Якушин - лекции, страница 5

При различных массовых соотношениях оксидов шлак может быть кислым или основным.

Это зависит от соотношения между кислыми и основными компонентами.

Кислые оксиды : SiO₂(T_пл = 1710˚C, γ= 2.5 кг/cм³ ) ;TiO₂(T_пл = 1850˚C, γ= 4.2 кг/cм³ , растворим в стали ) ; P₂O₅ ; B₂O.

Основные оксиды : СаO (T_пл = 2570˚C, γ= 3.4 кг/cм³, нерастворим ) ; МgO (T_пл = 2300˚C) ; FeO (T_пл = 1370˚C, растворим в металле ) ; MnO (T_пл = 1600˚C, γ= 4.7 – 5.5 кг/м³ , нерастворим).

Амфотерные оксиды : Al₂O₃ ; Cr₂O₃ ; Fe₂O₃ ; V₂O₅ .

При недостатке основных оксидов в составе флюса, амфотерные ведут себя как основные и наоборот .

Нейтральные соединения : CaF₂(T_пл = 1400˚C) ; NaF(T_пл = 1265˚C) ; KF (T_пл = 1130˚C) ;

NaCl ; Na₃AlF₆ (T_пл = 1293˚C).

В зависимости от соотношения

K = Σ Me O_o / Σ Me O_k

основных и кислотных оксидов флюсы разделяют на кислые и основные. Также выделяют нейтральные флюсы, состоящие из нейтральных соединений. Этот критерий характеризует химические свойства флюсов.

Физические свойства флюсов.

1. Температура плавления.

2. Плотность.

3. Вязкость в расплавленном состоянии.

→ Два компонента снижают температуру плавления до 1200˚С.

Флюсы делятся на длинные и короткие по вязкости:

η – вязкость расплава флюса.

При сварке под длинными флюсами затруднен выход водорода из охлаждающегося металла.

При сварке под холодными флюсами газ легко проникает под толщину шлака( он маловязкий).

Лекция №12-13

Сварка под флюсом легированных и высоколегированных сталей.

Применяются флюсы с особой термохимической стойкостью, т.е. которые не диссоциируют при нагревании (равновесное давление кислорода в момент распада оксида очень мало).

Эти флюсы выполняют лишь защитные свойства, а расширение легирования осуществляют путем применения специальной электродной проволоки.

Особую роль в этих факсах играют CaO и CaF₂, которые не выделяют кислорода и в сумме имеют низкую температуру плавления.

Пассивные флюсы не окисляют металл, а температура плавления флюса снижается за счет комплекса.

Преимущества этих факсов:

- не препятствуют газовыделению.

- уменьшают выделение водорода.

Особенности флюсов при электрошлаковой сварке.

При электрошлаковой сварке осуществляется бездуговой процесс плавления металла путем пропускания тока через слой электропроводного жидкого шлака, в котором выделяется тепло.

Такой источник тепла является распределительным. Он действует по всей площади зеркала ванны. Шлак обладает высоким электросопротивлением. Из-за этого выделяется тепло. Газы атмосферы растворяются в жидком шлаке, а затем диффузным путем переходит в металл по закону распределения:

= f(T)

Типовая процедура получения сварочных флюсов - расплавление компонентов в пенах и мокрая грануляция, т.е. дробление струи жидкого флюса струей воды. При этом внутри гранул оказываются остатки воды.

При сварке гранулы расплавляются. Вода диссоциирует окисление и

наводораживание.

Сварка под факсом для легированных сталей не является оптимальной.

Она заменяется сваркой с применением порошковых проволок и постоянным под ------защитным газом.

Раскислительные процессы при сварке.

1. Диффузионные

2. Осадочные

3. Обменные

4. Раскисление с выделением газообразных продуктов.

Под окислением понимают образование FeO и образование легирующих элементов (образование оксидов других компонентов: Al₂O; MnO; TiO₂).

1. Диффузное раскисление.

Тогда используя эту константу, уменьшают (FeO), следовательно часть (FeO) должна перейти в шлак согласно понятию равновесия.

Это раскисление происходит на границе Ме-шлак и требует большого времени, т.к.

реализуется по законам диффузии.

Диффузионное раскисление - оптимальный процесс, т.к. не загрязняет металл побочными продуктами реакции.

Для уменьшения FeO в шлаке применяют связывание оксида с другим оксидом, образующим с ним комплекс (SiO₂ или амфотерные оксиды, когда мало или нет SiO₂).

1. Осадочное раскисление.

В ванну вводится металлораскислитель в виде лигатур (ферросплавов).

Количественная мера химического сродства к кислороду - упругость диссациации.

При осадочном раскислении раскисляемость предварительно сплавляется с железом. Полученный ферросплав применяют при выплавке сварочной проволоки.

Недостатки:

- образование дисперсных продуктов раскисления в глубине ванны и соответственно снижение свойств.

1. С образованием газообразных продуктов.

Вводят водород или углерод. FeO+C=CO + Fe - раскисление углеродом.

СО должен выйти, но это зависит от технологии сварки.

Окись углерода образуется в глубине металла. Есть опасность неполного выхода.

FeO+ H₂ = Fe+ OH - для легирующих сталей этот процесс создает опасность наводораживания.

1. Вакуумирование при сварке.

Распад оксида ускоряется при понижении внешнего давления или повышении температуры. При сварке в вакууме не образуется побочных продуктов и происходит самораскисление металла.

Смешанная газошлаковая защита металла при сварке.

Осуществляется по двум вариантам:

1. С нанесением специальных покрытий на наружную поверхность электрода.

2. С внесением специальных веществ внутрь электрода (порошковые проволоки).

ВАРИАНТ 1.

Требование к электродному покрытию:

а) обеспечение плановой защиты капли или ванны

б) обеспечение газовой защиты зоны сварки путем вытеснения атмосферы

в) легкое зажигание и стабильное горение дуги за счет ионизирующих компонентов

г) прочное сцепление покрытия и соединение электрода и легкая отделимость шлаковой корки

д) обеспечение реакций раскисления, лигирования, модифицирование и рафинирование от серы и фосфора, водорода и азота.

Одновременное решение этих задач – сложная проблема. Это еще осложняется рядом технологических требований, обусловленных про-вом электрода с покрытием

( -осуществление экцентричности и обеспечение пластичности массы).

Особенность приготовления шихты для электродов.

Оксиды, компоненты факса и ферросплавы подвергаются тонкому размолу и просеиваются.

Тонкоразмолотые вещества изменяют свои химические свойства: становятся взрывоопасными, легко впитывающими влагу . Следовательно в состав покрытия не вводятся специальные технологические добавки, препятствующие взрываемости и т.д.

Но они ухудшают качество наплавленного металла.

Алгоритм работы электродного покрытия.

Большинство указанных процессов происходит одновременно.

Типы электродных покрытий.

1. Рудно–кислые (А)

2. Рубиновые (Р)

3. Основные (Б)

4. Целлюлозные (Ц)

5. Смешанные (АР, БР, РЦ)

6. Прочие

Покрытие «А» состоит:

SiO₂ - 30%

MnO - 30%

Fe₂O₃- 30%

Крахмал - 8%

Связующие

При взаимодействии со шлаком произойдет рафинирование: FeS+MnO=MnS+FeO.

Аналогичная реакция приводит к удалению фосфора.

Отделению шлаковой корки способствуют два процесса:

1. отсутствие мини молекулярных связей между шлаком и металлом благодаря наличию SiO_2.

2. Возникновению внутренних напряжений между шлаком и металлом из-за их разницы в линейной усадке.

«+» - пригодны для сварки по ржавым фаскам с большим коэффициентом наплавки, хорошая защита от азота.

«-» - значительное содержание кислорода в виде оксидов, исключающее пригодность эксплуатации швов при низкой температуре (т.к. высокое Тх, много FeO-стекловидного включения не по границе);

- большая токсичность из-за паров марганца.

Лекция №14

Электродные покрытия рутилового типа (Р).

TiO₂ - рутил ;

Марка электрода : АНО- 4

TiO₂ = 48 % ;

FeMn = 15 % ;

MgCO₃ = 5 %

Полевой шпат = 30 % ; декетрин( SiO₂ = 70%; Al₂O₃ = 20%; K₂O = 10% ; Fe₂O₃ = 1.5%; CuO = 1.5% ).

TiO₂ – прочный оксид, который при нагревании превращается в : TiO₂ → TiO + 1/2O₂

→ он “с трудом” отдает кислород.

“ + ” :

• это покрытие менее окисляет;

• работает на переменном и постоянном токе( MgCO₃ дает легко ионизированный компонент).

“ - ” :

• нельзя применять для всех групп материалов, так как оно все равно является окислительным.

• Оно дает max водорода в металле шва(декетрин и MgCO₃ газообразующие компоненты).

Электродные покрытия основного типа (Б).

УОНИ 13/45

CaCO₃ = 53% ;

CaF₂ = 53% ;

SiO₂ = 9% ;

FeSi = 3% ;

FeMn = 2% ;

FeTi = 15% ;

CaCO₃ – газообразующий

CaCO₃ = CO₂ + CaO