Температура окалины от сварки

Обновлено: 24.01.2025

Все отклонения от технологических параметров, вызванные небрежностью в работе, нарушением режимов и внешними причинами, часто не зависящими от сварщика, могут привести к возникновению дефектов в сварочном шве и околшовной зоне, попадающей в область термического воздействия. К дефектам приводит и нарушение технологических приемов как самого процесса сварки, так и некачественная подготовка, неисправность оборудования, отклонения от норм качества сварочных материалов, влияние погодных условий, низкая квалификация сварщика.

Возникновение дефектов часто связано с металлургическими и тепловыми явлениями, возникающими в процессе образования сварочной ванны и ее кристаллизации (горячие и холодные трещины, поры, шлаковые включения и т.д.; Эти дефекты снижают прочность и надежность сварного соединения, его герметичность и коррозионную стойкость. Все это может оказать значительное влияние на эксплуатационные возможности всей конструкции и даже вызвать ее разрушение.

Дефекты сварочных швов могут быть наружными и внутренними.

Наружные дефекты сварочных швов

К наружным дефектам сварных швов (рис.1) относят нарушение размеров и формы шва, подрезы и другие отклонения, которые могут быть обнаружены при внешнем осмотре сварного соединения.

Нарушение формы и размеров сварного шва чаще всего вызваны колебаниями напряжения в электрической сети, небрежностью в работе или низкой квалификацией сварщика, проявляющейся в неправильном выборе режимов, неточном направлении электрода и методике его перемещения. Дефекты проявляются в неодинаковой ширине сварочного шва по его длине, в неравномерности катета угловых швов, чрезмерной выпуклости и резких переходах от основного металла к наплавленному. Отклонения от размеров и формы сварного соединения, проявляющиеся в угловых швах, связаны с неправильной подготовкой кромок, неравномерной скоростью сварки, а также с несвоевременным контрольным обмером шва. При автоматической и полуавтоматической сварке эти дефекты чаще всего связаны с колебаниями напряжения, проскальзыванием проволоки в подающих роликах, нарушениями режимов сварки.

Непровар — местное отсутствие сплавления между свариваемыми элементами, между основным и наплавленным металлом или отдельными слоями шва при многослойной сварке. Причинами непровара являются некачественная подготовка свариваемых кромок (окалина, ржавчина, малый зазор, излишнее притупление и т.д.), большая скорость сварки, смещение электрода с оси стыка, недостаточная сила тока. В результате непровара снижается сечение шва и возникает местная концентрация напряжений, что в конечном итоге снижает прочность сварного соединения. При вибрационных нагрузках даже мелкие непровары могут снижать прочность соединения до 40%. Большие непровары корня шва могут снизить прочность до 70%. Поэтому если непровар превышает допустимую величину, участок шва подлежит удалению с последующей переваркой.

Подрез — дефект, наиболее часто встречающийся при сварке. Он выражен в виде углубления по линии сплавления сварного шва с основным металлом. В результате подреза происходит местное уменьшение толщины основного металла, что приводит к снижению прочности. Особенно опасен подрез в случаях, когда он расположен перпендикулярно действующим рабочим напряжениям. Подрез возникает обычно при повышенном напряжении дуги с завышенной скоростью сварки, когда одна из кромок проплавляется глубже, жидкий металл стекает на горизонтальную плоскость и его не хватает для заполнения канавки. При сварке угловых швов подрезы возникают в основном из-за смещения электрода в сторону вертикальной стенки, что вызывает значительный разогрев, плавление и стекание металла на горизонтальную полку. В стыковых швах подрезы образуются при сварке на больших токах и при неправильном положении присадочного материала. К подрезу могут привести увеличенные углы разделки кромок. Этот дефект обнаруживается визуально и при отклонениях выше установленной нормы полежит переварке с предварительной зачисткой. Подрезы небольшой протяженности, ослабляющие сечение шва не более чем на 5% в конструкциях, работающих под действием статических нагрузок можно считать допустимыми. В конструкциях, работающих на выносливость, подрезы недопустимы.

Наплыв — проявляется в виде натекания металла шва на поверхность основного металла без сплавления с ним. Наплывы резко изменяют очертания швов и тем самым снижают выносливость констукции. Причиной этого дефекта может стать пониженное напряжение дуги, наличие окалины на свариваемых кромках, медленная сварка, когда появляются излишки расплавленного присадочного металла. Чаще всего наплывы возникают при сварке горизонтальных швов на вертикальной плоскости. При сварке кольцевых поворотных стыков наплывы могут возникать при неправильном расположении электрода относительно оси шва. Наплывы большой протяженности недопустимы.

Прожог — сквозное проплавление обычно возникает из-за большого тока при малой скорости сварки. Проявляется он в виде сквозного отверстия в сварочном шве, которое возникает в результате утечки сварочной ванны. При многослойной сварке прожог возникает в процессе выполнения первого прохода шва. Причинами прожога могут стать - завышенный зазор между свариваемыми кромками, недостаточная толщина подкладки или неплотное ее прилегание к основному металлу, что создает предпосылку для утечки сварочной ванны. Прожог может образоваться при внезапной остановке подачи защитного газа. При сварке поворотных кольцевых стыков прожоги вызываются неправильным расположением электрода относительно зенита. Дефект обнаруживается визуально и переваривается после предварительной зачистки. Ожоги вызываются попаданием жидкого металла на участки, которые находятся вне сварного шва.

Незаваренный кратер — дефект сварного шва, который образуется в виде углублений в местах резкого отрыва дуги в конце сварки. В углублениях кратера могут появляться усадочные рыхлости, часто переходящие в трещины. Кратеры обычно появляются в результате неправильных действий сварщика. При автоматической сварке кратер может появляться в местах выводных планок, где обрывается сварочный шов. Кратеры часто являются причиной начала развития трещин и поэтому недопустимы. Их зачищают и заваривают.

Поверхностное окисление — окалина или пленка оксидов на поверхности сварного соединения. Поверхностное окисление зависит от плохой защиты сварочной ванны, качества подготовки свариваемых кромок, неправильной регулировки подачи защитного газа, его составом, большим вылетом электрода.

Свищ — воронкообразное углубление в сварочном шве, развивающееся из раковины или большой поры. Причиной развития свища чаще всего является некачественная подготовка поверхности и присадочной проволоки под сварку. Дефект обнаруживается визуально и подлежит переварке.

Рис. 1 Наружные дефекты сварных швов, выявляемые внешним осмотром: А — подрез; Б — наплыв; В — прожог; Г — незаваренный кратер; Д —свищ.

Рис. 2. Трещины в сварном шве и околошовной зоне: А — продольная горячая трещина; Б — холодная трещина в околошовной зоне.

Внутренние дефекты сварочных швов

Трещины бывают холодные и горячие (рис. 2). Трещины могут быть как наружными, так и внутренними. Это самые опасные дефекты сварного соединения, часто приводящие к его разрушению. Проявляются они в виде разрыва в сварном шве или в прилегающих к нему зонах. Сначала трещины образуются с очень малым раскрытием, но под действием напряжений их распространение может быть соизмеримо со скоростью звука, в результате чего происходит разрушение конструкции. Причинами образования трещин являются большие напряжения, возникающие при сварке. Чаще всего трещины проявляются при сварке высокоуглеродистых и легированных сталей в результате быстрого охлаждения сварочной ванны. Вероятность появления трещин увеличивается при жестком закреплении свариваемых деталей.

Горячие трещины — появляются в процессе кристаллизации металла при температурах 1100 —1300°С вследствие резкого снижения пластических свойств и развития растягивающих деформаций. Появляются горячие трещины на границах зерен кристаллической решетки. Появлению горячих трещин способствует повышенное содержание в металле шва углерода, кремния, водорода, никеля, серы и фосфора. Горячие трещины могут возникать как в массиве шва, так и в зоне термического влияния. Распространяться горячие трещины могут как вдоль, так и поперек шва. Они могут быть внутренними или выходить на поверхность.

Холодные трещины — возникают при температурах ниже 120°С, то есть сразу после остывания сварочного шва. Кроме того, холодные трещины могут возникнуть и через длительный промежуток времени. Причиной появления холодных трещин являются сварочные напряжения, возникающие во время фазовых превращений, приводящих к снижению прочностных свойств металла. Причиной появления холодных трещин может стать растворенный атомарный водород, не успевший выделиться во время сварки. Причинами попадания водорода могут служить непросушенные швы или сварочные материалы, нарушения защиты сварочной ванны.

Поры — представляют собой полости внутри шва, заполненные не успевшим выделиться газом (в первую очередь водородом). Они могут быть округлой или вытянутой формы, а их размеры зависят от размеров пузырьков образовавшихся газов. Поры могут быть одиночными или развиваться целой цепочкой вдоль сварочного шва. Основными причинами появления пор являются: присутствие вредных примесей в основном или присадочном металлах, ржавчина или другие загрязнения, не удаленные со свариваемых кромок перед сваркой. Повышенное содержание углерода также способствует появлению пор. Поры могут появляться при нарушениях защиты сварочной ванны, повышенной скорости сварки. Основной причиной появления пор при сварке плавящимся электродом является отсыревшее покрытие. Одиночные поры не опасны, но их цепочка влияет на прочность сварного соединения. Участок сварочного шва, в котором присутствуют поры, подлежит переварке предварительной механической зачисткой.

Шлаковые включения — это дефекты сварного шва, выраженные в наличии полостей, заполненных не успевшим всплыть шлаком. Образование шлаковых включений происходит при некачественной подготовке свариваемых кромок и присадочного материала, завышенной скорости сварки или плохой защите ванны. При сварке в защитных газах шлаковые включения встречаются редко. Шлаковые включения могут иметь размер до нескольких десятков миллиметров и поэтому являются очень опасными. Участок шва, на котором шлаковые включения превышают допустимые нормы, подлежит вырубке переварке.

Вольфрамовые включения — возникают при нарушении защиты сварочной ванны при сварке неплавящимся вольфрамовым электродом. Кроме этого вольфрамовые включения возникают при коротких замыканиях или завышенной плотности тока. Особенно часто встречаются вольфрамовые включения при сварке алюминия и его сплавов, в которых вольфрам нерастворим.

Оксидные включения — образуются в результате образования труднорастворимых тугоплавких пленок. Чаще всего они возникают вследствие значительных поверхностных загрязнений или при нарушениях защиты сварочной ванны. Являясь прослойкой в массиве шва, оксидные включения резко снижают прочность сварного соединения могут привести к его разрушению под приложенной в процессе эксплуатации нагрузкой.

Теплосодержание и температура капель электродного металла

Температура расплавленного металла и реагирующих с ним шлака и газов является одним из основных параметров, определяющих физико-химические и металлургические процессы сварки — абсорбцию жидким металлом газов, интенсивность взаимодействия между шлаком и металлом, испарение и др.

Температура капель измерялась при сварке штучными электродами и в защитных газах [3,38, 103, 104, 160, 176 и др.]. В работе [11] имеются сведения о температуре капель при сварке порошковой проволокой. А. А. Ерохин [38] показал, что при сварке штучными электродами с ростом силы тока от 90 до 400 а температура капель увеличивается от 2200 до 2600° С. При напряжениях дуги 15 и 28 в температура капель соответственно составила 2150 и 2350° С. На обратной полярности температура капель на 200 град выше, чем на прямой. При одинаковом токе она выше у электродов меньшего диаметра, а при равной плотности тока — выше у электродов большего диаметра.

Зависимость температуры tK и теплосодержания 5К капель электродного металла от силы тока при сварке в аргоне приведена на рис. 42. При обратной полярности с ростом тока наблюдается резкое увеличение температуры капель и при значениях тока 200— 300 а она достигает точки кипения. Температура капель при прямой полярности на 300—600 град ниже, чем на обратной. Нагрев капель на катоде и аноде определяется характером теплопередачи между дугой, каплей на торце электрода и электродом. При обратной полярности анодное пятно во всех опытах стабильно находится на торце капли и передача тепла дуги электроду осуществляется,
в основном, через капли жидкого металла. С увеличением тока поверхность капли, занимаемая анодным пятном, растет, тепловой поток в каплю увеличивается. Поскольку теплоотвод в проволоку лимитируется площадью контакта капли с проволокой, капля перегревается до температуры кипения.

При прямой полярности катодное пятно на электроде находится в беспорядочном движении. Оно часто перемещается с капли на

Рис. 42. Зависимость теплосодержания и температуры капель электродного металла от сварочного тока при сварке на обратной (1) и прямой (2) полярности [103]:

а — аргон, проволока СВ-08А, d=2 мм; 6 — аргон, проволока Св-0Х18Н9, й=2 мм.

боковую поверхность проволоки, чему способствует наличие окислов и следов волочильной смазки на поверхности проволоки. Тепловой поток из дуги в электрод как бы раздваивается. Часть тепла дуги передается проволоке через каплю, часть — непосредственно через боковую поверхность проволоки. Перегрев капли снижается, растет скорость плавления проволоки. Изменение характера теплопередачи приводит к тому, что при одних и тех же скоростях плавления теплосодержание капель при прямой полярности значительно ниже, чем при обратной.

Теплосодержание капель, помимо режима сварки и полярности тока, зависит от теплофизических свойств металла электрода — температуры плавления и кипения, теплопроводности, удельного сопротивления и т. д. Так, теплосодержание капель при сварке проволокой из технически чистого железа (Св-08А, температура кипения примерно 3070° С) выше, чем при сварке проволокой из нержавеющей стали (Св-0Х18Н9, температура кипения 2850° С).

Следует отметить, что при сварке в аргоне температура капель достигает точки кипения электродного металла при таких значениях сварочного тока, когда обычно наблюдается резкое изменение характера переноса металла — из капельного в струйный.

Результаты измерений теплосодержания и температуры капель при сварке в углекислом газе проволокой Св-08Г2С приведены на рис. 43. Так же, как и при сварке в аргоне, теплосодержание капель при прямой полярности значительно ниже, чем при обратной.

Максимальная температура капель при обратной полярности составляет 2590—2700° С, что несколько ниже температуры кипения стали 08Г2С. Абсолютные значения теплосодержания капель при сварке в углекислом газе в сравнимых условиях также ниже, чем при сварке в аргоне. По-видимому, это вызвано более интен-

сивным охлаждением периферийных зон столба дуги вследствие расхода большого количества тепла на диссоциацию молекул С02. Степень сжатия столба дуги в углекислом газе в сравнении, например, с аргоном увеличивается, уменьшается поверхность анодно-

Рис. 44. Схема установки для опреде-
ления теплосодержания капель элек-
тродного металла:

1 — сосуд Дьюара о тающим льдом; 2 — термопара медь—константан; 3 — экранирующая трубка; 4—медный диск; б— элек« тродная проволока; 6—токоподвод; 7—мед« ная трубка; 8 — войлок; 9 — теплоизоляци* онная прокладка; 10 — блок калориметра.

го пятна, а следовательно, и поверхность, через которую тепло передается капле. Уменьшается степень перегрева.

При сварке проволоками малого диаметра (1,2 и 1,6 мм) при обратной полярности наблюдается максимум теплосодержания капель в определенных пределах токов и снижение его с дальнейшим ростом тока.

Анализ данных, приведенных на рис. 43, показывает, что при одинаковых плотностях тока теплосодержание капель большее
у проволоки большего диаметра. Уменьшение диаметра проволоки препятствует свободному расширению столба дуги, дуга становится сжатой. При этом размеры анодного пятна также ограничиваются, уменьшается поверхность передачи тепла в каплю, снижается ее теплосодержание. Новые данные о теплосодержании капель при сварке порошковой проволокой получены в работе [91].

Теплосодержание электродного металла измерялось калориметром (рис. 44) при сварке порошковой проволокой с рутил-органиче — ским сердечником, состав которой приведен ниже. Блок калори-

Лента 70,0 Рутиловый концентрат 4,1 Полевой шпат 2,4 Ферромарганец 2,2 Ферросилиций 0,2 Крахмал 1,0 Хромпик 1,0 Окалина 1,0 Железный порошок 18.1

метра выполнен в виде эллипсоида вращения с коническим углублением для улавливания капель. Такая форма выбрана для того, чтобы температура во всех точках была по возможности одинаковой. В трубке и блоке зачеканены термопары медь — константан. Холодные спаи термопар погружены в сосуды Дьюара с тающим льдом. Для предотвращения теплообмена между блоком и трубкой они изолированы друг от друга. Изоляция трубки от излучения дуги осуществляется экранирующей втулкой. После сварки верхнюю часть калориметра вместе с трубкой вынимали из корпуса калориметра. Капли из блока извлекались и взвешивались. В процессе проведения опыта контролировалось изменение температуры трубки и блока калориметра. Количество тепла блока Q6n и трубки QTP определяли по формулам

Qбл — Ябл (А^бл — f — ббл), (23)

Qtp = Дтр (А/Тр “Н бтр), (24)

где Ябл, Ятр—водяной эквивалент блока и трубки калориметра, соответственно равный 988 и 386 кал! град А1бл, А^тр— изменение температуры блока и трубки; ббЛ, 6тр— поправки на теплообмен, определяемые из наблюдений за ходом системы в начальный и конечный периоды.

Теплосодержание блока 5бл и трубки Sxp определяли по формулам

где G — масса капель металла.

Суммарное теплосодержание капель вычисляли по формуле

5К = S6j, + 5тр: (27)

При плавлении порошковой проволоки капли металла покрыты шлаком. Поэтому измеренное в калориметре теплосодержание капель 5К представляет сумму теплосодержаний металла SM и шлака

Разделение металла и шлака и определение доли шлака в каплях производилось расплавлением их в алундовом тигле в среде аргона.

Теплосодержание шлака рассчитывали по формуле

где tma—температура шлака; сшл— удельная теплоемкость шлака при температуре 2400° С, определяемая расчетным путем; q—теплота, выделяемая при превращении и плавлении отдельных окислов, входящих в состав шлака; г) — доля шлака в капле (по массе).

В расчетах tm„ была принята равной 2400° С. Это допущение не вносит существенной ошибки в измерения. Расчетные з ачения Аіілі Лшл И 5ШЛ шлака, образующегося при плавлении рутил-органи — ческой проволоки, соответственно составили 0,23 кал/г-град’, 0,102; 70 кал/г.

Температуру металла капель определяли по формуле

tM = tun + AfM. (29)

Здесь tnjl— температура плавления металла; AtM—температура перегрева металла выше точки плавления, определяемая из выражения

где сж— средняя удельная теплоемкость жидкого металла в интер — вале (пл—4ип, равная для малоуглеродистой стали 0,179 кал/г-град; ASM — разность теплосодержаний SM— Snn.

Теплосодержание металла при температуре плавления SnJI определяли по формуле

5пл = ств^пл — 25) + Zql -j — q2, (31)

где ств— средняя удельная теплоемкость металла в интервале температур 25° С — tnjI; Eqt—теплота превращений; q2 —скрытая теплота плавления.

Величины, входящие в формулу (31), определяли по справочным данным и расчетным путем. Было принято ств=0,152 кал/г-град, t„„= 1539° С, 19,3 кал/г и q2 = 65 кал/г, теплосодержание

при температуре плавления металла составило 314,1 кал/г. Общая ошибка измерений теплосодержания ± 27 кал/г, что соответствует температуре ±150°.

Данные о влиянии силы тока на температуру капель fM приведены в табл. 5. Сварка выполнялась на постоянном токе обратной полярности при напряжении дуги 23—25 в. С увеличением тока температура капель повышается. В диапазоне исследованных режимов температура капель металла не достигает точки кипения, как это наблюдается при сварке малоуглеродистой проволокой в аргоне, что, по-видимому, связано с различными энергетическими характеристиками дуги в аргоне и на воздухе. Более высокая температура капель металла наблюдается при повышении напряжения дуги (табл. 6). Это можно в определенной мере объяснить дополнительным нагревом капель в дуговом промежутке.

Экспериментальные данные о влиянии плотности тока на температуру капель иллюстрируются рис. 45. Температура капель растет при увеличении плотности тока.

Температура капель при сварке порошковой проволокой зависит от соотношения масс железа оболочки и сердечника. Поскольку сердечник порошковой проволоки практически не электропро — воден, нагрев и плавление его происходят, в основном, за счет излучения дуги. Чем большая доля «холодного» железа сердечника поступает в каплю, тем ниже ее температура (табл. 7).

Окалина металла

Что это такое? Окалина металла – это, по сути, оксид железа, который образуется во время проката или любой другой термической обработки. Несмотря на то, что никакими ценными свойствами данный продукт окисления не обладает, его используют как сырье для получения железа путем проведения восстановительных процедур.

Как удалить? Таким образом, сразу после обработки детали окалину необходимо убрать. Для этого есть несколько подходов в зависимости от структуры образования. Некоторые типы удаляются легко обдувом, для других нужны специальные устройства.

Механизм образования окалины

В ходе взаимодействия с кислородом воздуха и окисления при горячем прокате на его поверхности образуется окалина. Помимо окислов железа, она может содержать оксиды иных элементов. Как показывает анализ, окалина металла содержит 55–80 % оксида железа (II) и 20–50 % оксида железа (III), и в ней содержится примерно 66–69 % чистого железа.

В сплавах с добавлением хрома в окалине обнаруживается до 1 % оксида хрома (III). В стали, легированной никелем, в ней может содержаться несколько сотых долей процента оксида никеля. Эти окислы содержатся в окалине в количествах, зависящих от режима обработки и химического состава стали.

Окисление стали состоит из двух параллельных процессов: диффузии атомов кислорода от поверхностных слоев вглубь и встречного проникновения металла наружу сквозь оксидный слой.

При нагреве сплава происходит диффузия растворяющегося в окалине железа в ее наружные слои. Как правило, оно диффундирует со скоростью, превышающей скорость проникновения кислорода. Соответственно, отсутствует сплошная зона контакта продукта окисления со сталью. Слой окалины на металле, состоящий из оксида железа (II) имеет пористое строение.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Окалина, образующаяся на горячекатаной стали, проявляет свое неблагоприятное воздействие различными путями. Если продукт окисления недостаточно тщательно удалять с заготовок, это приводит к их развальцовке. В результате после прохождения прокатного стана прокат может иметь дефекты поверхности, снижающие его качество.

Негативное влияние окалины сказывается как на внешнем виде, так и на механических свойствах стали. На избавление от окислов уходит много времени и трудозатрат, что отрицательно отражается на себестоимости готового проката. При развальцовке окалина проникает во внутреннюю структуру металла заготовок, снижая пластичность, долговечность и т. д.

Твердость и прочность вторичной окалины превышает соответствующие показатели материала вальцов стана. Контакт с ней вызывает ускоренный износ деталей. Образующиеся после развальцовки на поверхностях проката окислы снижают качество последующей обработки, включая такие операции, как цинкование, нанесение лакокрасочных покрытий и т. д.

Окалина образуется на прокате в течение всего процесса прокатки металла, это могут быть заготовки, полуфабрикаты или готовый продукт прокатки. В зависимости от того, на каком этапе процесса произошло ее образование, окалина может быть первичной или вторичной.

Формирование первичной или печной окалины происходит во время разогрева металлических заготовок в печах. На свойства и объемы образующегося при нагреве стали слоя окислов влияют временной и температурный режимы обработки и атмосфера, в которой происходит нагревание. Образование вторичной окалины обусловлено паузами в процессе обработки изделий.

На качественные и количественные показатели оказывают влияние химический состав, свойства металла, температура и продолжительность задержек между операциями в ходе технологического процесса. Важно заметить, что наиболее негативно на качестве проката сказываются печные окислы, образующиеся при нагреве стали в окислительной среде.

Разогревая сплав в печи, следует добиваться такого режима, при котором минимизируются формирование окалины и ее прилипание к металлу, что позволит в ходе последующей обработки легко удалить ее с поверхности.

Образующиеся на поверхности углеродистых сталей чешуйки окалины слабо держатся и хорошо удаляются при нагревании в среде окислителя (кислород в концентрации 5–10 %). Ударные воздействия, которыми сопровождается выдача заготовок из печи с последующей укладкой на рольганги, обычно избавляют такой металл от слоя окислов.

Иначе обстоит дело с малоуглеродистыми легированными сталями. На их поверхности окалина держится особенно прочно.

Для очистки заготовок из нержавеющей стали необходимо разогревать их в печах со слабо окисленной атмосферой. Нагрев в среде восстановителей или в нейтральной атмосфере не обеспечивает нужных условий для удаления окалины.

Структура окалины металла

Объединенные одним термином – железная окалина, смеси окислов железа, формирующиеся в ходе взаимодействия раскаленного металла с кислородом воздуха, – включают магнетит Fe3O4, гематит Fe2O3 и вюстит FeО. Окисел составляют два слоя, которые легко отделить друг от друга. Когда их толщина в сумме не превышает 40 нм, такую окалину на металле невозможно разглядеть без специальной оптики.

Если суммарная толщина двух пластов находится в диапазоне от 40 до 500 нм, присутствие окисла выдает радужный отлив. При толщине выше 500 нм окалина проявляет себя постоянным окрасом поверхности.

Гематит, формирующий внешний слой, имеет высокую твердость (около 1 030 единиц по Виккерсу) и крайне низкую растворимость в кислоте. Нехватка кислорода приводит к образованию под верхним слоем более мягкого и также почти нерастворимого в кислоте магнетита. Непосредственно с основным металлом соприкасается слой рыхлого и мягкого вюстита, легко удаляющегося механически или при травлении кислотой.

В зависимости от интенсивности нагрева при обработке заготовок толщина слоев может меняться. При температуре выше +570 °С окалина приобретает четкую трехслойную структуру. При дальнейшем нагревании растет толщина вюститного слоя. Когда обработка происходит при температуре ниже этого порога, большую часть объема окисла занимают слои магнетита и гематита.

Окалина металла сочетает в себе хрупкость с твердостью, что оказывает негативное влияние на свойства готового проката при наличии ее включений в структуре. Несмотря на то, что формирующие окалину окислы железа химически нейтральны и не подвержены дальнейшему окислению при контакте с кислородом, их невозможно использовать как защитное покрытие из-за указанных недостатков.

При скалывании оксидного слоя на обнажившихся участках металл начинает усиленно коррозировать, что связано с разностью потенциалов между основным металлом и слоем окислов. Готовый прокат необходимо максимально тщательно очищать от окислов железа.

Способы удаления окалины металла

Для очистки поверхности от окалины применяют три основных способа. Механическое очищение осуществляется пропусканием заготовок через ролики, обработкой дробью и другими абразивами. В первом случае металл подвергают скручиванию, изгибанию, растяжению или иным деформациям, которые позволяют избавиться от большей части чешуек окалины. Это черновая очистка, предполагающая в дальнейшем дополнительную обработку.

Эффективны методы, основанные на ударном воздействии дроби, песка и других абразивных частиц на окалину. Другая разновидность механической очистки подразумевает применение микрорезцового инструмента, шлифовальных кругов и т. п.

Для очистки проката от окалины с помощью химических методов металл протравливают в кислотных, щелочных или солевых растворах. Большую роль здесь играет состав окисла и его растворимость в кислоте. Относительно высока растворимость вюстита (FeО), тогда как магнетит (Fe3O4) растворяется крайне плохо, а гематит (Fe2O3O) и вовсе нерастворим. Существуют химический и электрохимический методы травления.

При обработке в серной кислоте происходит выделение водорода, который проникает в сплав, вызывая водородную хрупкость, ухудшая физические характеристики и создавая проблемы при дальнейшей обработке заготовок. Чтобы снизить такое негативное воздействие, стальные изделия требуют длительной выдержки после очистки либо сушки с нагреванием.

Для предотвращения разъедания основного металла после удаления чешуек железной окалины в кислой среде необходимо применять специальные добавки, ингибирующие окисление. Важно помнить, что при нагревании рабочего раствора процесс разрушения железных сплавов ускоряется.

При обработке изделий раствором соляной кислоты действуют аналогичные закономерности. Выгодно такую технологию отличает то, что нет необходимости повышать температуру рабочей среды. Кроме того, нагрев свыше +40 °С ведет к выделению хлороводородных соединений. При травлении также происходит образование хлористых солей железа. Очистка металла от окалины раствором соляной кислоты более эффективна и меньше насыщает сплав водородом.

Использование электрохимических методов позволяет значительно ускорить процесс и избежать возникновения водородной хрупкости стали, существенно снизив при этом количество затраченного на травление раствора. Различают анодную, катодную и смешанную технологии.

Выбирать методику обработки следует, исходя из химического состава сплава, назначения изделий, параметров последующей обработки и ряда других показателей.

Применение окалины металла

Многолетний опыт мастеров кузнечного дела показал, что металл с тонким слоем окалины лучше сопротивляется коррозии. В наши дни одним из наиболее популярных видов обработки оружейных стали остается воронение – особый вид пассивации с созданием тонкой оксидной пленки. Меняя параметры обработки и толщину покрытия, можно добиваться различных оттенков внешнего слоя.

Весовая доля прокатной окалины составляет до трех процентов от общей массы готового проката. Такие оксиды используют как сырье в металлургии, так как в них содержится до 75 % железа. Чаще всего эти отходы прокатного производства подвергают очистке и восстановлению, получая из них сталь с низким процентным содержанием углерода.

Нередко разновидности окалины применяются в качестве красящих пигментов и успешно используются строителями. Кроме того, из железного порошка, получаемого из оксидов железа, готовят самонагревающиеся смеси для металлургии и производства продуктов питания.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Сварочные работы в помещении

При сварке используются горючие вещества, высокая температура и разное оборудование, поэтому сварочные работы в помещении должны выполнятся по всем правилам техники безопасности. В противном случае велики шансы на получение травм сварщиком или возникновение пожара.

При этом на безопасность влияет не только технология соединения деталей, но и наличие необходимой защиты у самого сварщика, условия работы в помещении, качество хранения оборудования и материалов для работы. В нашей статье мы расскажем, как провести сварочные работы в помещении безопасно.

Факторы опасности сварочных работ в помещении

Любые сварные операции предполагают использование высокой температуры. Электрод, без которого не обходится электросварка, и горелка для газовой сварки во время работы обладают температурой, измеряемой тысячами градусов по Цельсию. Практически до такой же степени разогреваются обрабатываемые металлические конструкции, вне зависимости от того, идет речь о разрезании или сварке элементов.

Все это приводит к тому, что случайный контакт сварки с воспламеняющимися предметами легко превращается в причину возникновения пожара. Нужно также понимать, что горячий металл способен растекаться, капать, разбрызгиваться вокруг. А значит, во время проведения сварочных работ в помещении нередко прогорают отделочные материалы, может прожигаться мебель.

Наиболее серьезную опасность представляют собой баллоны для газовой сварки – при несоблюдении норм хранения они могут привести к взрыву.

Если вы проводите сварочные работы в помещении, помните о своих соседях, ведь частицы горячего металла могут вылететь за пределы ваших квадратных метров. Допустим, к таким неприятным последствиям может привести сварка на балконе, замена стояков и другие операции, производимые в ванной.

Во время сварочных работ в любом помещении важно не забывать о существующей вероятности возгорания. Рекомендуется заранее уведомить других жильцов о запланированных действиях, а после сварки еще несколько часов отслеживать ситуацию в зоне завершенных работ, чтобы избежать тлеющего возгорания.

Требования безопасности к помещениям, материалам и оборудованию

В норме сварка должна проводиться в предназначенных для этих целей местах со специальным оборудованием и вентиляцией. Когда такие работы приходится осуществлять в закрытых емкостях, помещениях, специалисту важно защитить органы дыхания при помощи дополнительных средств. Техника безопасности при сварочных работах посредством газового оборудования в помещении требует, чтобы баллоны содержались отдельно, а каждое рабочее место было изолировано ширмами.

Рекомендовано к прочтению

Еще одним немаловажным параметром считается освещенность, поэтому необходимо обеспечить достаточный доступ света.

Не забывайте в установленные сроки проводить техобслуживание оборудования, в этом деле вам поможет внесенный в инструкцию график профилактического ремонта.

Все нормы техники безопасности могут быть соблюдены только в специализированных мастерских, где и рекомендуется производить сварку. Для этого элементы свариваемой конструкции укладываются на ровных, чистых поверхностях, не способных проводить ток, либо соединяются друг с другом за счет струбцин, магнитных угольников. Помните, что любое используемое в процессе работы оборудование важно предварительно очистить от грязи и прилипших частиц. Кроме того, для сварки подойдут только инструменты из материалов, не подверженных воспламенению.

Средства защиты при сварочных работах в помещении

Сварщик должен быть одет в спецодежду во время проведения работ. Униформу выдает, закупает нанимающая специалиста организация в соответствии с рядом требований.

Для изготовления униформы сварщика используются негорючие, натуральные материалы. Отметим, что для этих целей не может применяться синтетика. Чаще всего встречаются брезентовые, замшевые костюмы и изделия из спилка. Для проведения сварки в зимнее время года допускается суконная одежда.

Руки сварщика обязательно защищаются специальными перчатками либо варежками. Считается, что самый высокий уровень защиты обеспечивается при помощи рабочих перчаток из спилка, замши. В отличие от этих материалов, брезентовые изделия не выдерживают даже одну смену, так как быстро прогорают.

Обувь может быть изготовлена из разных материалов, однако чаще всего используются кирзовые ботинки и сапоги. По технике безопасности допускается обувь с резиновой подошвой либо из более современных материалов. Опытные сварщики предпочитают ту, в подошве которой отсутствуют сапожные гвозди. Дело в том, что последние даже при минимальной влажности приводят к дискомфорту во время сварочных работ в помещении. Наиболее сильно это проявляется у людей с пониженным уровнем сопротивления тела.

Для защиты лица и в особенности глаз используют сварочную маску либо щиток. Для бытовых нужд их иногда изготавливают своими руками, что чревато проблемами с органами зрения и кожей. Помните, что даже небольшой зазор в конструкции может быть опасен. По этой причине рекомендуется обзавестись простой и недорогой промышленной маской. Тогда вам не придется восстанавливать глаза, постоянно используя специальные капли.

Инспекция по охране труда и технике безопасности предъявляют повышенные требования к сварочным маскам. ГОСТ 9497-60 фиксирует норму, согласно которой светофильтр обеспечивает задержание вредного светового излучения, не мешая при этом контролировать сварочную ванну и положение электрода. Поэтому смотровое окошко должно иметь нормальные размеры, за счет чего сварщик получает достаточный обзор.

Правила проведения сварочных работ в помещении

Любые газопламенные работы не могут производиться:

Без присутствия специалиста учениками газосварщиков, работниками предприятий, не прошедших специальное обучение и не получивших квалификационные удостоверения.
Без предварительной проверки рабочего состояния устройств, а также если были обнаружены неисправности, нарушения правил эксплуатации. К последним относятся повреждения элементов оборудования. Кроме того, работы не должны осуществляться при помощи приборов с истекшим сроком освидетельствования, с негерметичными соединениями.
На конструкциях, элементах оборудования, изделиях, которые незадолго до этого были окрашены сгораемыми грунтовками, лакокрасочными материалами.
В спецодежде, защитных рукавицах, испачканных в растительных жирах, маслах, нефтепродуктах и горючих жидкостях.
При непосредственном контакте баллонов с горючими газами, О₂ с разного рода электрическими кабелями.
На корпусах оборудования, емкостях, трубопроводных обвязках, коммуникациях, если в них находятся горючие, токсичные материалы либо по ним проходит электроток. Аналогичное правило действует на элементы строительных объектов из легких металлоконструкций, утепленных сгораемыми, трудно сгораемыми материалами.

Добиться безопасного проведения сварочных работ в помещении удается за счет точного выполнения организационных, технических мероприятий, зафиксированных в нормативных актах:

Перед началом сварки необходимо произвести подготовку окружающего пространства, очистив его от подверженных горению материалов, включая оставшиеся после производства отходы, сгораемый мусор. Необходимый радиус можно найти в приложении 3 к «ППР в РФ».
Радиус очищаемой зоны непосредственно зависит от того, на какой высоте от уровня пола/земли находится точка сварки. Так, расчищается радиус не менее 5 м при работе на уровне пола и 14 м при сварке в 10 м и более от поверхности пола/земли. Такой подход связан со способностью капель металла, раскаленной окалины, огарков разлетаться в разные стороны.
Перед сваркой разного рода емкостей, участков сетей по перекачке жидких воспламеняемых, сгораемых материалов из них сливают все горючие и легковоспламеняющиеся жидкости.
После опорожнения емкости промывают, обрабатывают горячим паром, проветривают. Далее замеряют содержание опасных веществ в воздухе – это позволяет избежать взрыва, пожара во время сварки.
Для сварочных работ в помещениях с высокой категорией взрывопожарной опасности их заранее проветривают, обеспечивают бесперебойную работу вентиляционных систем, постоянно отслеживают наличие горючих газов, паров.
Все сгораемые конструкции, которые не могут на время работ быть вынесены из помещения и находятся в радиусе зоны очистки, например, настилы полов, необходимо закрыть, занавесить, застелить листовыми, рулонными негорючими материалами. В данном случае могут использоваться металлические экраны, противопожарные полотна/кошмы либо возможна проливка водой.
Допускается ограждение места осуществления сварочных работ в помещении временной сплошной негорючей перегородкой/экраном высотой не ниже 1,8 м, а максимальный зазор до пола – 50 мм. Последний перекрывается металлической сеткой с максимальным размером ячеек 1 мм 2 .
До сварки закрывают все двери, люки в стенах, перегородках, перекрытиях, чтобы не допустить падения искр, окалины, капель расплава металла в находящиеся в непосредственной близости помещения. Любые строительные, технологические, монтажные проемы обязательно защищают несгораемыми экранами, щитами.
Обязательным подготовительным этапом считается оформление, визирование администрацией объекта наряда-допуска на производство огневых работ по форме приложения 4 к «ППР в РФ».
В непосредственной близости от места запланированных сварочных работ в помещении устанавливаются огнетушители. Виды, вес/объем их заряда зафиксированы в приложении 1 к «ППР в РФ».

Требования к хранению материалов и оборудования для сварки в помещениях

Помимо техники безопасности, важно четко следовать нормам содержания, использования сварочных материалов и оборудования.

Далее перечислены элементарные требования к оборудованию, комплектующим:

Для хранения сварочных изделий подходит только отдельное сухое помещение, обработанное от вредителей, грызунов. Дело в том, что отсыревшие или дырявые шланги способны стать причиной взрывов и возгораний во время работ газами, огнем. Идеальными условиями для содержания подобных устройств считаются температура +15 °C, влажность 40 %. Выполнение требований к помещению считается обязательным, так как они входят в условия охраны труда при сварке.
Электроды должны содержаться в сухом, прохладном месте. Повышенная влажность приводит к тому, что они отсыревают, а значит, не могут обеспечить дугу для работы. Если были нарушены правила содержания и электроды вобрали в себя лишнюю влагу, возможна их аккуратная просушка в духовке.
Генераторы устанавливают как можно надежнее – они не должны падать, шататься, задевать другую технику, расположенную поблизости. Категорически не допускается использование генераторов без водяного затвора. Устройство должно быть расположено вертикально и не иметь неисправностей. Согласно нормам техники безопасности работа при температуре ниже 0 °C требует контроля состояния воды. Если она превратилась в лед, к сварке не приступают, пока шланг и водяной затор не будут отогреты.
Могут использоваться только шланги длиной от 20 м. Во время монтажа допускается работа с 40-метровыми шлангами. Ни в коем случае не допускается подсоединение различных приспособлений для одновременного подключения сразу ряда горелок.

Для использования во время сварочных работ шланг должен быть исправен и не иметь повреждений. В процессе газовой сварки не может осуществляться смена мест шлангов, предназначенных для подачи кислорода и ацетилена. Для их плотного закрепления используют хомуты либо проволоку. Шланги содержатся в соответствии с нормами хранения сварочных материалов, их необходимо складывать кольцами, не допуская переломов, придавливания.

В процессе откручивания вентиля нельзя допускать попадания газового потока на стоящих рядом работников. Баллоны устанавливают вертикально, располагая на ровной поверхности, либо могут использоваться подставки, закрепляемые хомутами. Баллон не может находиться на расстоянии менее 5 м от источника пламени. Между ним и отопительным прибором должно сохраняться расстояние не менее 1 м.

Точно следуя нормам использования сварочных материалов, вы обеспечиваете собственную безопасность во время сварочных работ в помещении.

Железная окалина

На поверхности изделий, получаемых путем горячей прокатки, присутствует железная окалина. Ее возникновение обусловлено особенностями данного производственного процесса. Окалина значительно сокращает коррозионную стойкость материала и усложняет последующую обработку, поэтому необходимо полное ее удаление.

Процесс образования

Рассматриваемое покрытие представлено продуктом окисления металла. Его формирование связано с высокими температурами и происходит при обработке металла температурой либо давлением. Прокат в любом случае покрыт окисным слоем. Он образуется на открытом воздухе в сухих условиях в виде пленок. Изначально они невидимы даже под микроскопом. Под термическим воздействием толщина окисного слоя возрастает до видимых размеров. Железной окалиной называют толстое покрытие, формирующееся при термическом воздействии в условиях открытого воздуха.

Состав формирующих его окисных соединений и структура определяется многими факторами: маркой стали, температурой, условиями среды, режимом термообработки, наличием и количеством окислителей.

Они представлены гематитом, магнетитом, вюститом. Первые два оксида железа характеризуются большой плотностью и соединены промежуточной структурой. Вюстит наоборот представлен пористым соединением. От названных выше оксидов он отличается большей диффузинной проницаемостью. Вюстит имеет с ними непрочную связь.

Структура железной оксидной пленки определяется окружающими условиями и температурой. Так, в кислородосодержащей среде при нагреве более 570 °C и быстром охлаждении формируется трехслойное покрытие. Внешний слой представлен гематитом, следующий – магнетитом и внутренний – вюститом. Как было отмечено, первые два имеют кристаллическую структуру и прочно взаимосвязаны. Внутренний слой пористой структуры непрочно контактирует с ними. Это обуславливает малое электросопротивление железной оксидной пленки и легкое ее отслаивание.

Для образования трехслойной окалины на металле необходимо соблюдение трех названных условий: высокой концентрации кислорода, температуры в 570 °C, быстрого ее снижения. Иначе формируется двух- или однослойная железная окалина.

Так, при меньшем нагреве слой вюстита получается тонким. В случае формирования железной окалины при высокой концентрации пара либо окислов углерода при малом количестве кислорода и температурах более 1000 °C гематит восстанавливается, вследствие чего отсутствует в составе. Таким образом, соотношение слоев напрямую определяется температурой. Так, при 700 °C толщина вюстита составляет 100 мкм, в то время как для магнетита и гематита – 10 и 1 мкм соответственно. Другими словами, состав железной окалины в значительной степени зависит от температуры. Так, при 700-900 °C она представлена почти на 90% вюститом, примерно на 10% магнетитом и менее чем на 1% гематитом. При большем нагреве и избытке кислорода происходит замещение вюстита гематитом.

В любом случае формирование слоев железной окалины происходит последовательно в соответствии с их расположением. При охлаждении вюстит утрачивает устойчивость и распадается до железа и гематита. Ввиду этого пленка обретает гематит-магнетитовый состав. При восстановлении гематит и магнетит переходят в железо и воду. Следовательно, в результате получается прокатная окалина, состоящая из железа.

Выше приведены основные закономерности и факторы возникновения железной окалины. В промышленных условиях процесс ее образования весьма сложен и может происходить неоднократно.

Методы удаления

Удаление окалины осуществляют тремя способами. Механический метод включает следующие варианты: пропускание материала через ряд роликов, обработку дробью и прочими абразивными материалами. Первая технология основана на деформации металла скручиванием, изгибом, растяжением. Такой способ позволяет убрать большую часть окалины. Его считают черновой обработкой, и после очищают материал дополнительно. Во втором случае осуществляют механическое воздействие на железную окалину металлической дробью, песком и прочими абразивными материалами. Наконец, существуют механизированные технологии, связанные с применением микрорезцовых инструментов, проволочных щеток, наждачных лент и т. д.

Химические методы подразумевают обработку деталей в кислотах, солях, щелочах, называемую травлением. При этом большое значение имеет растворимость составляющих железную окалину соединений в кислотах. Так, вюстит легко подвержен ему, в отличие от магнетита. Гематит считают нерастворимым. Травление дифференцируют на химическое и электрохимическое. Далее рассмотрены некоторые варианты.

Травление серной кислотой связано с образованием водорода и проникновением его в металл, что ведет к водородной хрупкости, снижающей механические параметры и затрудняющей последующую обработку материала. Поэтому с целью сокращения наводораживания приходится долго выдерживать металл по завершении травления либо нагревать при сушке. К тому же во избежание разрушения металла кислотой после растворения железной окалины используют ингибиторы. Нужно отметить, что в нагретом растворе сталь разрушается быстрее.

Травление соляной кислотой идет по тем же закономерностям. Однако, в отличие от серной, для этого не требуется нагрев. Напротив, при температуре более 40°C выделяются хлороводородные соединения. В процессе травления формируются хлористые соли железа. В целом обработка соляной кислотой, в сравнении с серной, обеспечивает лучшую очистку при меньшем наводораживании стали.

Электрохимический способ существенно повышает скорость очистки металла от окалины и сокращает водородную хрупкость, а также расход раствора. Его дифференцируют на анодный, катодный и смешанный варианты.

Выбор способа очистки определяется многими факторами, среди которых состав изделия, целевые параметры, последующая обработка и т. д.

Читайте также: