в зоне сварки на ~8мм впереди движущейся дуги возникло "пузырение" раствора С830, что привело к его быстрому испарению. И вновь было обнаружено отсутствие пористости, а также минимальное налипание сварочных брызг на исходный металл.
Показательна легкость, с который затвердевший шлак самоочищался от поверхности сварки и металла - см. рис. 8,9 и 10.
Рис.8
Рис. 9
Рис. 10
Обратите внимание на чистоту сварочной поверхности и прилегающего металла, очищенного только при помощи неразволокняющейся материи.
Сварка №3 проводилась при наименьшей возможной силе тока, рекомендованной производителем электрода, - 80А. Работа при столь низкой плотности тока и неизменных свойствах обильно смоченной поверхности дает наиулчшую возможность оценить образование пор при этих испытаниях.
Выполнение сварки при столь низкой силе тока предполагает большую неравномерность сварочной дуги как результат меньшей стабильности металла при прохождении через дугу. Тем не менее это не отразилось на результатах эксперимента относительно отсутствия образования пор на поверхности металла или налипания брызг. На рис. 11 и 12 показано состояние неочищенной металлической поверхности и зоны термического воздействия после сварки.
Рис. 11 |
Сварка № 3 Полярность = постоянный положительный ток (обратная полярность) Сила тока = 80А Напряжение = 19В Скорость продвижения = 1,2 м/с КПД = 0,85 Потребляемая энергия на единицу длины = 1,08 кДж/мм Плотность тока = 9,9 А/ мм2 |
Рис. 12 |
И, наконец, сварка осуществлялась на той же пластине без нанесения раствора С830, при этом были установлены параметры сварки № 1. На рис. 13-16 показаны результаты.
Рис. 13 |
Рис. 14 |
Рис. 15 |
Рис. 16 |
Обратите внимание, что брызг гораздо больше, и их намного сложнее удалить с поверхности металла, требуется применение молотка для удаления шлака.
Серия экспериментов 2: угловой сварной шов.
Следующим шагом в оценке свойств средства С830 была проверка его возможностей при выполнении сварки в иных пространственных положениях. Для проведения этих двух испытаний использовались параметры сварки №1; первый эксперимент был проведен с угловым сварным швом, расположенным в положении РВ (нижнее тавровых соединений); см. рис. 17 и 18.
Рис. 17 |
Рис. 18 |
Данные испытания проводились с использованием тех же пластин, но половина пластины была защищена раствором средства С830 - анти-брызги. Результаты снова подтвердили, что применение средства не повлекло за собой пористости поверхности, приводящей к ее растрескиванию, и что шлак на участке применения С830 разламывался и очищался с минимальными усилиями. Рис. 19-21 показывают зоны сразу после сварки и до очищения.
Затем эксперимент был продолжен в положении для сварки РА (нижнее) - рис. 22 иллюстрирует это положение. На рис. 23 и 24 можно сравнить степень налипания брызг на различных участках пластины; ясно видно, что раствор С830 демонстрирует отличные качества при защите от сварочных брызг.
Рис. 22 |
![]() |
![]() |
Рис. 23 Зона без нанесения С830 | Рис. 24 Зона нанесения С830 |
Выводы.
Рекомендации.