Сварка в машиностроении.Том 1 (1041435), страница 18
Текст из файла (страница 18)
На границе расплавленный шлак — воздух низшие окислы шлака обогащаются кислородом, который по схеме реактивной диффузии переносится через шлак к металлу. Удобным показателем степени защиты зоны сварки от воздуха может служить содержание в наплавленном металле азота (если, конечно, его нет в расплавляемом металле или в защитном газе). При сварке покрытыми электродами и порошковой проволокой нарушение защиты и соответствующее ему увеличение в шве азота особенно заметно проявляется при удлинении дуги.
!ч, а7, 0,002 — 0,003 О,! — 0,2 0,085 Основной металл и проволока (ниакоуглеродистая сталь)... Сварка голой проволокой беа защиты Сварка рутиловыми электродами ЦМ-9 Сварка фторнстокальциеаыми электродами (УОНИ-!3/88) диаметром, мм: б. 0,024 0.062 2,6 Сварка порошковой проволокой ЭПС-!8/2: коРоткаа ДУга (!7д = 23 — ' 26 В) Длнннаа ДУга (Уд = 32 В) 0,004 — 0,0!О 0,0З8 та СО,+п Ме =7п СО+ Ме„О,„. Воздух в зависимости от его влажности может служить также источником водорода. Именно влага воздуха являегся причиной так называемой сезонной "ористости, когда содержание водорода в швах повышается во влажные периоды года (при прочих неизменных условиях).
Влага содержится также в углекислом газе. Углекислый газ является энергичным окислителем, взаимодействуя с металлом по реакции 83 Металлургия сварки Взаимодействие металла с газами при сварке Кроме воздуха и защитных газов, источниками кислорода н водорода являются покрытия, флюсы н шихта порошковой проволоки, которые почти всегда содержат в своем составе различные окислы, карбонаты и другие соединения, способные передавать кислород металлу, а также гигроскопическую и связанную влагу, входящую в структуру минералов в виде молекул в кристаллогидратах или в воде гидроксильной группы ОН в гидроокисях.
Если гигроскопическую и кристаллизационную воду можно сравнительно легко удалить и соответственно понизить содержание влаги в покрытии и водорода в металле шва путем нагрева электрода перед сваркой до относительно невысокой температуры, то для удаления воды из гидроокисей, содержащихся, например, в низкокремнистых флюсах типа 48-ОФ-б, требуется прокалка флюса при температуре 800'С и выше. Важным источником выделения газов являются поверхностные загрязнения. Это прежде всего поверхностные окислы, которые, растворяясь в металле при его расплавлении и взаимодействуя с ним, способствуют насыщению ванны кислородом.
Поверхностные окислы могут быть также поставщиками водорода. Примером является ржавчина, представляющая собой гидрат окиси железа, разлагающийся при нагреве с выделением паров воды. Значительное количество влаги содержит окисная пленка на алюминиевых и магниевых сплавах. Влага, абсорбированная окисной пленкой, удерживается на поверхности при нагреве до высокой температуры, вследствие чего абсорбция водорода металлом оказывается возможной за счет прямого взаимодействия расплава с влагой, попадающей в ванну вместе с частицами окисной пленки. Кроме окисной пленки и адсорбированной влаги на поверхности металла имеются жировые и пылевые загрязнения, включающие органические н сажистые вещества. Термическое разложение органических веществ приводит к образованию водородсодержащих газов, а сажистые вещества могут явиться источником СО.
Наконец, металл основной и присадочный может быть загрязнен газами, которые при его расплавлении могут переходить в металл шва или выделяться в виде газовых пузырьков, являясь причиной пористости. Взаимодействие с кислородом. При контакте расплавленного металла с кислородом газовой или шлаковой фазы происходит растворение кислорода в металле, а при достижении концентрации насыщения — образование отдельной окисной фазы.
Одновременно идет окисление примесей и легирующих элементов, содержащихся в металле. В первую очередь окисляются элементы, обладающие большим сродством к кислороду. Судить о сродстве к кислороду можно по величине стандартного изменения свободной энергии Лбс образования окисла нли по упругости его диссоциации ро. При взаимодействии чистого вещества с кислородом Ме+ Оз —— МеОз; 1 К=— ро, Л бс= — РТ1и К=ЯТ 1п р о„ т.
е. упругость диссоциации зависит только от температуры, как константа равновесия. Однако при взаимодействии с кислородом этого же вещества, находящегося в растворе (М~)раств+ Оа = (МеОз]раств необходимо Учитывать активность веществ амео, К и ам ро, 1 амео, ро,= — — ', ам е (С1 + (О) = СО).
Взаимодействие с азотом. Азот растворяется в большинстве конструкционных металлов и сплавов и со многими элементами образует иитриды. Наличие нитридообразующих элементов в расплаве, увеличивая силы связи металла с азотом, увеличивает его растворимость, уменьшая тем самым степень возможного пересьпцения расплава и опасность азотного кипения и образования пор. Концентрация азота в металле шва зависит от степени изоляции металла от воздуха (нли в более общем виде от па иального авления азота в атмосфере) 0РХ 0,10 Оеар 0 0,2 0,9 тсг,см(с д и от Условий сваРки, опРеделающих кинетикУ ри 12 Влия е ор протекания реакции Значительное влияние сварки на поглощение азота оказывает скоРость сварки, как это показано ( р ли 12Х18Н10Т), на рис. 12, на котором представлены результаты опыта по сварке стали 12Х18Н10Т воль- т) а1ч, = о,оз кгс!см'; х) ры, = фрамовым электродом в смеси аргон — азот.
Зна- о,оз игаса' чительное снижение содержания азота в переплавленном металле с увеличением скорости сварки объясняется главным образом уменьшением при этом времени взаимодействия. Опыты показывают, что абсорбция азота заметно возрастает при наличии в атмосфере кислорода, что объясняют образованием в дуге непрочных окислов азота. Взаимодействие с водородом. Абсорбция расплавленным металлом из газовой фазы водорода, так же как и азота, описывается уравнением реакции (25).
Опыты Дж. Салтера, который измерял содержание водорода в металле слитков, получавшихся при расплавлении образцов металла в медной изложнице вольфрамовым электродом в аргоно-водородной атмосфере, показали, что абсорбция водорода при дуговом нагреве превышает его стандартную растворимость. При сварке в аргоне при парциальном давлении водорода 0,2 кгсlсмз содержание водорода в шве было равным 18,0 смз(100 г. Полагая, что справедливо правило Сивертса, применяя выражение (25) и принимая 1„ = 1, получим К„ = = 41,0 смз/100 г.
Стандартная же растворимость водорода в железе по известной формуле М. М. Карнаухова и А. Н. Морозова 1745 1я Кн = — — — 1ф72 Т пРи 2000 К составит 28,8 смЧ100 г. Водород поглощается металлом, а при контакте последнего с водяным паром— по уравнению реакции втН,О+ и Ме-~-Ме„Ощ+ тН,. т. е. в этом случае упругость диссоциации будет зависеть не только от температуры, но и от концентрации растворенных веществ, так как активности изменяются с концентрацией. Если парциальное давление кислорода рО, в атмосфере над расплавом больше давления (упругости) диссоциации окисла данного элемента Ро, то атмосфера будет по отношению к нему окислительной (будет происходить образование окисла), и наоборот, если ро ( Ро, то атмосфера будет иметь восстановительный характер.
Продукты окисления удаляются в шлак, но могут частично застревать в металле при его затвердевании. При охлаждении металла и особенно при его кристаллизации возможны вторичные реакции образования окислов вследствие изменения условий равновесия (понижения растворимости кислорода). Такие окислы большей частью остаются в металле в виде неметаллических включений или газовых пузырей (результат реакции Металлургия сварки 85 Выделение газов из сварочной ванны и образование пор Рис.
14. Влияние кислорода и азо та на свойства железа (низкоугле родистой стали) Поэтому при наличии влаги в сварочных материалах велика опасность насыщения металла водородом (рис. 13). Растворяясь в процессе сварки, водород благодаря большой его подвижности (например, коэффициент диффузии водорода в железе при 1100'С равен 1,9 10 ', а азота в тех же условиях всего 3,8.10 ' смз/с) способен частично уходить из затвердевшего металла шва в атмо- сферу и в свариваемый металл. Поэтому, 1//1, сн г/ггсвг определяя общее количество водорода, поглощенного при сварке, подразделяют его на диффузионно-подвижный и остаточный.
Первый находят, помещая образец немедленно после Ю ° сварки в эвдиометр, заполненный ртутью или другой жидкостью, не растворяющей водород, го ° и судят о количестве водорода по вытеснению им жидкости из мерной трубки. Скорость выдето ления газа постепенно затухает и практически прекращается через некоторое время, после чего О % в образце определяют остаточный водород мето- дом вакуумного нагрева или вакуумного плаРис.
13. Влияние влажности покрытия рутило го 1 и Соотношение междУ количествами диффУ- фтористокальциевого 2 на зионно-подвижного и остаточного водорода задержание водорода в напл висит от состава металла, применяемых сварочвленном металле ных материалов и условий сварки и может изменяться в широких пределах (31. Поэтому оценка условий взаимодействия водорода с металлом только по количеству диффузионно-подвижного водорода явно недостаточна.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
