К вопросу применения функциональных покрытий при механизированной сварке в защитных газах Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

------------------------------------ © И.Р. Сабиров, М.А. Кузнецов,

Е.А. Зернин, Д.Е. Колмогоров,

2011

УДК 621.79.01-52

И.Р. Сабиров, М.А. Кузнецов, Е.А. Зернин,

Д.Е. Колмогоров

К ВОПРОСУ ПРИМЕНЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПОКРЫТИЙ ПРИ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ СВАРКЕ В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ

Рассмотрено влияние функциональных покрытий на химический состав сварного шва и санитарно-гигиенические характеристики атмосферы при механизированной сварке в защитных газах.

Ключевые слова: функциональные покрытия, механизированная сварка в защитных газах, химический состав металла шва, санитарно-гигиенические характеристики.

Лри производстве сварных металлоконструкций во всех без исключения отраслях промышленности наиболее широко применяется механизированная сварка плавящимся электродом в защитных газах. При всех преимуществах, вне зависимости от применяемого сварочного оборудования и материалов, данный способ сварки сопровождается нежелательным явлением - разбрызгиванием электродного металла [1]. Это, в свою очередь, приводит к:

- введению в технологический процесс нежелательной операции - зачистки поверхностей свариваемых изделий;

- ухудшению внешнего вида сварной конструкции;

- возникновению локальных очагов коррозии и т.д.

Для предотвращения набрызгивания электродного металла на свариваемые поверхности применяют различного рода защитные покрытия импортного и отечественного производства.

Известно, что защитные покрытия, попадая непосредственно в зону сварки, влияют на стабильность процесса и, тем самым, увеличивают разбрызгивание расплавленного металла. В связи с этим, при подготовке изделия под сварку не желательно попадание защитных покрытий на свариваемые кромки, что, в общем, усложняет технологический процесс.

Коллективом авторов разработано функциональное покрытие, которое обладает не только защитными свойствами, но

Таблица 1

Маркировка исследуемых образцов

Маркировка Исследуемый образец Маркировка Исследуемый образец

1 Образец с покрытием [4] 4 Образец с покрытием [3]

2 Образец с покрытием [4] с добавлением калия бромоватокислого 5 Образец с покрытием [4] с добавлением гидроксида калия

3 Образец без покрытия. 6 Основной металл

и при попадании в зону сварки стабилизирует процесс, существенно снижая потери электродного металла на разбрызгивание. Эффект достигается за счет введения в состав защитных покрытий элементов с низким потенциалом ионизации - соединений щелочных металлов [2, 3].

Формирование сварного соединения при сварке плавлением сопровождается сложными диффузионными процессами в жидкой и твердой фазах, которые приводят к изменению химического состава в различных зонах, выделению или перераспределению примесей и легирующих элементов. Возникает вопрос о влиянии различного рода покрытий на химический состав сварного шва в случае попадания их в зону сварки.

В работе проведены исследования влияния функциональных покрытий на химический состав сварного шва при механизированной сварке в углекислом газе. Для исследования использовались образцы (пластины) из низкоуглеродистой конструкционной стали, пост для механизированной сварки в защитных газах, сварочная проволока Св-08ГСМТ-0 диаметром 1,2 мм. Образцы покрывали функциональными покрытиями, после высыхания накладывали сварные швы. Сварка проводилась на следующих режимах: 1св = 230А, исв = 23В. Исследуемые образцы представлены в табл. 1.

Контроль химического состава металла сварного шва проведен по ГОСТ 22536.1-88, 22536.4-88, 22536.5-87, 22536.2-87, 22536.388, 12350-78. Отбор пробы сварного шва производился по ГОСТ 7122-81.

Таблица 2

Результаты химического анализа сварного шва

Маркировка образца

Массовая доля элементов, %

С 8і Mn 8 Р

6 0,21 0,4 0,79 0,025 0,019

3 0,11 0,37 1,39 0,02 0,014

1 0,11 0,39 1,38 0,022 0,014

2 0,11 0,38 1,08 0,021 0,012

4 0,11 0,18 1,1 0,024 0,013

5 0,12 0,4 0,79 0,024 0,012

В результате проведения исследований получены значения, представленные в табл. 2.

В результате анализа химического состава сварных швов исследуемых образцов установлено:

1. Содержание углерода в сварных швах снижается по сравнению с составом основного металла в результате его выгорания в процессе сварки.

2. Функциональные покрытия с активирующими добавками оказывают влияние на химический состав сварного шва, в частности на процентное содержание элементов кремния и марганца. Кроме того наблюдается снижение процентного содержания фосфора - вредной примеси, ухудшающей механические свойства, вызывая хладноломкость у низколегированных и углеродистых сталей. Однако это требует дальнейшего изучения.

Учитывая влияние компонентов функциональных покрытий на химический состав металла шва, встает вопрос о выделении тех или иных химических элементов в атмосферу в процессе сварки. Трудовой процесс сварщика осуществляется в определенной рабочей среде, факторы которой могут оказывать влияние на сварщика. С гигиенических позиций практически все способы сварки несовершенны и характеризуются наличием вредных и опасных факторов физической и химической природы [5]. Широко применяемые в последнее время защитные покрытия оказывают влияние на качественный состав сварочного аэрозоля при дуговой сварке плавлением. В данной работе были проведены исследования по количеству пыли, образующейся при сварке, ее химическому составу; содержанию в пыли марганца, диоксида кремния, хрома, фтористого водорода, оксида фосфора (V).

18,1

10,1

■ I . Я . I □

1,16

t

0,0034

0,0034

0,0033

0,0029

0,0028

0,003 0,003 0,003 0,003

un

Рис. 1. Зависимость концентрации компонентов сварочной аэрозоли (р, мг/м3) при механизированной сварке в углекислом газе от применения различных функциональных покрытий: а - сварочная пыль; б - диоксид кремния; в -угарный газ; г - марганец; д - хром (шестивалентный); е -фтористый водород; ж - оксид фосфора (V). Цифрами по оси абсцисс обозначены испытуемые образцы (табл. 1)

Механизированная сварка в углекислом газе производилась на стальных образцах с нанесенными на них функциональными покрытиями (табл. 1).

Отбор проб воздуха для определения уровня загрязнения воздушной среды проводился в зоне дыхания сварщика. В исследованиях использовали следующие оборудование: аспиратор для отбора проб воздуха мод. 822; барометр-анероид БАММ-1; психрометр аспирационный МВ-4М; газоанализатор «ЭЛАН-СО-50».

Аспиратор работал 20 минут при каждом отборе пробы, протягивая за это время 0,2 м3 воздуха. Количество образующейся при сварке пыли определяли по разности весов фильтров, через которые осуществлялось протягивание воздуха [1]:

М, - М 2

Р _ 1_____2_

V ,

где М1 - масса фильтра после сварки и контрольного времени, г; М2 - исходная масса фильтра, г; V- объем протянутого через фильтр воздуха, м3.

Анализ результатов исследований показал, что применение покрытий при дуговой сварке плавящимся электродом в активных газах незначительно влияет на концентрацию выделяемых компонентов сварочной аэрозоли (СА). Установлено, что превышение предельно допустимых концентраций компонентов СА не наблюдается.

В результате определения химического состава сварного соединения у образца №4 (табл. 2) наблюдается снижение кремния в два раза. По полученным данным при определении концентрации компонентов СА у образца №4 наблюдается максимальное выделение диоксида кремния (рис. 1, б), что свидетельствует о его выгорании.

---------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Федько В.Т. Технология, теоретические основы и средства снижения трудоемкости при сварке в углекислом газе: Учебник. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 2004. - 398 с.

2. Сабиров И.Р., Ильященко Д.П., Зернин Е.А. Применение функциональных покрытий при дуговой сварке плавящимся электродом. // Новые промышленные технологии, 2009, №1, с. 7-8.

3. Сабиров И.Р., Сапожков С.Б., Зернин Е.А. Функциональное покрытие для дуговой сварки плавлением. // Патент на изобретение №2353491 (РФ). Приоритет от 02.10.2007. В23К 35/36. Опубл. 27.04.2009. Бюл. №12.

4. Федько В.Т., Сапожков С.Б., Дведенидов А.Н., Рычагов В.П., Зернина Е.В., Зернин Е.А., Щербинин С.В. Покрытие для защиты поверхности от налипания брызг расплавленного металла. Патент №2219031. Приоритет от 06.11.2001г. Бюл.

5. Матвиенко В.Н. Основы экологии. Экология сварочного производства: Учебное пособие по учебной дисциплине «Основы экологии» (для студентов дневного и заочного обучения специальностей 7.092301 - 7.092303) - Мариуполь: ПГТУ, 2004. - 101 с. Ш

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ----------------------------------------------------------

Сабиров И.Р., Кузнецов М.А.,

Зернин Е.А. - кандидат технических наук,

Колмогоров Д.Е. - кандидат технических наук,

Юргинский технологический институт (филиал) Томского политехнического университета, е-таіі: [email protected]

№35.