Влияние покрытий на химический состав дуги Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

_________________________________________ © И.Р. Сабиров, Е.А. Зерни,

А.В. Крюков, М.А. Кузнецов,

2010

УДК 621.791.01

И.Р. Сабиров, Е.А. Зерни, А.В. Крюков,

М.А. Кузнецов

ВЛИЯНИЕ ПОКРЫТИЙ НА ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ДУГИ

Рассмотрено влияние покрытий, применяемых при сварке плавящимся электродом на химический состав сварочной дуги.

Ключевые слова: Сварка, потенциал ионизации, дуга, химический состав стабильность горения дуги.

Сварка в защитных газах плавящимся электродом занимает одно из ведущих мест во всех отраслях промышленности, в том числе при изготовлении и ремонте горношахтного оборудования, как у нас в стране, так и за рубежом.

При дуговой сварке существенное значение имеют процессы, протекающие в плазме дуги. От них зависят стабильность горения дуги, распределение энергии между основным металлом и электродом, формирование сварных швов и их пористость.

В работах [1, 2] описано повышение эффективности применения покрытий при дуговой сварке плавлением за счет введения элементов с низким потенциалом ионизации. Это позволяет снизить количество потерь металла на угар и разбрызгивание за счет улучшения стабильности горения дуги.

В данной работе был получен качественный хим. состав плазмы дуги с помощью спектрального анализа. Для этого была создана экспериментальная установка (рис. 1).

Спектральный анализ проводился на спектрографе ИСП-28. Рабочий промежуток составлял 2 мм. Источником возбуждения спектра послужила дуга постоянного тока 3А. В качестве анода использовалась сварочная проволока Св-08Г2С, за катод взяли металлическую пластику толщиной 3 мм. Щель прибора освещалась при помощи трех линзовой системы. При проведении опыта выделялся прианодный слой (ширина щели 0,01 мм, высота 2 мм).

тра, 2 - пластина, 3 - электрод

Таблицаї

Виды покрытия на пластинах

Маркировка пластины 1 3 6

Вид покрытия Без покрытия Покрытие [3] Покрытие [4]

Таблица 2

Результаты спектрального анализа дугового промежутка

Пластина Fe Мп 8І Сг к Mg №

1 >10% >10% 0,1- 1% 0,01- 0,1% - следы

3 >10% >10% 0,1- 1% 0,01- 0,1% 0,1- 1% 0,01- 0,1% 0,01- 0,1% следы

6 >10% 1- 10% 0,1- 1% 0,01- 0,1% - 0,01- 0,1% 0,01- 0,1% следы

Спектр фотографировали на аэрофотопленку через диафрагму Гартмана. Пленка проявлялась в проявителе в течении 4 мин., время закрепления составляло 7 мин. Расшифровка спектра проводилась на спектропроекторе СІ II1-2.

При проведении опыта применяли три пластины с маркировками №1, №3, №6.

Результаты анализа представлены в табл. 2.

В работах [1, 2] описывалось, что с применением покрытия [3] снижаются потери металла на угар и разбрызгивание. По результатам спектрального анализа установлено, что в дуговом промежутке при использовании покрытия [3] появляется такой элемент как калий, имеющий более низкий потенциал ионизации.

Пластина Fe Mn 81 Сг к Mg

1 88% 10% 1% 0,1% -

3 88% 10% 1% 0,1% 0,1-1% 0,1% 0,1%

6 88% 10% 1% 0,1% - 0,1% 0,1%

Рис. 2. Изменение эффективного потенциала ионизации в зависимости от концентрации калия

Появление данного металла, снижает эффективный потенциал ионизации дугового промежутка и, как следствие, стабилизирует процесс горения дуги [5, 6, 7, 8].

По полученным данным спектрального анализа был проведен расчет эффективного потенциала ионизации газа по формуле [9].

Т , ^„1/2 , 5800• и1Ч

и0 =-------1п > V ехр(-----------^,

0 5800 V 1 Т

где V1 - концентрация 1-го газа в смеси; и1 - потенциал ионизации 1го газа в смеси; Т - темература, К.

Т.к. Значение температуры не изменяет качественные результаты расчетов, то для упрощения последних принимаем Т=5800К.

Для расчетов были применены уточненные химические составы плазмы, полученные при спектральном анализе.

Были получены следующие результаты расчетов:

Эффективный потенциал ионизации первого химического состава - и0=7,33В;

Эффективный потенциал ионизации второго химического состава представлен на графике (рис. 2);

Эффективный потенциал ионизации третьего химического состава - и0=7,05В.

Вывод

Введение в состав функционального покрытия такого химического элемента, как калий, приводит к снижению эффективного потенциала ионизации. Это ведет к увеличению стабильности горения дуги.

Работа выполнена в рамках гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых - кандидатов наук и их научных руководителей. Номер гранта МК-3993.2008.8 (2008 - 2009 г. г.).

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

1. Иванова И.С., Сабиров И.Р. Роль элементов активаторов при дуговой сварке плавлением. // «Знания, умения, навыки - путь к созданию новых инженерных решений»: Материалы Университетской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной 100-летию со дня рождения Никитина Николая Васильевича, выдающегося российского инженера и ученого в области строительных конструкций. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета,2007. с.40-42.

2. Сабиров И.Р., Зернин Е.А., Иванова И.С. Повышение эффективности применения покрытий при дуговой сварке плавлением. // Металлургия: технологии, управление, инновации, качество. Труды Всероссийской научно-практической конференции - Новокузнецк, Сибирский государственный индустриальный университет, 2007 - с. 186-190

3. Сабиров И.Р., Сапожков С.Б., Зернин Е.А. Заявка на изобретение Функциональное покрытие для дуговой сварки плавлением. Регистрационный номер 2007140588.

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. №35.

5. Зандберг Э.Я., Ионов Н.И. Поверхностная ионизация. М.: Наука, 1969. 432

с.

6. Основные свойства некоторых газов при высоких температурах. Справоч-ник/Л.И. Греков, Ю.В. Москвин, В.С. Романичев, О.Н. Фаворский. М. Машиностроение, 1964. 40 с.

7. Варуха Е.Н., Ленивкин В.А. Перенос электродного металла при сварке по слою активаторов // Сварочное производство, 1986, № 5, с.32-34.

8. Фоменко В.С., Подчерняева И.А. Эмиссионные и адсорбционные свойства вещества и материалов: Справочник. М.: Атомиздат, 1975. 320 с.

9. Теория сварочных процессов: Учебник для вузов / А.В. Коновалов, А.С. Куркин, Э.Л. Макаров, В.М. Неровный, Б.Ф. Якушин; Под. Ред. В.М. Неровного. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. - 752 с.

— Коротко об авторах -----------------------------------------------

Сабиров И.Р., Зернин, А.В. Крюков, Кузнецов М.А. - Юргинский технологический институт (филиал) Томского политехнического университета, г. Юрга, E-mail: [email protected]