V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Термин пора используется для описания несплошностей глобулярной формы, полых по своей структуре. Подобные дефекты часто встречаются в металле сварных швов. По сути своей и по механизму эти образования очень напоминают включения, ибо являются результатом протекающих в сварочной ванне химических реакции. Поры отличаются от включений тем, что внутри них чаще всего находится газ, а не твердое вещество, как у включений. Источником появления пор, являются газы, выделяющиеся из охлаждающегося металла, вследствие уменьшения его растворимости при охлаждении, и газы, образующиеся в результате металлургических реакций  в процессе сварки. Механизм образования стартовых пор, скорее всего, может быть вызвано большим перепадом температур, и как следствие, повешенной скоростью охлаждения расплавленного метала, поэтому пузырьки газа не успевают выплыть на поверхность кристаллизующегося метала. 

В качестве источника питания для сварки использовали выпрямитель сварочный «ДУГА». Заготовки под сварку (сталь 09Г2С) механически зачищались. Исследование макро и микро структуры металла проводили с помощью оптического микроскопа Micro 200. Рентгенографическое исследование наплавленного метала проводилось на рентгеновском аппарате РАП 150/300 с использованием пленки ACFA 5D. Исследование химического состава наплавленного металла проводилось на спектральном хим.анализаторе Spektromax.

Известно, что при сварке низкоуглеродистых сталей электродами японского производства NITETTSU L-55SN стартовых пор не образуется. Эти электроды имеют характерную отличительную особенность-отверстие на рабочем торце электрода (рис. 1). Не всегда ось отверстия и ось металлического стержня совпадают.

Диаметр отверстия 1.5 мм, а его глубина колеблется в значениях 3-5 мм. Анализ микроструктуры поверхности отверстия показал, что оно получено сверлением, без температурного и механического воздействия (рис.2). Кроме того, на внешний торец отверстия нанесен тонкий слой покрытия черного цвета. Химический анализ наплавленного металла приведен в таблице 1. 

Таблица 1.  

Химический состав наплавленного металла электрода

Для проверки гипотезы о влияние отверстия на снижение порообразования, на рабочих торцах электродов для сварки низколегированных сталей типа Э50А марки УОНИИ 13/55 сверлением получены отверстия диаметром 1.5 мм и глубиной 4 мм. Затем произведена сварка стыков пластин толщиной 2 мм на прямой и обратной полярности электродами УОНИИ 13/55 с отверстием, без отверстия и NITETTSU L-55SN. Проведенный анализ рентгенографического исследования полученных швов выявил следующее:

1. Все образцы, сваренные электродами УОНИИ 13/55, помимо внешних дефектов (непроваров корня шва, подрезов и наплывов) имеют внутренние дефекты -  поры (единичные, скопления и цепочки) как стартовые, так и на всем протяжении шва;

2. Образцы, сварка которых осуществлялась при помощи электродов японского производства пор не имеют.

Таким образом после проведенных исследований было установлено, что наличие отверстия на рабочем торце  электрода - недостаточное условие для обеспечения безпористого шва.

В качестве покрытия рабочего торца электрода может служить активированный уголь или алюминиевая пудра, которые, вступая в реакцию с прочими компонентами обмазки и стержня, способствуют лучшему раскислению расплавленного металла и повышению начальной температуры процесса.