 |
Реклама. ООО ГК "Велунд Сталь" ИНН 9725035180 Erid: 2SDnjdphxRi
| |
Взаимодействие между расплавленным металлом, газовой средой и шлаком
При сварке плавлением с развитием окислительных процессов возникает необходимость раскисления металла. Однако проведение одной операции раскисления недостаточно для получения сварного соединения необходимого качества, так как наплавленный металл теряет некоторые полезные примеси в результате не только окисления, но и прямого испарения под действием высоких температур. Летучие компоненты (марганец- в сталях; магний, свинец, цинк - в цветных сплавах) приводят и к загрязнению окружающей зоны сварки токсичными парами. Для уменьшения испарения легирующих элементов стремятся сократить стадию капли, проводя сварочный процесс короткой другой. Потери от испарения отдельных элементов компенсируют увеличением их содержания в проволоке, покрытии. Окисление металла происходит в результате взаимодействия его с кислородом газовой фазы и с окислами, содержащимися в покрытиях, флюсах, шлаках. Окислительная способность газовой фазы характеризуется содержанием в ней свободного кислорода. Окислительная способность покрытий, флюсов, шлаков характеризуется содержанием в них окислов (Fe203, Мn02, MnO, Si02 и др.).
Рассмотрим несколько отрицательных последствий процессов окисления.
1. Потеря легирующих элементов связана с окисляемостью их, которая прямо пропорциональна сродству к кислороду. Преимущественно окисляются элементы, имеющие большее это сродство: Ti, А1, С, Si, Мп, Сr (рис. 31). Окислы легирующих элементов в сплавах не растворяются и сосредоточиваются на поверхности металла, образуя шлак (или растворяются в шлаке).
2. Насыщение металлической ванны газообразным кислородом, который растворяется в ней и попадает главным образом в результате растворения в металле окисла - основы сплава. Окисление железа и насыщение металла кислородом происходят в процессе сварки под флюсами, которые имеют повышенное содержание окислов МnО и Si02 (Ан-348А, ОСЦ-45 и др.):
(МnО) + [Fe] = [FeO] + [Мn]; (13)
(Si02) + 2 [Fe] = 2 (FeO)+ [Si]*. (14)
В этих реакциях FeO частично растворяется в шлаке и частично переходит в металл. Подобное явление происходит при сварке сталей электродами, которые имеют покрытия вида «А», где содержится большое количество руд металлов: железной руды (гематит) Ре20з; ильменито-вого (титанового) концентрата; марганцевой руды (пиролюзит) Мп02 (электроды марок ОММ-5, ЦМ-7 и др.).
3. Легирование сплава нежелательными элементами наблюдается, например, при сварке хромо-никелевых аустенитных сталей и некоторых бронз, когда осуществляется дополнительное легирование шва кремнием. Переход кремния из шлака в металл происходит в результате развития реакции (14), действие которой усиливается при наличии в стали элементов с большим сродством к кислороду (В, Al, Ti):
3(Si02) + 4 [B] = 2(BA) + 3[Si]; (15) (Si02)+[Ti] = (Ti02)+[Si]. (16)
Развитие реакций (15), (16) и переход растворимых окислов из шлака в металл делают совершенно недопустимым присутствие большинства окислов и шлаков при сварке титановых и алюминиевых сплавов. Для сварки подобных сплавов используют бескислородные флюсы, которые составляют из солей металлов (CaF2, KF, NaF, КС1, NaCl), или инертные газы.
При сварке углеродистых или низколегированных сталей предотвращение окисления железа достигается легированием сварочной проволоки элементами с большим сродством к кислороду (Mn, Si, Ti, Al), которые окисляются в первую очередь.
Для борьбы с окислением применяются проволоки Св-08ГС, Св-08Г2С для сварки в среде углекислого газа и проволоки Св-20ГСЮТ, Св-15ГСЮТЦ для сварки без дополнительной защиты от воздуха.
Сварку электродами с покрытием вида «А» проводят с добавлением в покрытие марганца, который при плавлении создает условие для перевода окислов в низшие, обладающие меньшей окислительной способностью: в электродах ОММ-5 Mn02+Mn = 2Mn0; в электродах ЦМ-7 Fe203+Mn = Mn0+2Fe0. Кроме указанных мер, расплавленный металл на стадии ванны подвергается раскислению.
Окисление металла при сварке может играть не только отрицательную, но и положительную роль, так как окисление углерода, серы, фосфора приводит к рафинированию металла.
Кроме этого, растворенный в металле кислород резко уменьшает растворимость водорода.
В большинстве технических металлов и сплавов активно растворяются водород и азот. Растворимость газов зависит от концентрации их в среде, от температуры, агрегатного и аллотропического состояния металла (рис. 32). Растворимость азота и водорода в металле подобна, и при затвердеваний ванны она резко снижается; из-за этого при насыщении жидкого металла газами в шве могут образоваться поры, которые снижают пластичность и ударную вязкость сварных соединений, а водород может служить причиной образования в металле трещин. Для ограничения попадания азота и водорода в сварочную ванну применяют технологические и металлургические средства. Технолoгические средства предусматривают: совершенствование защиты от воздуха, очистку проволоки и свариваемых кромок от окисных пленок и влаги, прокалку электродов и флюсов, осушку газов. Металлургические средства позволяют ограничить поступление водорода и азота из газовой фазы в металл и удалить их из сварочной ванны. При сварке сталей металлургические средства обеспечивают связь водорода в газовой фазе с кислородом и фтором в термически прочные нерастворимые в металле газообразные соединения ОН и HF.
Соединение кислорода с водородом наиболее полно реализуется при сварке в среде углекислого газа. Связь водорода с фтором осуществляется при сварке под высококремнистыми фторсодержащими флюсами (например, АН-348А, ОСЦ-45). Фтор выделяется из газа тетрофторида кремния, который получается в результате взаимодействия плавикового шпата с кремнеземом : 2CaF2 + 3Si02 = 2CaSi08 + SiF4;
SiF4 + 3H = SiF + 3HF.
Насыщение металла кислородом снижает растворимость водорода в нем (рис. 33). Такой способ уменьшения водорода в шве используется при сварке сталей электродами с покрытием вида «А» и при сварке под высококремнистыми высокомарганцовистыми флюсами. Удаление водорода из жидкой металлической ванны осуществляется в процессе образования газа СО, который получается в результате раскисления ванны углеродом. В этом случае водород активно проникает в пузырьки СО и выносится с ними из металла. Азот, растворенный в металле, соединяется в тугоплавкие нитриды, которые частично удаляются в шлак, а оставшиеся в жидком металле оказывают модифицирующее действие при кристаллизации шва. Такой способ уменьшения азота в сварном соединении реализуется при дуговой сварке без дополнительной защиты от воздуха проволоками сплошного сечения Св-20ГСЮТ, Св-15ГСЮТЦ и порошковыми проволоками ПП-АН1, ПП-АНЗ. С этой целью проволоки легированы элементами Ti, Al, которые образуют нитриды TiN и A1N с температурой плавления соответственно 2959 и 2200 °С. Содержание азота в металле, наплавленном такими проволоками, в 2-3 раза больше, чем при сварке в среде С02.
При сварке трубопроводов и других ответственных конструкций применяется ток обратной полярности, который обеспечивает в 1,5-2 раза меньше (при прочих равных условиях) содержание водорода и азота в шве, чем при сварке на прямой полярности или на переменном токе. |
НОВЫЕ ОБЪЯВЛЕНИЯ
НОВОСТИ
НОВЫЕ СТАТЬИ